朱勇战

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

1 概述

随着我国高速铁路的科学发展，无砟轨道结构广泛应用于高速铁路建设中，双块式轨枕作为无砟轨道结构主要类型之一，具有列车运行平稳性好，线路维修较少，耐久性和可靠度高，经济社会效益明显等优势，在我国的高速铁路建设中被大量采用。双块式轨枕采用现场预制的方法制作，其预制场建设投资大，机械化程度高，工艺流程先进，在铁路大型临时工程建设中尤为重要。结合国内多条高速铁路双块式轨枕预制场建设实例，对预制场建场关键技术进行综合论述。

2 双块式轨枕场规划技术

在进行轨枕预制场规划之前，应根据施工组织设计确定的总体工期安排和铺枕计划，结合气候条件，拟定预制场的建设时间和预制轨枕的生产时间，确定轨枕预制场的生产任务、预制周期和生产速度等，在确定以上内容后方可进行轨枕预制场的规划。

2.1 双块式轨枕预制场整体规划

轨枕预制场整体规划应贯彻坚持因地制宜、合理布局、节约用地的原则。

轨枕预制场的整体规划应结合所在区域的工程经济、技术、自然条件等进行编制，应满足生产、运输、防洪、安全、卫生、环境保护、节能和职工生活设施的需要，根据本单位工程实际、主要机械装备拥有状况、工程经验等，充分吸收国内外的先进技术和经验进行多方案的技术经济比较后，选择经济可行、技术合理的最优方案。轨枕预制场整体规划步骤可按预制场生产轨枕数量与速度确定：预制场选址→预制场主要装备选型→预制场关键参数确定(制枕模具数量、轨枕存放区占地面积等)→预制场平面布置进行，在进行分步规划时，这些步骤需互相交叉进行并及时调整内容，使轨枕预制场整体规划经济技术最优。

2.2 双块式轨枕预制场选址

双块式轨枕预制场选址应考虑以下主要因素。

(1)轨枕预制场的位置应从全线角度结合全线施工组织设计要求考虑设置，统筹安排。

(2)轨枕预制场建设工期一般不超过6个月，生产和铺设工期宜为8～12个月，生产工期和铺设工期大约相等，相差时间一般不超过2个月，双块式轨枕预制场最优供应半径为70～140 km。

(3)双块式轨枕预制场应选在拟供应轨枕线路范围的中点附近，宜选择平坦开阔的地段。

(4)根据永临结合的原则，轨枕预制场尽可能利用废弃厂矿、构件预制场和铁路永久用地区域，或将轨枕预制场设在当地规划区中的永久建设用地上，不宜占用耕地面积；轨枕预制场宜选择在地质状况好、地基处理工程量小，并且拆迁和复垦量较少的区域。

(5)轨枕预制场位置宜交通物流资源方便，以利于大型设备和材料进场，尽量与现有交通运输线路相连接。

(6)轨枕预制场选址应考虑防洪、排涝和防凌要求，以确保施工安全。

轨枕预制场的选址应结合制枕和铺设工期相平衡，在经济、技术上进行多种方案的比选，择优选择合理位置。

3 双块式轨枕生产工艺以及平面布置

3.1 双块式轨枕生产工艺

双块式轨枕生产一般选用先进的环形流水线生产工艺，其完整的工艺流程如图1所示。

图1 环形流水线生产工艺

通过特殊设计的可倾斜辊道，在纵向模具回送辊道上完成模具的清理、脱模剂的涂抹、钢筋桁架以及套管安装，由振动台上的模具信号控制模具横移小车，将准备完毕的模具经横移小车运输至振动台；然后由混凝土布料机进行模具内混凝土浇筑、振捣，振捣完毕后，通过车间内天车系统，将模具吊放置蒸养小车上；借助顶推牵引系统，将载有模具的蒸养小车顶推到养护通道进行蒸汽养护；轨枕养护完成后，通过吊装设备将模具从蒸养小车上转移至六辊模具缓冲辊道，由横向多功能运输小车将模具运输给脱模机，采用翻转脱模机进行轨枕的脱模操作；从模具中脱离的轨枕由多功能小车运送至链条输送机，构件安装完毕后，在出口区通过码垛门吊进行轨枕的吊装码垛，码垛的轨枕经运输叉车和门吊系统运送至存轨区进行存储；多功能小车运输完轨枕后返回过程中将卸下的空模具运送至模具回送辊道，进行下一循环准备。

3.2 双块式轨枕生产车间平面布置

轨枕生产车间主要由钢筋加工生产线和轨枕环形生产线组成，钢筋加工生产线宜选用厂家定制设备，采用自动流水线加工，生产线配备有冷轧带肋钢筋加工生产线设备、钢筋桁架生产线设备、数控弯箍机等生产轨枕所需钢筋。轨枕环形生产线按轨枕生产工艺要求(机组流水法)进行设备配置和平面布置，组成部分包括钢模型、模型输送辊道、混凝土灌注设备、振动台、养护通道、钢模运输车、翻模机、轨枕传送辊道、模型清理台位、扣件安装台位、链式传送机和天车。设计工艺流程采用环形运转连续工作，流水生产线采用PLC自动控制。钢筋加工生产线和轨枕环形生产线宜平行布置，环形生产线的回模辊轮设在钢筋加工车间内，厂房纵向长度不宜超过120 m，厂房跨度宜为21 m或18 m，车间内预留纵向通道宽度不宜小于3 m。以日产1 440根轨枕为例，双块式轨枕生产车间平面布置如图2、图3所示。

图2 双块式轨枕生产车间平面布置(单位：m)

图3 轨枕环形生产线平面布置(单位：m)

4 资源配置

4.1 制枕模具数量

轨枕预制场制枕模具数量应满足施工组织设计对制枕速度的要求，其与配套制枕装备、工艺、周期及效率等诸多因素相关，在整体规划中可按下式计算制枕模具数量

×k

式中：M为制枕模具数量，套；R为预制场设计供应半径，km；tg为每月实际工作天数，一般25 d；T为生产工期，月；Lj为双块式轨枕间距，m；n为单块模具制枕数量，主要采用4×1的模；k为备用系数，可取1.1～1.2；其中1 000为km与m的转换，2×2为双线双向，n×2为单块模具每天生产轨枕数量，双块式轨枕生产模具每天可周转2次。

模具的数量决定了轨枕厂的生产能力，但是根据双块式轨枕环形流水线的生产特点，每个操作流程具有相应的控制时间，若以4 min作为轨枕环形流水线的生产节拍控制时间，采用4×1短模，模具每天周转2次计算，单条生产线的日最大生产能力为1440根，因此模具的配置必须与生产能力进行综合考虑。

4.2 轨枕存放区面积

预制场轨枕存放区面积应满足施工组织设计对制枕速度、存枕数量和相关技术条件对轨枕存放的要求，轨枕的存放周期与轨枕的铺设周期相对应，轨枕的存放周期一般按2～3个月考虑，由于其他不可预料因素产生超出场内存放能力时，可考虑利用沿线场地或者另辟其他场地临时存放，在整体规划中可按下式计算轨枕存放区面积

式中：As为轨枕存放区域占地面积，m2；Tc为存枕周期，月；N为预制场每日生产量，根；tg为每月实际工作天数；d为单组轨枕存放宽度，m，当为一组5块时可取2；L为单组轨枕存放长度，m，无资料时可取3；W为轨枕叠放层数，采用门式起重机叠放不宜超过12，采用叉车叠放不宜超过8；Z为一组的数量，无资料时可取5；k为备用系数。

4.3 混凝土拌和站

双块式轨枕预制场混凝土拌和站机械配置的规格、型号和数量应满足所生产轨枕混凝土的数量、质量和进度要求，搅拌机的配置应根据单位时间混凝土的最大需求量进行，以满足单位时间最大生产量要求和混凝土生产总体进度为原则，生产符合双块式轨枕所要求的合格混凝土。根据功能和位置的不同，混凝土拌和站可分为混凝土拌和区、骨料存放区等，骨料存放区的占地面积宜满足存放15 d双块式轨枕连续预制混凝土生产量要求。拌和站骨料需求量及堆场占地面积可按下式计算。

(1)骨料的需求量

Qc=tn×Q×G×(1+α)/ρ

式中：tn为骨料储存周期，当采用公路运输时可取15；Q为混凝土日生产量，m3；G为每m3混凝土所需骨料的质量，kg/m3；ρ为骨料密度，kg/m3；α为骨料的损耗系数，可取5%。

(2)骨料的堆场面积

Ag=Qc/(q×kc)

式中：Ag为堆场面积，m2；Qc为骨料的需求量m3；q为每平方米堆场面积骨料储存定额，m3/m2，采用铲车为堆料工具时，可取2.0～3.0；Kc为堆场面积利用系数，可取0.7。

4.4 生产设备和人员配置

从轨枕生产的整个工艺流程来看，轨枕生产的机械设备主要包含有混凝土生产设备、钢筋自动生产设备、轨枕环形成套生产及养护设备、车间内起重及运输设备、轨枕码垛设备、场内存储运输设备以及相应的实验检测设备。轨枕生产采用自动化流水线作业模式，每个环节紧密相扣，因此厂内的机械及相关人员也必须进行合理化配置，保证生产的同时也不造成资源浪费。以日产1 440根和日产2 160根轨枕场为例，相应的机械和人员配置如表1所示。

表1中所给出的为单班生产的主要机械和人员配置，轨枕的生产为24 h不间断方式，生产人员采取轮班制，除实验员、检测员、管理员和后勤外，其他生产人员均应按两班进行配置。其施工人员的办公、生活配套设施均根据总体人数进行 配置，其中办公区按人均面积8～10 m2，职工宿舍人均面积不小于2.5 m2考虑。

5 典型双块式轨枕预制场平面布置

图4为日产1 440根轨枕，存枕周期3个月的典型轨枕预制场平面布置图。典型双块式轨枕预制场共包括轨枕预制生产区、成品轨枕存放区、保障系统、人员办公区和生活区等，按照模块化的设计理念对各功能

表1 双块式轨枕生产机械和人员配置

注：nz为变频振动台数量，nt为翻转脱模机数量，nd为厂房天车数，nc为运输叉车数，nm为存储运输门吊数。

图4 典型轨枕预制场平面布置(单位：m)

区进行独立设计，整体平面布置应以轨枕生产车间模块为中心进行综合布置。

该预制场占地3.87 hm2(58亩)，预制场场内通道净宽6 m，最小转弯半径6 m。配备200套模具；配置实腹式钢结构排架厂房1座，跨度18 m+18 m，建筑面积3 780 m2，厂房内配置钢筋加工生产线和轨枕环线生产线各1套。配置HZS60混凝土拌和站1座，骨料堆放场面积为1 872 m2，可保证轨枕预制场连续15 d生产用料需求；配置1 260 kVA变压器1台，2.5 t锅炉一套。按12个月生产工期计算，该轨枕预制场满足双向双线半径70 km线路轨枕需求。

6 结语

通过对国内多条高速铁路双块式轨枕预制场的调研，结合双块式轨枕的生产工艺，对轨枕预制场建场规划、总体平面布置和资源配置等进行了综合研究，通过建场前的合理规划，围绕以轨枕生产车间为中心的总体平面布置方案，优化合理的资源配置方式能够实现双块式轨枕预制场的标准化建设要求，节约投资，充分提高生产效率。本文的研究成果已纳入到铁路大临工程标准设计中，随着相关标准设计的发布，将有效地规范和指导我国铁路工程双块式轨枕预制场的建设。

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