城市軌道交通焊軌基地集約性工藝設計分析

王 曉 闖

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142)

1 概述

2011年深圳軌道交通線網已運營線路約178.6 km；三期工程建設后，2020年深圳市將形成約421.8 km的軌道交通線網；四期工程建設后，2022年深圳市將形成約為657.4 km的軌道交通線網；2035年深圳市線網總長可達到1 335 km。深圳城市軌道交通自2004年建成投入運營至今，線路陸續進入大修換軌期[1]，隨著線網規模的不斷擴大，大修換軌工作量將會持續不斷的增長。表1為深圳市軌道大修鋼軌需求預測表。

2 現狀分析

深圳地鐵線路與國有鐵路線路未連通，鋼軌無法直接通過鐵路運輸至地鐵線路，僅能采用公路運輸轉運方式；而過長的鋼軌不方便進行公路運輸，因此現已運營地鐵線路換軌使用的25 m標準鋼軌采用汽車運輸[2]，并存放在車輛基地的材料堆場內。根據換軌作業需求，將25 m鋼軌吊裝至軌道平車，運輸至換軌施工現場，并采用人工方式將鋼軌從軌道平車卸至軌道側邊。

表1 深圳市軌道交通大修鋼軌需求預測表

焊軌前，首先需要對焊接的鋼軌進行檢查，然后利用手持移動工具對鋼軌端部進行除銹打磨，再通過簡單工具將鋼軌移動、焊接對位，采用鋁熱焊作業方式現場將25 m鋼軌焊接成所需要的長鋼軌，焊接完成后使用手持移動工具對焊縫進行打磨處理。這種作業方式勞動強度大、生產效率低、工作環境惡劣、焊縫質量差，且占用線路維修時間長。

而現有線路仍以鋁熱焊方式進行現場焊接成長軌為主要作業方式，導致鋁熱焊接頭數量逐年增多[3]。由于鋁熱焊接接頭為鑄造組織，其強度低，極限強度只有鋼軌母材的70%，疲勞強度只有母材45%～60%，從而導致鋁熱焊接頭強度較低，風險較大，線路存在一定的危險性。為了保證鋁熱焊接接頭的安全，需要定期進行焊縫探傷[4]，探傷工作量大。

目前，國內地鐵還是采用傳統的鐵利用移動式閃光焊機、移動式正火車在車輛段、停車場、正線等位置搭建臨時焊軌基地，焊接完成的鋼軌使用改裝的平板車運送到換軌現場[5]，還沒有形成國鐵那樣的現代化、集成化、高效化的永久性焊軌基地，當前各城市臨時焊軌基地無法滿足城市軌道交通后期大規模的換軌需求，也無法保證焊接質量。建設永久性的焊軌基進行線路大修100 m軌的供給[6]，可解決地鐵線網建設及維修對長鋼軌的需求，提高線網內大修換軌能力、保證鋼軌接頭焊接質量、保障地鐵建設的發展，具有良好的社會、經濟效益。

3 焊軌基地設計原則及功能定位

3.1 設計原則

1)焊軌基地的布置應充分利用土地資源，集約用地。

2)焊軌基地是將25 m短軌焊接成100 m長鋼軌，應布置緊湊，符合工藝流程，各車間生產密切配合，便于生產管理。

3)工藝流程采用模塊化布置，按不同功能區域劃分出一系列功能模塊。各模塊相對獨立，具有互換性，功能模塊接口部位的形式、尺寸、參數標準化。

4)焊軌基地應集約利用土地，滿足焊軌生產工藝要求的同時保證短軌、長軌的存放量最大。

5)焊軌基地短軌存放場地必須具有短軌堆存、吊運、輸送、配軌的能力。

6)焊軌基地的焊軌生產線必須具有焊前檢查調直、接頭焊接、粗銑、正火、時效處理、精調、精銑、探傷的能力。

7)焊軌基地長軌堆存場地必須具有成品長軌吊運、堆存的能力。

3.2 功能定位

焊軌基地功能定位為深圳軌道交通線網臨修供軌、既有線路更新改造供軌、線路大修供軌的焊軌車間。焊軌基地主要由短軌存放場地、焊軌流水線、長軌堆存場地、輔助生產設施組成，工藝流程滿足長軌焊接質量、效率的要求。焊軌基地選址設置于14號線車輛基地西側地塊，物業開發上蓋下部，沿南北方向布置，其東側為聯合檢修庫，西側為試車線，南側為車輛段卸料場。焊軌基地長約348.6 m，寬約21.5 m，占地總面積約為7 495 m2，如圖1所示。

4 焊軌基地工藝方案設計

4.1 鋼軌焊接工序要求

短鋼軌從鋼廠運至焊軌基地，到長鋼軌成品運輸出焊軌基地，主要經過以下工序：

短軌運輸卸車→短軌存放→短軌運軌→短軌上軌→焊前檢查→焊前調直(如有需要)→鋸軌(如有需要)→焊前除銹→配軌存軌→鋼軌上焊接線→鋼軌焊接→焊后粗銑→正火熱處理→時效處理→鋼軌矯直→鋼軌精銑→探傷及檢測→成品存放→裝車[7]，見圖2。

上述工序按功能模塊劃分，可分為短軌卸軌及存放模塊、上軌模塊、焊前處理模塊、配軌存軌模塊、熱工藝生產模塊、時效模塊、冷工藝生產模塊、長軌存放吊裝模塊[8]。

根據鐵路行業標準要求，焊軌基地固定式鋼軌閃光焊接應采用自然時效處理，因此焊軌基地應設置時效處理臺。

4.2 鋼軌焊接工藝方案

為了滿足短軌和長軌的運輸問題，該焊軌基地內需考慮設置專用的長軌運輸通道和短軌運輸通道，以實現汽車和機車的運輸分離，作業互不干擾。另該焊軌基地用地條件有限，長度349 m,寬度21.5 m，需要最大限度利用土地。

此前國內500 m鋼軌焊軌基地生產流水線一般采用一字型布置。按現有要求將25 m短鋼軌焊接成100 m長鋼軌，增加時效處理，需要場地長約為435 m，寬約12 m，如圖3所示。顯然435 m的長度不滿足用地條件，因此需要尋求新型的工藝布局方式。這種情況下可嘗試U型和N型兩種方案[9]。

4.2.1U型布置方案

U型布置即流水線在時效處理后反向，該布置把熱工藝和冷工藝生產線分開，熱工藝生產線設備故障時，冷工藝生產線仍能繼續生產；該方案布局緊湊，土地利用率較高，但是其寬度空間要求較一字型方案大，最小占地長度約300 m，寬度約20 m。在寬度受限制情況下，短軌、長軌存放量小，時效臺寬度方向空間浪費較大，且時效臺、成品存放臺需要配置2套群吊系統；最大缺點是長軌存放臺側部設置長軌運輸通道時寬度不滿足用地要求，短軌吊卸起重機[10](雙梁橋式起重機)與長軌群吊出現干涉，且短軌吊卸起重機(雙梁橋式起重機)無法進入熱、冷工藝生產線，其布置示意圖如圖4所示。

4.2.2N型布置方案

N型工藝布置其布置示意圖如圖5所示，N型工藝是將U型方案冷工藝生產線加工完成的長軌又返回到時效臺，將時效臺與長軌存放區合并；該方案基建投資小，布局緊湊，土地集約利用率高，短軌、長軌存放量較U型方案高，最小占地長度約300 m，寬度約15 m；在寬度受限制情況下，短軌、長軌存放量略小。該方案有130 m以上的無效走行，并需要另設置撥軌裝置；在生產與裝車同時進行時，群吊能力略顯不足。

4.2.3工藝方案比較

表2 U型和N型布置方案優缺點比較表

綜上所述，對于焊軌基地長度349 m×寬度21.5 m的用地條件，一字型方案和U型方案均不能滿足場地條件，N型布置方案雖然投資稍大于U型布置方案，但工藝布置緊湊，土地利用集約化高，本次設計推薦采用N型布置方案

(見表2)。

4.3 總平面布局及配套設施

本次設計方案焊軌工藝部分方案選用N型方案后，短軌存放場地位置占用寬度11 m，為滿足長軌運輸和短軌運輸通道要求，結合鐵路運軌車限界情況，設置5 m的長軌運輸通道和5.5 m的短軌運輸通道要求。焊軌基地總平面工藝布局圖如圖6所示，該方案體現了集約性工藝設計，集約利用土地的設計特點。

5 結語

本文根據深圳市城市軌道交通線網需求，提出設置現代化、集成化、高效化的焊軌基地的必要性，結合焊軌基地用地條件，最終推薦N字型集約性工藝布置方案。對后續線路及其他城市設置焊軌基地有很好的參考價值。后續線路及其他城市可結合用地情況及生產需求，合理選擇工藝方案。