港口鐵路散貨作業線鋪面結構適用性分析

楊松姍，鄒君鵬，孔德峰

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220；2.天津港遠航國際礦石碼頭有限公司，天津 300450；3.錦州市交通運輸綜合行政執法隊，遼寧錦州 121001）

引言

對于港口鐵路通用作業線，通常用單斗裝載機等流動機械進行散貨如煤炭、礦石裝卸。在裝卸過程中粉狀貨物會產生撒漏。撒落后容易產生如下問題：1）首先散貨灑落混入道碴，撒漏到道碴的貨物很難清理，會污染道床，隨著近年港口作業環境保護要求的提高、清潔生產對抑塵要求的提高，生產過程會不斷灑水，隨時間延長，道床污染嚴重，道碴空隙被貨物填充。加之機車車輛外力作用，碎石道床板結，彈性變差，容易造成軌道等設備損壞，需要增加道碴篩分頻率，產生額外維護費用。篩分期間為保證作業人員安全，部分作業暫停，嚴重影響正常生產作業，大大降低作業效率；2）貨物撒落到鋼軌上，造成扣件被掩埋，在噴淋水的雙重作用下，導致鋼軌扣件銹蝕嚴重，容易造成扣件加速老化，檢修及更換時影響生產效率，也給運營安全造成很大隱患；3）道床板結、噴淋水，和潮濕貨物多重作用下，軌道電路的導電性能受到影響，容易造成控制信號不暢，影響安全生產；4）撒落的貨物難以及時清理，日積月累，影響作業環境的整潔性，同時造成一定的貨物損失。

隨著綠色港口理念深入生產，對作業環境、清潔生產要求的日益嚴格，港口散貨采用鐵路集疏港的比例日益提高。為解決上述問題，考慮在鐵路散貨作業線增設鋪面。在裝卸作業結束后，安排清掃車清掃，收集灑落貨物，將大大減少貨物損耗；同時鋪面設于道床之上，可減少粉狀貨物混入碎石道床，有利于維護道床狀態，安裝鋪面板的同時可用瀝青碎石等材料填塞，對鐵路鋼軌扣件起到一定保護作用，減少腐蝕。增設鐵路鋪面板會減少維護費用，同時減少了線路維護時間、日常清掃時間，提高作業效率。

鐵路鋪面工程能夠改善港區鐵路裝卸生產環境、減少維修費用，提高作業效率，保障鐵路運營安全。

1 線路鋪面形式

港口鐵路裝卸線鋪面結構引申自鐵路與公路平過道、道口的設計。在鐵路與公路平交的道口，在軌枕范圍內表面鋪設具有一定強度和平整度的結構，使得公路上車輛能夠安全、平順通行，又不影響火車通行路口段鐵路，此為道口結構設計的目的和原則。早期道口采用木板、石板、舊鋼軌、鋼板、混凝土鋪面等結構，近年隨著鐵路規范管理及道路荷載的增加，基本為鋼筋混凝土鋪面結構、橡膠道口板結構、鋼筋混凝土整體結構等具有一定強度和耐久性的結構[8]。

1）碎石道床加鋼筋混凝土鋪面板

鋼筋混凝土鋪面板方案是以鐵路道口標準圖為基礎，在碎石道床鐵路基礎上，結合港區車輛重載的特點，對道口板強度做加強設計，在鐵路裝卸線全線鋪設面板。單線面板鋪設范圍為覆蓋軌枕，留出輪緣槽范圍后，兩鋼軌之間設一塊中間鋪面板，軌道外側軌枕范圍各設一塊兩側鋪面板。面板寬度尺寸結合軌枕鋪設標準，按軌枕間距確定。輪緣槽采用比基本軌低一個等級的舊鋼軌臥軌作為護輪軌。護輪軌下設墊木或墊塊，與中間鋪面板間設墊木作為緩沖。中間鋪面板和兩側鋪面板底部設坡面及凸起，與軌枕形狀吻合，防止其活動，鋪面板與軌枕間采用柔性材料找平及緩沖荷載。

鋪面板的形狀和鋪設方案、附屬設施參照鐵路道口標準圖的要求，結合港區車輛重載的特點，根據荷載要求，相應提高混凝土標號、增加配筋強度，適應港口散貨裝卸作業時清掃、降塵、檢修等重載車輛通行要求。雙線裝卸線路間鋪設鋼筋混凝土鋪面板或高強聯鎖塊結構，線間路基排水采用具有一定強度的排水盲溝[1]。

圖1 碎石道床加鋼筋混凝土鋪面板示意圖Fig.1 Diagrammatic cross-section of reinforced concrete paving structure on ballast bed

2）碎石道床加成品橡膠鋪面板

橡膠鋪面板方案是在碎石道床鐵路基礎上，結合港區車輛重載的特點，鋪設成品橡膠道口板。與鋼筋混凝土鋪面板橡膠道口板也由中間鋪面板和兩側鋪面板組成，中間鋪面板可為一塊板，也可2塊板對稱布置。表面設防滑顆粒，背面與軌枕相對應，以保證吻合安裝，有設鋼軌護輪軌結構，近年產品多在兩側靠近鋼軌側設設有一體輪緣槽結構，保證其整體性和行車安全。適應不同軌枕型號有不同成品系列，寬度尺寸模數為1.1 m、1.65 m 和 2.2 m/組等，適應鋪面寬度，提高整體穩定性和美觀效果。

橡膠道口板以橡膠為主要原料，采用高科技技術添加尼龍嵌絲合成，具有一定的柔性材料特征，耐磨、防滑、絕緣性好。橡膠結構能夠緩沖道路流機荷載，減少車輛載荷傳遞到道床內，使碎石道床安全性提高。公路車輛通過道口時相對更平穩。橡膠道口板由于其材質特點，能夠適應溫度變化，不易變形斷裂。

橡膠鋪面板鋪設簡單，對生產影響較小，道口板安裝時間較短。

3）整體道床形式鋪面

整體道床是由鋼筋混凝土整體澆筑而成的道床，分為在道床中埋設軌枕、和整體澆筑預留軌道槽直接預埋扣件后安裝鋼軌兩種形式[2]。埋設軌枕方案：根據設計軌頂高程，采用與線路相同標準的軌枕，利用軌枕的承軌面作為承軌面，下設鋼筋混凝土結構，安放前,應先對其與混凝土接觸的表面進行鑿毛處理.，與軌枕澆筑成一個整體，上表面與鋼軌面平齊，留出承軌槽范圍，通過碎石、瀝青碎石填塞做出符合要求的承軌槽。整體道床結構墊層鋪設300 mm 厚碎石或鋼碴等墊層，壓實系數0.97，其上基礎墊層采用C20 混凝土，整體道床結構厚度約900 mm，軌枕下厚約500 mm。此種形式為道床結構的加強，鋼軌、軌枕及扣件連接形式與普通段相同，不需進行細節設計。預埋扣件方案：根據采用的鋼軌、扣件型號，預留出承軌槽，在承軌槽范圍內，按照扣件螺栓間距預留螺栓孔，用高強灌漿料將扣件螺栓預埋固定，此種形式不需要事先鋪設軌枕，但是由于現場施工精度等問題，可能不能完美實施承軌槽1：40 的軌底面，導致兩條鋼軌軌距有約3 mm 誤差，該誤差可通過過渡段調整，不影響生產作業。

圖2 整體道床結構示意圖Fig.2 Schematic diagram of monolithic track-bed structure

2 鋪面方案優缺點對比分析

碎石道床配合鋼筋混凝土鋪面板形式主要優點是適用范圍較廣，抗變形能力強，能較好的適應軟土地基需求，如采用預制鋪面形式，可快速安裝，對鐵路生產運營影響較小，且工程造價相對較低。整體性相對較差，道碴仍然有可能污染，由于鋪面板覆蓋鋼軌扣件，后期維護相對困難，維修費用高。如果是既有線加設面板，可能會涉及到運營中軌枕移位，軌枕間距差別會影響標準尺寸的預制鋪面安裝。鋼筋混凝土鋪面板有效使用年限約5 年，在嚴格限制重載貨物車輛任意穿行的情況下，僅通行清掃車和檢修車，有效使用年限可進一步延長[4]。

橡膠道口板由于橡膠體材質，密封性較好，耐久性和隔水性能均較好，能夠防滑、絕緣、防水。能隔離道床、扣件等，減少地表散貨粉末和雨水對碎石道床的影響。橡膠道口板的整體性較好，緩沖減震性好，鋪設方便，采購施工周期短，運營中道床遭受破壞相對小，能夠減少維修工作量。橡膠道口板標準化設計制造，不需要建筑工程設計圖紙，安裝相對簡單，鋪設方便，占用線路時間短，對生產影響較小；對于軌枕范圍的鋪面，尺寸有標準模數，但如果需要鋪面板或與道路堆場銜接部分需非標尺寸，需跟廠商定制。定制部分費用和周期相對較高。橡膠鋪面板價格較高，全線用于裝卸線，初期投入工程造價較高。使用年限約10 年，在現場良好管理情況下，可進一步延長其使用期。

整體道床形式主要優點是強度高，設計荷載滿足港口自卸汽車，整體性好，表面整潔美觀，后期維護比較簡單。即使用于通行重車的鐵路道口、平過道，其有效使用年限也可達十年以上。強度及耐久性遠大于鋪面板方案。整體道床結構采用的混凝土強度等級較高，整體道床結構厚度約900 mm，含鋼筋量較大，因此工程造價較高。此外，由于整體道床是連續澆筑的鋼筋混凝土結構，在軟基上如不用樁基等地基處理方案，后續一旦基底出現較大的不均勻沉降，修補較為困難，對地基承載條件和地基處理方式要求比較高。使用年限約15 年，在現場良好管理情況下，仍可進一步延長其使用期[6]。

碎石道床配合鋼筋混凝土鋪面板、橡膠道口鋪面板及整體道床方案，單延米總體造價比約為1：2：2。

3 工程實例

以天津港南疆港區某散貨作業線鐵路鋪面工程為實例，對鋪面板結構形式的對比選取做進一步分析。該工程鐵路為通用礦石作業線。線路多年前鋪設鋼筋混凝土鋪面板，已經使用多年，在使用過程中鋪面板時有損壞，現場多次進行修補，鋼軌和軌道條件較差，維修頻率較大。隨著港口禁止汽運煤集港，港口鐵路運輸任務將日漸增加，因此對既有鐵路的線路翻新、鋪面板重新布設工作提上日程。在對裝卸線軌道工程翻新改造基礎上，對鋪面形式進行了方案比選和分析論證。考慮裝卸線鋪設鋼筋混凝土鋪面板結構、平過道設為鋼筋混凝土整體道口方案，和全線鋪設鋼筋混凝土整體道床方案兩個技術方案進行比選[7]。根據前述優缺點對比，由于對全線軌道設備進行更新，施工期影響基本相同，從鋪設效果角度全線鋪設整體道床形式更好[5]，但是兩個方案去除相同的軌道工程等相同投資，全線鋪設整體道床方案的工程費用約是裝卸線鋪面板方案的2 倍，裝卸線鋪面作業中荷載為清掃車和檢修車輛等，重載貨車仍要求從原道口（平過道）處通行，在此前提下，采用了第一個方案，即裝卸線作業段采用鋼筋混凝土鋪面板結構，道口（平過道）結合重載車輛特點，采用整體道口設計[3]。在實施中由于軌道設備同時更新，工期允許，將預制鋪面板調整為現澆，在施工中嚴格控制工程質量。

結合實際應用情況，幾種不同的鋪面形式在本工程得到了相應部分的應用，技術上合理、投資經濟，維護了鐵路生產作業安全。

4 結語

對于通用散貨鐵路工程，為碼頭的提供配套服務。港口鐵路運輸逐漸增加，裝卸車的灑落物會經常覆蓋扣件，導致需要經常篩分道砟，更換扣件。設鋪面后能有效保護碎石道床，灑落物更容易清理，減少道床、軌道設備維護頻率和費用，提高鐵路運行中的穩定性，節省維護、清掃時間，在生產中發揮了重要作用。

工程建成后至今約四年，現場管理基本能按照設計荷載使用，裝卸線鋪面板及整體道口運營條件很好，部分靠近道口處過渡段鋪面因重載汽車超荷載轉彎、行駛等原因鋪面板有破壞，后在不停產的情況下局部將破損的鋼筋混凝土鋪面拆除，更換為為成品橡膠道口板，保證了生產效率和生產安全，經使用驗證，橡膠鋪面板的強度和耐久性滿足現場重載運輸要求。

本工程實施后，減少了鐵路裝卸線維護頻率及費用，增加鐵路年作業天約15 d，年節省維護費用約80 萬元，保障企業的安全生產，排除安全隱患，為建設平安港口貢獻了力量。

結合散貨作業的特點，幾種不同的鋪面形式在本工程得到了相應的應用，可為類似工程的應用提供參考。