高速鐵路特級道砟存砟場內(nèi)水洗工藝研究

何 北

（中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030000）

1 存砟場位置選定及場地規(guī)劃

1.1 概述

在選擇存砟場前應(yīng)對當(dāng)前工程情況進(jìn)行統(tǒng)籌分析，根據(jù)工期要求、需要滿足的功能等確定存砟場數(shù)量、大小、位置、周邊設(shè)施。

1.2 存砟場位置選定原則

（1）盡量沿鐵路線路平均布置，確保道砟運(yùn)送距離最近。

（2）為給老K車裝砟時(shí)不影響正線行車，裝車線宜利用車站站線或鋪軌基地臨時(shí)線路［1］。

（3）盡可能利用既有硬化場地或鐵路紅線內(nèi)場地，節(jié)省場地處理費(fèi)用、征地及復(fù)墾費(fèi)用。

（4）周邊主干道具備大車通行條件。

（5）盡量遠(yuǎn)離村落、工廠等區(qū)域。

1.3 存砟場規(guī)劃

1.3.1 現(xiàn)場調(diào)查

在場地規(guī)劃前對存砟場周邊情況進(jìn)行調(diào)查［2］，調(diào)查內(nèi)容如下：

（1）場地周邊交通情況，包括主干道、支路走向，是否有限高、限重等限制運(yùn)砟車輛通行的情況，是否需要重修硬化等。

（2）場地有無附著物、附著物如何處理。

（3）場地整體高程及與線路相對位置情況，是否需要填挖方處理，周邊有無排水溝。

（4）周邊有無變壓器、水井，能否用于和滿足存砟場內(nèi)用電用水設(shè)備需要。

（5）當(dāng)?shù)卣氛?、環(huán)保等部門對施工的相關(guān)要求，砟場周邊土地使用情況等。

1.3.2 場地高程測量

分?jǐn)嗝鎸龅剡M(jìn)行高程測量，測出場地整體高程網(wǎng)，測點(diǎn)間距可取20 m×20 m。如果場地高低起伏較大或不規(guī)則，可適當(dāng)加密測量。

1.3.3 確定地基處理方式及場內(nèi)排水

根據(jù)高程網(wǎng)以減少填挖方為原則進(jìn)行高程設(shè)計(jì)，高程宜設(shè)置不小于2‰斜面用于場地排水。坡面應(yīng)與排水溝相應(yīng)設(shè)置，優(yōu)先利用既有排水溝［3］。

勘查砟場地質(zhì)情況，如遇膨脹土、彈簧土等應(yīng)進(jìn)行換填和碾壓處理；如果為普通土路基，可在清表后灑水覆蓋碎石并使用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，提高場地承載力。

1.3.4 整體布局規(guī)劃

存砟場整體布局規(guī)劃可按以下原則進(jìn)行：

（1）根據(jù)存砟場需要滿足的功能及道砟用途決定場內(nèi)是否需要設(shè)置洗后道砟存放區(qū)。如需設(shè)置則建議對存儲(chǔ)場地進(jìn)行硬化，厚度需滿足重車承載力要求，場地面積比例可根據(jù)洗砟效率和上砟速度確定，一般不宜小于整體場地面積的一半。

（2）按場地大小及道砟計(jì)劃存儲(chǔ)量確定存砟場內(nèi)是否需要設(shè)置擋砟墻。如果場地面積相較于計(jì)劃存砟量較小時(shí)可在存砟場周圍、道砟水洗前后存放區(qū)之間設(shè)置擋砟墻，墻體高度及厚度以保證道砟數(shù)量及安全為原則。

（3）根據(jù)水洗道砟用途及存砟場與新建鐵路線的相對位置確定洗后道砟存放位置及裝砟方式。水洗道砟可根據(jù)工程施工時(shí)段用于鋪軌前預(yù)鋪道砟和鋪軌后分層補(bǔ)砟，其中預(yù)鋪道砟使用自卸汽車運(yùn)輸，分層補(bǔ)砟使用老K車運(yùn)輸［4］。使用老K車運(yùn)輸時(shí)，可采用裝載機(jī)裝車及水洗設(shè)備傳送帶直接裝車兩種方案，其中裝載機(jī)裝車適用于在存砟場內(nèi)儲(chǔ)存洗后道砟的情況，在上砟時(shí)可實(shí)現(xiàn)道砟的大量集中供應(yīng)，效率較高，但由于道砟需要二次倒運(yùn)及覆蓋保護(hù)等原因成本較高；而使用水洗設(shè)備中的傳送帶直接裝砟可節(jié)省部分存砟場硬化費(fèi)用和二次倒運(yùn)費(fèi)用，但上砟數(shù)量嚴(yán)格受水洗效率限制并且道砟質(zhì)量不合格時(shí)很難再進(jìn)行二次清洗。

為便于裝載機(jī)給老K車裝砟，道砟存放點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近裝砟線路，并按現(xiàn)場情況修建上砟平臺(tái)。平臺(tái)長度以滿足上砟需求為原則，高度以裝車后老K車不偏載為原則。

（4）洗砟設(shè)施位置及布置方式應(yīng)保證節(jié)約場地、裝砟方便，設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)全部硬化并保證易于清理。出砟點(diǎn)在保證安全的情況下盡可能靠近鐵路線或洗后道砟存砟點(diǎn)，距離線路、水池等設(shè)施的水平距離應(yīng)能確保道砟按錐形堆放至最高點(diǎn)時(shí)不影響行車安全和洗砟作業(yè)。如果場地不滿足要求，需要在線路及水池邊增設(shè)擋砟墻。

（5）存砟場內(nèi)車輛出入口宜分開設(shè)置，地磅宜設(shè)置于存砟場進(jìn)口附近，出砟車輛需要過磅時(shí)可采用場外迂回的方式。如果條件不允許可將場內(nèi)道路設(shè)計(jì)為環(huán)形，同時(shí)主干道應(yīng)設(shè)置為雙車道，保證車輛有序行駛，避免交通擁堵。某設(shè)置了環(huán)形道路的存砟場平面布置如圖1所示。

圖1 某存砟場平面布置

（6）如果存砟場所在位置常年風(fēng)力較大，或周邊為農(nóng)田、村莊、工廠等，為避免洗砟時(shí)灰塵污染周邊環(huán)境及污染洗后道砟，可在存砟場周圍及砟堆中間設(shè)置防風(fēng)抑塵網(wǎng)，高度以不污染環(huán)境或當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求為準(zhǔn)。

（7）優(yōu)先利用場地附近既有水井及排水溝，洗砟用水使用埋地管道引入場內(nèi)，廢水經(jīng)沉淀處理之前不可隨意排入排水溝。存砟場用電宜單獨(dú)接變壓設(shè)備，電纜應(yīng)埋地或架空布置，并做相應(yīng)的警示標(biāo)識。

2 道砟水洗設(shè)備及工藝

2.1 水洗設(shè)施組成

目前國內(nèi)主要使用振動(dòng)篩水洗工藝［5-6］，主要設(shè)備有上砟斗、給料機(jī)、傳送帶、高壓水泵、噴淋器、振動(dòng)篩等。配套設(shè)施有多級沉淀池、水井等。

（1）上砟斗

上砟斗為使用裝載機(jī)裝砟或自卸車卸砟的進(jìn)料口，其容積可按不低于一節(jié)老K車的容積（普通車型約40 m3）或普通自卸車容積進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）給料機(jī)

給料機(jī)位于上砟斗下方用來將上砟斗中流出的道砟振動(dòng)輸送至傳送帶上，其可以通過電機(jī)控制振動(dòng)頻率進(jìn)而控制道砟輸送速度（見圖2）。

圖2 給料機(jī)

（3）傳送帶

傳送帶用于各設(shè)備間輸送道砟并固定噴淋設(shè)備，傳送帶坡度應(yīng)按電機(jī)功率等因素確定，一般不得高于15°。傳送帶基礎(chǔ)必須硬化抹平，兩邊設(shè)擋水臺(tái)或?qū)⒒A(chǔ)做成凹槽狀并向排渣池方向設(shè)置不小于5‰縱坡以便污水能順利排入排渣池。

末段傳送帶可根據(jù)需要安放于鐵路線路上用于老K車裝砟或安放于存砟場內(nèi)臨時(shí)存儲(chǔ)道砟，條件允許時(shí)可設(shè)置為移動(dòng)式以便靈活調(diào)整道砟出砟點(diǎn)。當(dāng)裝車線路位于永久路基上時(shí)，為避免道砟表面殘余的水通過老K車流入路基造成路基破壞，可在線路兩邊老K車卸砟口處設(shè)置排水槽并將水引入水池內(nèi)。排水槽如圖3和圖4所示。

圖3 排水槽槽身

圖4 排水槽下水口

（4）噴淋器

噴淋器為固定于傳送帶或振動(dòng)篩上的水管組合架，用于將洗砟用水均勻地噴于道砟上，對道砟進(jìn)行浸泡并初步?jīng)_掉表面泥土石粉等。噴淋器見圖5和圖6。

圖5 噴淋器（傳送帶上）

圖6 噴淋器（振動(dòng)篩上）

（5）振動(dòng)篩

振動(dòng)篩為洗砟設(shè)備中的核心部分，用于對道砟進(jìn)行篩分和振動(dòng)揉搓，去除小粒徑碎石和道砟表面的泥土石粉等。振動(dòng)篩上設(shè)可拆卸式篩網(wǎng)，道砟水洗時(shí)可根據(jù)需要更換不同孔徑的篩網(wǎng)對道砟進(jìn)行篩分。振動(dòng)篩及篩網(wǎng)見圖7和圖8。

圖7 振動(dòng)篩

圖8 振動(dòng)篩篩網(wǎng)（噴淋器下方）

（6）水池

為節(jié)約用水和減少環(huán)境污染，在洗砟設(shè)備附近設(shè)置多級沉淀池提供洗砟用水。沉淀池?cái)?shù)量及容積以確保污水在各級沉淀池中經(jīng)過一個(gè)循環(huán)后最終水的潔凈度能滿足洗砟要求為原則，數(shù)量一般不宜少于4個(gè)。如果設(shè)有排渣池時(shí)可設(shè)置3個(gè)，每套洗砟設(shè)備初級沉淀池容積不宜小于500 m3，清水池不宜小于1 000 m3，其它沉淀池可適當(dāng)減小。

各沉淀池的進(jìn)水口與出水口（或抽水泵位置）應(yīng)選擇水池邊距離相對最遠(yuǎn)的兩個(gè)位置分別設(shè)置，以便污水有更長時(shí)間沉淀。

沉淀池可根據(jù)場地大小和施工需要等修建為磚砌式或放坡開挖鋪設(shè)防水布的方式，后者如圖9所示。

圖9 放坡開挖的清水池

2.2 多套洗砟設(shè)備布置方案

洗砟設(shè)備數(shù)量應(yīng)以單位時(shí)間內(nèi)需求的水洗道砟數(shù)量確定（每套普通洗砟設(shè)備正常情況下每天洗砟量約為3 000 t，計(jì)算時(shí)還應(yīng)考慮沉淀池清理及設(shè)備維護(hù)的時(shí)間）。當(dāng)采用多套洗砟設(shè)備時(shí)，相應(yīng)附屬設(shè)施最好共用以節(jié)省場地和成本。圖10為某存砟場使用兩套水洗設(shè)備并集中使用一套水池的平面布置圖，道砟水洗時(shí)污水從振動(dòng)篩排污口排入排渣池內(nèi)并經(jīng)初步沉淀后依次流入各沉淀池和清水池，再使用水泵將清水池的凈水抽出用于道砟水洗。如此循環(huán)，待排渣池內(nèi)沉淀物較多影響洗砟效果時(shí)可暫停洗砟，使用裝載機(jī)將排渣池清理干凈后再次開始。

圖10 某存砟場水洗設(shè)備布置示意

2.3 道砟水洗工藝

振動(dòng)篩道砟水洗工序可分為噴淋浸泡、振動(dòng)清篩、沖洗等環(huán)節(jié)［7］。按其工作順序可分為三級水洗，正常水洗流程為：

（1）開機(jī)：啟動(dòng)設(shè)備，對水泵、給料機(jī)、振動(dòng)篩等進(jìn)行檢查調(diào)試確保所有設(shè)備工作正常，噴淋器能按預(yù)定水壓正常噴水。

（2）給料：使用裝載車將存砟場內(nèi)堆放的未水洗道砟鏟運(yùn)至上砟斗（或使用自卸汽車將道砟卸至上砟斗），同時(shí)給料機(jī)工作，利用其振動(dòng)力將道砟送至傳送帶上。

（3）一級清洗：道砟從給料機(jī)進(jìn)入傳送帶后，利用噴淋器向道砟噴射清水，在對道砟進(jìn)行浸泡的同時(shí)將道砟表面易于清洗的泥土石粉等沖離并隨水流至傳送帶下方硬化面上。

（4）篩分及二級清洗：振動(dòng)篩沖洗是整個(gè)道砟清洗的核心環(huán)節(jié)，在道砟到達(dá)振動(dòng)篩后利用振動(dòng)篩表面的篩網(wǎng)將粒徑不符合要求的碎道砟篩掉僅保留合格的部分，同時(shí)振動(dòng)篩的強(qiáng)力振動(dòng)配合上部高壓噴淋器對道砟進(jìn)行揉搓沖洗，洗掉的泥污及碎石隨水流進(jìn)入排渣池，粒徑合格的道砟經(jīng)沖洗后進(jìn)入下一節(jié)傳送帶。一般情況下道砟在經(jīng)過二級清洗后表面僅剩余少量泥水。在篩分時(shí)，應(yīng)提前根據(jù)要求更換符合要求的篩網(wǎng)，如果道砟用于最后一遍補(bǔ)砟，須將篩網(wǎng)增大到 30 mm［8］。

（5）三級清洗：利用噴淋器對道砟表面殘余的泥水進(jìn)行沖洗，洗后污水流至傳送帶下硬化面上并進(jìn)一步回流至水池內(nèi)，道砟沿傳送帶到達(dá)存砟點(diǎn)或老K車內(nèi)。

（6）傳送帶下基礎(chǔ)清理：在水洗過程中應(yīng)隨時(shí)對傳送帶下污泥進(jìn)行清理，或設(shè)置固定噴水設(shè)施并在水泵打開時(shí)自動(dòng)清理。

2.4 道砟水洗注意事項(xiàng)

（1）如果道砟整體較臟使用正常工藝難以洗凈時(shí)，可采取以下措施：①加長一、三級水洗段落或放緩傳送帶速度讓道砟浸泡更長時(shí)間；②增大各噴淋器的水壓；③增大沉淀池或使用外來水進(jìn)行補(bǔ)充確保洗砟用水干凈不混濁。如果還不能達(dá)到潔凈度要求可考慮再增加1臺(tái)振動(dòng)篩或進(jìn)行二次清洗。

（2）氣溫低于0℃不能進(jìn)行道砟水洗時(shí)可酌情采用干洗：關(guān)閉所有噴淋系統(tǒng)僅打開給料機(jī)和振動(dòng)篩對道砟干篩，篩后應(yīng)及時(shí)對道砟進(jìn)行潔凈度檢測。此外，因該作業(yè)方法揚(yáng)塵嚴(yán)重，故在使用該方法時(shí)應(yīng)做好抑塵工作，如增加防風(fēng)抑塵網(wǎng)或設(shè)置高空噴霧器。

（3）洗砟設(shè)備中給料機(jī)、傳送帶、振動(dòng)篩等均有多檔可調(diào)，在正式洗砟前應(yīng)做好設(shè)備調(diào)試，并做道砟潔凈度檢測試驗(yàn)，針對不同的道砟選擇最合理的設(shè)備參數(shù)。

（4）洗砟過程中應(yīng)隨時(shí)對洗后道砟進(jìn)行抽查（并應(yīng)每天至少做一次潔凈度檢測試驗(yàn)［9］），當(dāng)發(fā)現(xiàn)道砟顆粒表面潔凈度超過0.17%［10］時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取調(diào)低給料機(jī)送砟速度和傳送帶傳動(dòng)速度、增大振動(dòng)篩功率、清理排渣池等措施。

（5）使用裝載機(jī)清理出的淤泥碎石等應(yīng)統(tǒng)一堆放、統(tǒng)一處理，不得直接排入砟場外污染環(huán)境。

（6）使用圍擋對所有洗砟設(shè)備進(jìn)行圍護(hù)，防止外人進(jìn)入受傷。

3 結(jié)束語

當(dāng)?shù)理闹谢烊氲姆垧ね恋阮w粒較多時(shí)，在鐵路運(yùn)營過程中遭受雨淋等情況很可能造成道床板結(jié)［11］和凍脹［12］，在增加線路維護(hù)費(fèi)用、降低維護(hù)效率的同時(shí)還會(huì)縮短線路使用壽命甚至危及行車安全，故道砟清洗工作是質(zhì)量控制的重中之重。作為道砟上線前清洗的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，存砟場內(nèi)洗砟主要任務(wù)是對道砟本身存在的石粉以及道砟運(yùn)輸途中和存砟場內(nèi)長時(shí)間存放造成的灰塵泥土進(jìn)行清洗去除，其中存放于存砟場內(nèi)導(dǎo)致的二次污染最為嚴(yán)重，因此對存砟場進(jìn)行合理規(guī)劃避免場內(nèi)道砟遭受二次污染是第一要?jiǎng)?wù)。此外，通過合理規(guī)劃，保證進(jìn)砟、洗砟、出砟過程有條不紊地進(jìn)行可極大提高洗砟效率和洗砟質(zhì)量，減少洗砟成本。因此，在有砟高速鐵路存砟場選取和規(guī)劃方面一定要做專項(xiàng)研究討論。