鋼鐵企業(yè)車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)

張尚煒

鐵路運(yùn)輸在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營活動(dòng)中一直發(fā)揮著難以替代的重要作用。自新中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展至今，鐵路運(yùn)輸仍然有著無法替代的生產(chǎn)優(yōu)勢。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，皮帶運(yùn)輸機(jī)、輸送輥道、汽車、軌道車輛等的運(yùn)輸設(shè)備也趨向大型化、重型化、自動(dòng)化、智能化、集成化。各種運(yùn)輸方式在鋼鐵企業(yè)的各環(huán)節(jié)生產(chǎn)活動(dòng)中的作用也發(fā)生了較大的變化，鐵路運(yùn)輸在鐵水、冶金渣等特殊物料以及大宗物料的運(yùn)輸?shù)匚蝗詿o法撼動(dòng)。車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)又是鋼鐵企業(yè)全廠鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要組成部分。

1 鋼鐵企業(yè)的鐵路運(yùn)輸

1.1 鋼鐵企業(yè)鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾?/h3>

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)是原料加工企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模大，生產(chǎn)所需的原料、燃料數(shù)量龐大，品種繁多。一般情況下，工業(yè)企業(yè)原、燃料的運(yùn)入，生產(chǎn)的成品運(yùn)出以及在生產(chǎn)過程中各車間之間原、燃料和半成品的輸送，灰、渣的輸送，甚至在生產(chǎn)工藝各工序之間物料的移動(dòng)，均離不開運(yùn)輸。鋼鐵企業(yè)每噸鋼的廠內(nèi)外運(yùn)輸量約達(dá)20 t，其中廠外運(yùn)輸量達(dá)6 t左右。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，單是冶金企業(yè)的運(yùn)輸量就占全國鐵路貨運(yùn)量的20%左右。全國尚有許許多多的工業(yè)企業(yè)，國家鐵路貨物裝卸量70%發(fā)生于工業(yè)鐵路［1］?？梢姡I(yè)鐵路運(yùn)輸在整個(gè)國家綜合運(yùn)輸網(wǎng)中所占的地位較高。鐵路運(yùn)輸具有安全程度高、運(yùn)輸速度快、運(yùn)輸距離長、運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且具有污染小、潛能大、不受天氣條件影響的優(yōu)勢，是公路、水運(yùn)、航空、管道運(yùn)輸所無法比擬的。

1.2 鋼鐵企業(yè)鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢

雖然各大鋼鐵廠鐵路運(yùn)輸情況不盡相同，但是隨著主體設(shè)備和工藝的現(xiàn)代化程度不斷提高，主業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，冶金運(yùn)輸技術(shù)與冶金技術(shù)共同發(fā)展，鋼鐵企業(yè)鐵路運(yùn)輸演變的總趨勢為：運(yùn)輸設(shè)備由小型向大型、專用或共用發(fā)展；駕駛配置由多人向單乘制發(fā)展；鐵路運(yùn)輸向重載化方向發(fā)展；鐵路信號(hào)向微機(jī)聯(lián)鎖方向發(fā)展；調(diào)車通訊向無線化方向發(fā)展；運(yùn)輸組織向信息化管理方向發(fā)展。

2 鋼鐵企業(yè)車間內(nèi)鐵路分類

大中型鋼鐵企業(yè)車間內(nèi)鐵路的布置在總平面布置中占有很重要的地位，往往車間內(nèi)鐵路線的布置影響整個(gè)廠區(qū)的占地面積和用地形狀，決定全廠總平面布置方案。鋼鐵冶金企業(yè)車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)與車間生產(chǎn)工藝布置密不可分，結(jié)合鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸特點(diǎn)，企業(yè)各車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)有所不同。

根據(jù)鐵路運(yùn)輸服務(wù)主體不同，車間內(nèi)鐵路分為主體生產(chǎn)單元車間內(nèi)鐵路和輔助設(shè)施車間內(nèi)鐵路。主體生產(chǎn)單元車間內(nèi)鐵路主要承擔(dān)大宗原、燃料運(yùn)輸，半成品、成品運(yùn)輸以及特種物料（如鐵水、冶金渣等）運(yùn)輸?shù)取ｄ撹F企業(yè)主體生產(chǎn)單元車間主要包括：原料場翻車機(jī)室、高爐出鐵場下、煉鋼鐵水接受跨、熱軋?jiān)蠋臁⒗滠堅(jiān)蠋?、成品庫、鑄鐵車間等。輔助生產(chǎn)設(shè)施車間是主體生產(chǎn)設(shè)施配套的輔助性生產(chǎn)設(shè)施，如倉庫、解凍庫、修罐庫、機(jī)車車輛修理庫等采用鐵路運(yùn)輸?shù)妮o助設(shè)施。

根據(jù)鐵路線路布置形式，分為盡頭式車間內(nèi)鐵路和貫通式車間內(nèi)鐵路。車間內(nèi)鐵路采用盡頭式或是貫通式，主要依據(jù)生產(chǎn)工藝以及運(yùn)輸組織需要進(jìn)行布置。

圖1 車間內(nèi)盡頭式和貫通式鐵路布置

根據(jù)車間內(nèi)鐵路的道床型式，分為整體道床式鐵路和普通道砟式鐵路。兩種型式的選取主要取決于以下因素：1）車間內(nèi)的環(huán)境及美觀度要求。車間內(nèi)鐵路采用整體式道床結(jié)構(gòu)，可以提高環(huán)境衛(wèi)生、增強(qiáng)美觀度。2）車間內(nèi)跨鐵路運(yùn)輸通道要求。雖然兩種型式對人員的跨行便利沒有明顯差異，但是采用整體式道床結(jié)構(gòu)可以滿足車間內(nèi)車輛跨鐵路兩側(cè)的平面交叉運(yùn)輸需求。3）車間內(nèi)鐵路設(shè)施維護(hù)要求。整體道床一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式，地基處理較普通的道砟式鐵路設(shè)計(jì)要求更高，完成后的整體道床式鐵路維護(hù)工作量較小，使用壽命較普通道砟式鐵路長。4）車間內(nèi)鐵路造價(jià)限制的要求。在地質(zhì)條件相同的情況下，車間內(nèi)鐵路采用鋼筋混凝土整體式道床結(jié)構(gòu)，造價(jià)約是普通道砟式鐵路的2～3倍。5）車間內(nèi)鐵路路床基礎(chǔ)地質(zhì)條件要求。如車間內(nèi)地質(zhì)條件較差，且不適合樁基，則鐵路基礎(chǔ)按深挖換填方式進(jìn)行預(yù)處理，采用普通道砟式結(jié)構(gòu)鐵路加強(qiáng)日常的檢測、檢修和維護(hù)。

根據(jù)車間內(nèi)同一作業(yè)區(qū)配套鐵路線的多少，分為單線布置和多線布置。兩種布置形式主要取決于生產(chǎn)工藝及運(yùn)輸組織的要求。

根據(jù)鐵路系統(tǒng)自身的特點(diǎn)分為鐵路自備車間內(nèi)鐵路和服務(wù)車間內(nèi)鐵路。鐵路系統(tǒng)自備車間包括：機(jī)車中檢庫、機(jī)車整備庫、機(jī)車修理庫、車輛修理庫等。鐵路自備車間主要滿足機(jī)車車輛的修理、整備、檢修、停放等各種作業(yè)。一般采用整體道床式結(jié)構(gòu)，服務(wù)車間內(nèi)鐵路一般根據(jù)不同要求采用整體式道床結(jié)構(gòu)或是道砟式結(jié)構(gòu)。

3 鋼鐵企業(yè)車間內(nèi)鐵路布置

3.1 運(yùn)輸組織

車間內(nèi)鐵路運(yùn)輸組織與車間生產(chǎn)任務(wù)、物料特點(diǎn)、生產(chǎn)協(xié)作關(guān)系、車間生產(chǎn)工藝布置、運(yùn)量等因素密切相關(guān)。

鐵路運(yùn)輸組織需在滿足車間生產(chǎn)工藝要求下進(jìn)行車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)。比如機(jī)車修理庫，車間內(nèi)部鐵路的布置主要取決于修理庫承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)、工藝布置、需要修理機(jī)車數(shù)量、生產(chǎn)輔助功能等，這些因素要求決定了車間內(nèi)鐵路的股道數(shù)量、長度、線間距、鐵路結(jié)構(gòu)型式等；同時(shí)，車間內(nèi)部的鐵路布置又實(shí)現(xiàn)了主體生產(chǎn)要求，兩者相輔相成。如煉鋼鐵水跨，車間內(nèi)部鐵路的長度、數(shù)量等取決于煉鋼生產(chǎn)工藝的要求，鐵路線長度既要滿足鐵水量運(yùn)輸要求，也要符合煉鋼車間工藝布置的要求。鐵路股道數(shù)取決于鐵水調(diào)度的周期、鐵路運(yùn)輸組織方式，車間內(nèi)鐵路線間距要求又影響車間總平面布置，所以車間內(nèi)鐵路的運(yùn)輸組織需要結(jié)合主體生產(chǎn)工藝要求完成。

3.2 鐵路布置的設(shè)計(jì)原則

車間內(nèi)鐵路布置除需要滿足生產(chǎn)工藝的要求外，其鐵路設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下主要原則：1）鐵路標(biāo)準(zhǔn)選取安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)。2）合理選擇鐵路運(yùn)輸組織方式，使其不但滿足車間內(nèi)部工藝要求，還需滿足全廠鐵路運(yùn)輸組織方式的要求。3）車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)與車間生產(chǎn)工藝相配合，力求做到相關(guān)車間連接方便、布置緊湊、運(yùn)距短，尤其是特種物料、長大件的運(yùn)輸，如鐵水運(yùn)輸，原、燃料運(yùn)輸?shù)取?）合理考慮車間內(nèi)鐵路裝卸的機(jī)械化、自動(dòng)化裝備需求。5）避免人流、物流頻繁交叉，避免車流與生產(chǎn)工序的干擾。6）為遠(yuǎn)期生產(chǎn)發(fā)展留有余地，使鐵路設(shè)計(jì)滿足后期生產(chǎn)工藝的發(fā)展需求。7）注意環(huán)境保護(hù)，減少污染，如機(jī)車修理庫的檢修地坑配套設(shè)置油水分離池。7）考慮其他專業(yè)的設(shè)計(jì)要求，其他設(shè)施與鐵路的相關(guān)因素，如水平凈距、凈空、路基處理要求與車間廠房柱基礎(chǔ)的關(guān)系。

3.3 設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)車間生產(chǎn)工藝要求，以及全廠鐵路運(yùn)輸組織方式，按照以下步驟完成車間內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)。

第一步，根據(jù)車間內(nèi)生產(chǎn)工藝確定的車間總平面布置，確定車間內(nèi)裝卸區(qū)與全廠鐵路運(yùn)輸?shù)奈锪鞣较颍贫ㄨF路線進(jìn)入車間裝卸區(qū)的基本運(yùn)輸組織方式。

第二步，根據(jù)生產(chǎn)車間的工藝總圖布置、車間鐵路運(yùn)輸量，確定車間內(nèi)鐵路線的長度、股道數(shù)。線路的長度既要滿足裝卸的作業(yè)要求，也要滿足鐵路線的布置要求。盡頭式車間內(nèi)部鐵路車擋前應(yīng)有10 m的附加長度；在困難條件下附加長度可小于10 m，但應(yīng)采取安全措施。車擋后部的安全距離在車間外≮15 m，在車間內(nèi)≮6 m，在安全距離內(nèi)嚴(yán)禁修建建筑物、構(gòu)筑物和安裝設(shè)備［2］。

第三步，完成車間內(nèi)鐵路線路設(shè)計(jì)方案后，根據(jù)整體式道床結(jié)構(gòu)和普通道砟式結(jié)構(gòu)兩種方式的特點(diǎn)，按照項(xiàng)目的具體要求確定道床結(jié)構(gòu)型式。

第四步，確定車間內(nèi)鐵路軌道結(jié)構(gòu)的鋼軌連接方式，采用普通道砟式結(jié)構(gòu)鐵路的鋼軌連接方式與室外相同，采用整體式道床結(jié)構(gòu)的連接方式工程應(yīng)用方式比較多樣。其中包括以下3類。

第1類，混凝土枕預(yù)埋在鋼筋混凝土整體式道床結(jié)構(gòu)內(nèi)，這種方式對枕木的施工安裝要求標(biāo)準(zhǔn)較高，見圖1 a。

第2類，在鋼筋混凝土整體道床結(jié)構(gòu)上預(yù)留螺栓孔，施工中的方孔或圓孔均只能上下同徑，后期固定螺栓的抗拔性較差。通過其他措施可以減少這種方式的不足，比如更換性能更好的錨固劑或增設(shè)二次澆筑層的方式來增強(qiáng)軌距擋板的固定和螺栓的抗拔性，見圖1b。

第3類，在鋼筋混凝土中預(yù)埋鋼墊板，鋼軌通過在墊板上焊接扣件來固定。該種方式減少了預(yù)埋混凝土枕方式的施工難度，方式更加靈活，施工精度基本同一般的鋼筋砼施工要求，是目前整體道床施工簡便、鋼軌安裝方便、精度控制較高的方法。該方式配合目前的Ⅲ型彈條扣件更能發(fā)揮方案的優(yōu)越性，見圖1 c。

圖2 整體式道床結(jié)構(gòu)的鋼軌連接方式

3.4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1）車間大門尺寸需要根據(jù)鐵路限界標(biāo)準(zhǔn)向建筑專業(yè)提出要求。直線段進(jìn)入車間時(shí)應(yīng)滿足建構(gòu)筑物水平接近限界要求以及凈空要求；曲線段進(jìn)車間時(shí)，大門寬度需要按照直線段最小要求加寬，大門加寬按照下列公式計(jì)算[2]。

曲線內(nèi)側(cè)加寬應(yīng)按下式計(jì)算：

曲線外側(cè)加寬應(yīng)按下式計(jì)算：

曲線內(nèi)外側(cè)加寬應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：R為曲線半徑，m；H為計(jì)算點(diǎn)自軌面算起的高度，mm；h為外軌超高，mm。

2）車間內(nèi)鐵路線的有效長度計(jì)算，除考慮計(jì)算到車擋前10 m附加距離的規(guī)范要求外，還應(yīng)考慮車間內(nèi)吊車的走行極限以及吊車抓鉤的作業(yè)范圍。

3）需要與車間工藝專業(yè)共同確定車間內(nèi)鐵路線周圍的生產(chǎn)活動(dòng)與鐵路線的距離是否存在安全隱患，以及提出必要的防護(hù)措施。

4）根據(jù)需要，考慮是否在車間內(nèi)設(shè)置鐵路車輛啟停聲光報(bào)警裝置，以提高車間內(nèi)鐵路運(yùn)輸和生產(chǎn)活動(dòng)中設(shè)備和人員的安全。

5）采用普通道砟結(jié)構(gòu)的車間內(nèi)部鐵路，根據(jù)通行要求、美觀度等選擇是否面層需要加鋪“預(yù)制塊面層+砂質(zhì)填充層”的結(jié)構(gòu)層。

6）有鐵路進(jìn)入車間的室內(nèi)外高差宜為0.5 m[2]，該規(guī)定是考慮有鐵路引入的建筑物一般有道路引入，將室內(nèi)外高差定為0.5 m即可滿足車間引道縱坡要求，且利于室外鐵路路基排水。

3.5 車間內(nèi)鐵路布置的調(diào)整

車間內(nèi)鐵路線的調(diào)整主要為施工中糾偏的調(diào)整，以及車間生產(chǎn)設(shè)施配套改造的鐵路線調(diào)整兩種情況。兩種調(diào)整基本采用相同的設(shè)計(jì)依據(jù)。

在車間內(nèi)鐵路調(diào)整的設(shè)計(jì)中，主要考慮線路的數(shù)量、長度、定位、軌面標(biāo)高、軌道鋪面等內(nèi)容，鐵路的軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般不作為鐵路調(diào)整的主要內(nèi)容。在車間內(nèi)鐵路布置的調(diào)整中主要考慮以下幾點(diǎn)因素。1）鐵路股道數(shù)的增加或有效長度的增加均要結(jié)合工藝總平面布置統(tǒng)一考慮，須同時(shí)滿足鐵路裝卸區(qū)的安全防護(hù)要求。2）車間內(nèi)鐵路線的數(shù)量和定位調(diào)整設(shè)計(jì)，除滿足車間工藝布置外，與室外鐵路的連接方式對現(xiàn)有運(yùn)輸組織的影響也是決定調(diào)整方案是否可行的關(guān)鍵因素。3）車間內(nèi)軌面標(biāo)高的調(diào)整直接影響車間內(nèi)地坪高度以及車間內(nèi)跨鐵路平交通道。4）車間內(nèi)鐵路改造時(shí)，由于運(yùn)輸通道、衛(wèi)生環(huán)保、美觀度等要求，需要在明道砟鐵路頂面鋪設(shè)“預(yù)制塊面層+砂石墊層”結(jié)構(gòu)層或進(jìn)行整體道床式結(jié)構(gòu)改造。

4 結(jié)語

鐵路與車間的無縫對接可以減少倒運(yùn)次數(shù)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增加鐵路運(yùn)輸效率，增強(qiáng)企業(yè)運(yùn)營效益。車間內(nèi)鐵路的合理設(shè)計(jì)不僅可以保障生產(chǎn)、加強(qiáng)生產(chǎn)安全、增強(qiáng)運(yùn)輸可靠度，還可以有效的發(fā)揮鐵路運(yùn)輸在降低企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本中的作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］雷明.工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)［M］.西安：西安陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998．

［2］中國冶金建設(shè)協(xié)會(huì).GB 50603—2010鋼鐵企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：中國計(jì)劃出版社，2011．