淺談高速鐵路雙塊式軌枕生產(chǎn)工藝技術(shù)

中國(guó)鐵路物資總公司 平頂山軌枕有限公司

摘要：隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，普通軌枕已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，質(zhì)量、精度、尺寸無(wú)法確保運(yùn)輸安全，經(jīng)過(guò)探索和研發(fā)，雙塊式軌枕應(yīng)運(yùn)而生。雙塊式軌枕生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。該項(xiàng)軌枕技術(shù)成果為我國(guó)鐵路達(dá)到國(guó)際鐵路先進(jìn)水平具有指導(dǎo)作用，為我國(guó)無(wú)碴軌道技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；雙塊式軌枕；工藝技術(shù)

1 引言

高速鐵路一般是指運(yùn)行速度達(dá)200公里/小時(shí)以上的鐵路，是由適合于高速運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施、固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備，完善且科學(xué)的安全保障系統(tǒng)和運(yùn)輸組織方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)的龐大系統(tǒng)工程，是當(dāng)代高新技術(shù)的綜合集成[1]。為了提高列車運(yùn)行速度，使鐵路適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，從20世紀(jì)初至50年代，德、法、日等國(guó)都開(kāi)展了大量的有關(guān)高速列車的理論研究和試驗(yàn)工作。1998年3月，我國(guó)人大會(huì)在“十五”計(jì)劃綱要草案中提出建設(shè)高速鐵路。2008年8月1日，中國(guó)第一條具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界一流水平的高速鐵路——京津城際高鐵通車運(yùn)營(yíng)，京津城際鐵路的開(kāi)通，拉開(kāi)了中國(guó)高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的序幕。2011年6月30日，京滬高鐵開(kāi)通運(yùn)行，2012年12月26日，京廣高鐵全線貫通。在它們的背后，是正在編織著的中國(guó)高速鐵路網(wǎng)和正在實(shí)現(xiàn)的中國(guó)經(jīng)濟(jì)再一次跨越式發(fā)展。

2 高速鐵路的發(fā)展趨勢(shì)及作用

2.1高速鐵路的發(fā)展趨勢(shì)

鐵路的發(fā)展水平如何，直接影響到國(guó)家的工業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)鐵路與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大的差距，我國(guó)每萬(wàn)平方公里的國(guó)土上鐵路的覆蓋不到75公里，而德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家均超過(guò)了1000公里，是中國(guó)的13.33倍。我國(guó)發(fā)展高速鐵路的必要性：縮短差距是我國(guó)高速鐵路發(fā)展的要求，發(fā)展高速鐵路是我國(guó)路網(wǎng)現(xiàn)代化的必由之路，利用后發(fā)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)高速鐵路跨越式發(fā)展。

2.2高速鐵路的作用

高速鐵路既體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力，又對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有巨大的推動(dòng)作用：一是有利于我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，發(fā)揮中心城市對(duì)周邊城市的輻射帶動(dòng)作用；二是有利于推動(dòng)區(qū)域和城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)由經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)向欠發(fā)達(dá)地區(qū)轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)農(nóng)村的“造血”功能；三是有利于資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)，可以節(jié)省大量土地和能源，尤其是寶貴的石油資源，可以大量減少碳排放；四是有利于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，高速鐵路不僅是高新技術(shù)的集成，而且產(chǎn)業(yè)鏈很長(zhǎng)，能夠帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)；五是有利于釋放我國(guó)鐵路的貨運(yùn)能力。高速鐵路網(wǎng)建成之后，我國(guó)鐵路繁忙干線可以實(shí)現(xiàn)客貨分線運(yùn)輸，把既有線的能力騰出來(lái)，發(fā)展貨物運(yùn)輸，極大地釋放既有線貨運(yùn)能力，能夠?yàn)閲?guó)民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)較快發(fā)展提供充足的貨運(yùn)保障。

3 高速鐵路的軌枕應(yīng)用

高速鐵路無(wú)砟軌道是指采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)。軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，鋼軌、軌枕直接鋪在混凝土路基上。無(wú)砟軌道具有平順性好、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、耐久性好、維修工作少、避免了飛濺道砟等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)砟軌道系統(tǒng)由鋼軌、墊板、扣件、雙塊式軌枕、道床板等部分組成。

雙塊式軌枕分為SK-I型和SK-II型，兩者主要是外形和施工工藝不同，I型雙塊式軌枕的施工工藝為：將軌枕利用工具軌組裝成軌排——精確調(diào)整到符合要求的平面線型位置并加固——澆筑混凝土；II型雙塊式軌枕的施工工藝為：將軌枕利用工具軌組裝成軌排或利用成套設(shè)備完成拼裝——澆筑混凝土——通過(guò)成套設(shè)備將軌枕壓入尚未凝固的混凝土內(nèi)，并確保其平面線形位置符合要求。

4 雙塊式軌枕制作的工藝系統(tǒng)

4.1配件加工系統(tǒng)

配件加工系統(tǒng)包括桁架生產(chǎn)線（除磷機(jī)、減徑扎機(jī)、拉拔機(jī)、切筋機(jī)、點(diǎn)焊機(jī)）、焊網(wǎng)機(jī)、沖彎?rùn)C(jī)等。按照設(shè)計(jì)圖紙要求，雙塊式軌枕要求使用桁架鋼筋、彎起鋼筋和鋼筋網(wǎng)片，其中桁架鋼筋一般為冷軋鋼筋，冷軋鋼筋由熱軋鋼筋加工而成，抗拉強(qiáng)度較高。熱軋鋼筋首先通過(guò)冷軋鋼筋生產(chǎn)線的除磷機(jī)，去除鋼筋表面的氧化皮；然后通過(guò)減徑扎機(jī)，對(duì)鋼筋進(jìn)行適當(dāng)減徑和軋制，在鋼筋表面形成肋紋。加工過(guò)程中，以鋼筋水平拉拔機(jī)作為牽引拉伸的動(dòng)力，對(duì)鋼筋進(jìn)行適當(dāng)拉伸，提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度[2]。雙塊式軌枕配件加工系統(tǒng)與普通軌枕的加工區(qū)別較大，由于配件的尺寸精度要求高，都使用機(jī)械自動(dòng)化流水線作業(yè)。

4.2工藝控制系統(tǒng)

工藝控制系統(tǒng)是軌枕生產(chǎn)線的核心部分，具有高技術(shù)、高質(zhì)量、高自動(dòng)化、高穩(wěn)定性、較復(fù)雜的特點(diǎn)，主要包括各種電氣控制設(shè)備，通過(guò)電腦設(shè)備、傳感設(shè)備和PLC編程控制器對(duì)整套生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制，保證實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，提高生產(chǎn)效率。

4.3清模噴涂系統(tǒng)

軌枕脫模后，需要對(duì)模具內(nèi)的混凝土殘?jiān)?、雜質(zhì)、粘皮等進(jìn)行清理，同時(shí)檢驗(yàn)?zāi)＞呤欠癯霈F(xiàn)損壞、內(nèi)部表面是否出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象，套管安裝部位是否出現(xiàn)變形等，防止不合格的模具投入生產(chǎn)。檢驗(yàn)完畢后，要使用自動(dòng)噴涂設(shè)備噴灑脫模劑，方便軌枕與模具分離。在噴涂時(shí)不可漏噴和噴得太多，模具內(nèi)部不得出現(xiàn)大量集留現(xiàn)象，否則用干抹布擦拭，進(jìn)行吸收或者分散，避免影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4.4配件安裝系統(tǒng)

配件安裝的好壞直接影響產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，因此應(yīng)嚴(yán)格按照軌枕設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行，不得出現(xiàn)任何差錯(cuò)：鋼筋桁架及附屬配件的加工嚴(yán)禁采用損害材料質(zhì)量的加工方法，對(duì)已彎曲過(guò)的鋼筋嚴(yán)禁再度復(fù)原使用；鋼筋必須平直，無(wú)局部彎曲；表面的油漬、漆污、水泥漿和敲擊能脫落的浮皮、鐵銹等必須清理干凈；加工制作完畢的鋼筋桁架各部分尺寸及公差應(yīng)滿足軌枕設(shè)計(jì)圖紙的要求。

4.5攪拌供料系統(tǒng)

攪拌供料系統(tǒng)主要包括攪拌設(shè)備、骨料配送設(shè)備、骨料提升設(shè)備、水泥倉(cāng)、螺旋輸送設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)等，其中攪拌設(shè)備的型號(hào)選擇非常重要，原則上滿足一套模具生產(chǎn)所需的混凝土料或者為該模具生產(chǎn)用料的整數(shù)倍，有利于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。雙塊式軌枕生產(chǎn)要求使用高性能的混凝土，經(jīng)過(guò)振動(dòng)密實(shí)成型，養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度達(dá)到C60。因此對(duì)各種配料都有嚴(yán)格的要求，只有將骨料（分為細(xì)骨料和粗骨料）、水泥、粉煤灰（礦粉）、水、添加劑等經(jīng)過(guò)計(jì)量后按照一定的配比放入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行攪拌一定時(shí)間后，滿足生產(chǎn)軌枕制作需求。

4.6下料振動(dòng)系統(tǒng)

下料振動(dòng)系統(tǒng)主要由振動(dòng)臺(tái)、電動(dòng)機(jī)、下料小車等組成，是所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最為關(guān)鍵的工藝?；炷凉嘧⑶?，應(yīng)確認(rèn)鋼筋及預(yù)埋件的位置和間距?；炷翍?yīng)具有良好的密實(shí)性，下料應(yīng)均勻、連續(xù)；宜采用垂向、水平雙向振動(dòng)，確保模型邊角及預(yù)埋件周邊的混凝土密實(shí)，并保證鋼筋及預(yù)埋件位置不變形。振動(dòng)時(shí)，每節(jié)軌枕需要安排專門人員進(jìn)行增減攪拌材料，防止數(shù)量不符合標(biāo)準(zhǔn)影響產(chǎn)品厚度。

4.7養(yǎng)護(hù)保濕系統(tǒng)

養(yǎng)護(hù)保濕系統(tǒng)主要包括蒸汽鍋爐、自動(dòng)溫控系統(tǒng)、傳感器、養(yǎng)護(hù)池、噴水設(shè)備等組成。混凝土澆注后，如氣候炎熱、空氣干燥，不及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土中水分會(huì)蒸發(fā)過(guò)快，形成脫水現(xiàn)象，會(huì)使已形成凝膠體的水泥顆粒不能充分水化，不能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的結(jié)晶，缺乏足夠的粘結(jié)力，從而會(huì)在混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強(qiáng)度時(shí)，水分過(guò)早的蒸發(fā)還會(huì)產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂紋。所以混凝土澆筑后初期階段的養(yǎng)護(hù)非常重要，混凝土終凝后應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，干硬性混凝土應(yīng)于澆筑完畢后立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)除了控制好溫度外，并注意噴水保濕，防止出現(xiàn)干裂，保證混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量。雙塊式軌枕可采用自然養(yǎng)護(hù)或蒸汽養(yǎng)護(hù)。采用自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)在混凝土灌注完成后立即進(jìn)行，并覆蓋混凝土直接保溫膜。開(kāi)始養(yǎng)護(hù)的環(huán)境溫度不應(yīng)高于40℃，枕芯混凝土溫度與軌枕表面混凝土溫度之差不應(yīng)大于20℃。采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，養(yǎng)護(hù)分為靜置、升溫、恒溫、降溫四個(gè)階段?；炷凉嘧⒑笤?～30℃的環(huán)境中靜置2h以上方可升溫。升溫/降溫速度不應(yīng)大于15℃/h，且3h內(nèi)混凝土的溫度應(yīng)不大于30℃，4h內(nèi)混凝土的溫度應(yīng)不大于40℃[3]。

4.8翻轉(zhuǎn)脫模系統(tǒng)

翻轉(zhuǎn)脫模系統(tǒng)主要包括脫模機(jī)、脫模輥道、傳感器、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)等組成，主要功能是承擔(dān)軌枕與模具分離的工作，將養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度要求的軌枕從模具中脫出，將成品輸送至包裝位置，將脫完的模具送至模具返回系統(tǒng)。

脫模前和脫模后對(duì)混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)有一定要求：脫模時(shí)的混凝土強(qiáng)度應(yīng)不小于40MPa；7d抗折強(qiáng)度，每組試件的平均值不低于6.4MPa，最小值不低于5.5MPa；28d抗壓強(qiáng)度，每組試件的平均值不低于64MPa，最小值不低于56MPa；脫?？箟簭?qiáng)度，每組試件的最小值不低于40MPa；抗?jié)B性（56d）不小于P120；電通量（56d）不大于1500C?？箖鲂詰?yīng)滿足D300的要求。脫模后的軌枕進(jìn)行外形外觀檢查，如有蜂窩、露筋、粘皮、縫隙與夾渣層、裂紋、崩落等需要進(jìn)行修補(bǔ)，無(wú)法修補(bǔ)的需要進(jìn)行標(biāo)識(shí)，作為廢品處理，不得投入使用。

4.9成品輥道系統(tǒng)

成品輥道系統(tǒng)用于脫模后成品的輸送，將脫模位置與碼垛位置分開(kāi)，保證適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，有利于生產(chǎn)的組織，加快生產(chǎn)節(jié)奏。只有等檢驗(yàn)完后，產(chǎn)品合格才可以按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行正確碼放。軌枕層與層之間應(yīng)用100mm×100mm的墊木隔離，墊木長(zhǎng)度和使用的專用吊具長(zhǎng)度相同。墊木應(yīng)放置在承軌區(qū)域內(nèi)位于上排軌枕桁架鋼筋焊接點(diǎn)的下方，各層間的墊木上下對(duì)齊。在成品碼垛完后，軌枕入庫(kù)裝卸和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，應(yīng)采用吊車或叉車進(jìn)行軌枕的裝卸作業(yè)。

4.10模具返回系統(tǒng)

模具返回系統(tǒng)是軌枕脫模以后的工序，保證模具進(jìn)行下一次循環(huán)的關(guān)鍵，主要由縱向輥道和橫移裝置組成，其中縱向輥道長(zhǎng)度與所使用的模具形狀有關(guān)，一般為6-18組之間，橫移裝置使模具從一組輥道過(guò)渡到另一組輥道，形成循環(huán)回路。模具返回后，進(jìn)行清理和噴涂工作，預(yù)示著一次新工作的開(kāi)始。

5 雙塊式軌枕的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景

5.1雙塊式軌枕的優(yōu)勢(shì)

雙塊式軌枕適用于高速鐵路無(wú)碴軌道使用，其包括兩塊位于軌枕兩端、表面平整的混凝土塊，兩混凝土塊之間用鋼筋桁架連接，在混凝土塊表面設(shè)置有與其固定連接的絕緣片；具有高平順性、高耐久性、高可靠性特點(diǎn)，所以該結(jié)構(gòu)能滿足我國(guó)鐵路提速的各方面技術(shù)要求；軌枕鋼筋部分外露，經(jīng)二次澆灌后能與道床板混凝土有很強(qiáng)的粘結(jié)力，且使其軌道絕緣性能好，軌道結(jié)構(gòu)能滿足高速鐵路采用鋼軌通信要求。

5.2 雙塊式軌枕的發(fā)展前景

隨著世界高速鐵路的不斷發(fā)展，高速列車的商業(yè)運(yùn)行速度迅速提高，使得高速鐵路在世界范圍內(nèi)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭。高速鐵路國(guó)際會(huì)議發(fā)出了一個(gè)明確信息：作為主要的公共交通工具之一，高速鐵路將在21世紀(jì)獲得迅速發(fā)展。與世界許多國(guó)家相比，我國(guó)的高速鐵路發(fā)展有更廣闊的空間，國(guó)土東西跨度5400公里，南北相距5200公里，這就決定了中長(zhǎng)距離客貨運(yùn)量需求巨大，而鐵路是經(jīng)濟(jì)又快捷的交通運(yùn)輸方式，現(xiàn)在國(guó)家確定了“四橫四縱”和環(huán)經(jīng)濟(jì)圈的高速鐵路發(fā)展戰(zhàn)略，并在2020年左右基本建成高速鐵路網(wǎng)，因此有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)空間。

6 結(jié)束語(yǔ)

俗話說(shuō)：“創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展永不停歇的動(dòng)力”。SK-II型雙塊式軌枕生產(chǎn)工藝技術(shù)的成功研制及快速地推廣應(yīng)用，解決了國(guó)家重點(diǎn)工程京滬、京石、石武等高速鐵路對(duì)高質(zhì)量軌枕的需要，完全滿足我國(guó)高速鐵路的使用要求。同時(shí)攻克了軌枕生產(chǎn)中高精度的技術(shù)難題，為我國(guó)高速鐵路的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，為以后研制其他高速鐵路用混凝土軌枕積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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