城市軌道交通焊軌基地集約性工藝設(shè)計(jì)分析

王 曉 闖

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 概述

2011年深圳軌道交通線網(wǎng)已運(yùn)營(yíng)線路約178.6 km；三期工程建設(shè)后，2020年深圳市將形成約421.8 km的軌道交通線網(wǎng)；四期工程建設(shè)后，2022年深圳市將形成約為657.4 km的軌道交通線網(wǎng)；2035年深圳市線網(wǎng)總長(zhǎng)可達(dá)到1 335 km。深圳城市軌道交通自2004年建成投入運(yùn)營(yíng)至今，線路陸續(xù)進(jìn)入大修換軌期[1]，隨著線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大修換軌工作量將會(huì)持續(xù)不斷的增長(zhǎng)。表1為深圳市軌道大修鋼軌需求預(yù)測(cè)表。

2 現(xiàn)狀分析

深圳地鐵線路與國(guó)有鐵路線路未連通，鋼軌無法直接通過鐵路運(yùn)輸至地鐵線路，僅能采用公路運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)方式；而過長(zhǎng)的鋼軌不方便進(jìn)行公路運(yùn)輸，因此現(xiàn)已運(yùn)營(yíng)地鐵線路換軌使用的25 m標(biāo)準(zhǔn)鋼軌采用汽車運(yùn)輸[2]，并存放在車輛基地的材料堆場(chǎng)內(nèi)。根據(jù)換軌作業(yè)需求，將25 m鋼軌吊裝至軌道平車，運(yùn)輸至換軌施工現(xiàn)場(chǎng)，并采用人工方式將鋼軌從軌道平車卸至軌道側(cè)邊。

表1 深圳市軌道交通大修鋼軌需求預(yù)測(cè)表

焊軌前，首先需要對(duì)焊接的鋼軌進(jìn)行檢查，然后利用手持移動(dòng)工具對(duì)鋼軌端部進(jìn)行除銹打磨，再通過簡(jiǎn)單工具將鋼軌移動(dòng)、焊接對(duì)位，采用鋁熱焊作業(yè)方式現(xiàn)場(chǎng)將25 m鋼軌焊接成所需要的長(zhǎng)鋼軌，焊接完成后使用手持移動(dòng)工具對(duì)焊縫進(jìn)行打磨處理。這種作業(yè)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣、焊縫質(zhì)量差，且占用線路維修時(shí)間長(zhǎng)。

而現(xiàn)有線路仍以鋁熱焊方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接成長(zhǎng)軌為主要作業(yè)方式，導(dǎo)致鋁熱焊接頭數(shù)量逐年增多[3]。由于鋁熱焊接接頭為鑄造組織，其強(qiáng)度低，極限強(qiáng)度只有鋼軌母材的70%，疲勞強(qiáng)度只有母材45%～60%，從而導(dǎo)致鋁熱焊接頭強(qiáng)度較低，風(fēng)險(xiǎn)較大，線路存在一定的危險(xiǎn)性。為了保證鋁熱焊接接頭的安全，需要定期進(jìn)行焊縫探傷[4]，探傷工作量大。

目前，國(guó)內(nèi)地鐵還是采用傳統(tǒng)的鐵利用移動(dòng)式閃光焊機(jī)、移動(dòng)式正火車在車輛段、停車場(chǎng)、正線等位置搭建臨時(shí)焊軌基地，焊接完成的鋼軌使用改裝的平板車運(yùn)送到換軌現(xiàn)場(chǎng)[5]，還沒有形成國(guó)鐵那樣的現(xiàn)代化、集成化、高效化的永久性焊軌基地，當(dāng)前各城市臨時(shí)焊軌基地?zé)o法滿足城市軌道交通后期大規(guī)模的換軌需求，也無法保證焊接質(zhì)量。建設(shè)永久性的焊軌基進(jìn)行線路大修100 m軌的供給[6]，可解決地鐵線網(wǎng)建設(shè)及維修對(duì)長(zhǎng)鋼軌的需求，提高線網(wǎng)內(nèi)大修換軌能力、保證鋼軌接頭焊接質(zhì)量、保障地鐵建設(shè)的發(fā)展，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

3 焊軌基地設(shè)計(jì)原則及功能定位

3.1 設(shè)計(jì)原則

1)焊軌基地的布置應(yīng)充分利用土地資源，集約用地。

2)焊軌基地是將25 m短軌焊接成100 m長(zhǎng)鋼軌，應(yīng)布置緊湊，符合工藝流程，各車間生產(chǎn)密切配合，便于生產(chǎn)管理。

3)工藝流程采用模塊化布置，按不同功能區(qū)域劃分出一系列功能模塊。各模塊相對(duì)獨(dú)立，具有互換性，功能模塊接口部位的形式、尺寸、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。

4)焊軌基地應(yīng)集約利用土地，滿足焊軌生產(chǎn)工藝要求的同時(shí)保證短軌、長(zhǎng)軌的存放量最大。

5)焊軌基地短軌存放場(chǎng)地必須具有短軌堆存、吊運(yùn)、輸送、配軌的能力。

6)焊軌基地的焊軌生產(chǎn)線必須具有焊前檢查調(diào)直、接頭焊接、粗銑、正火、時(shí)效處理、精調(diào)、精銑、探傷的能力。

7)焊軌基地長(zhǎng)軌堆存場(chǎng)地必須具有成品長(zhǎng)軌吊運(yùn)、堆存的能力。

3.2 功能定位

焊軌基地功能定位為深圳軌道交通線網(wǎng)臨修供軌、既有線路更新改造供軌、線路大修供軌的焊軌車間。焊軌基地主要由短軌存放場(chǎng)地、焊軌流水線、長(zhǎng)軌堆存場(chǎng)地、輔助生產(chǎn)設(shè)施組成，工藝流程滿足長(zhǎng)軌焊接質(zhì)量、效率的要求。焊軌基地選址設(shè)置于14號(hào)線車輛基地西側(cè)地塊，物業(yè)開發(fā)上蓋下部，沿南北方向布置，其東側(cè)為聯(lián)合檢修庫，西側(cè)為試車線，南側(cè)為車輛段卸料場(chǎng)。焊軌基地長(zhǎng)約348.6 m，寬約21.5 m，占地總面積約為7 495 m2，如圖1所示。

4 焊軌基地工藝方案設(shè)計(jì)

4.1 鋼軌焊接工序要求

短鋼軌從鋼廠運(yùn)至焊軌基地，到長(zhǎng)鋼軌成品運(yùn)輸出焊軌基地，主要經(jīng)過以下工序：

短軌運(yùn)輸卸車→短軌存放→短軌運(yùn)軌→短軌上軌→焊前檢查→焊前調(diào)直(如有需要)→鋸軌(如有需要)→焊前除銹→配軌存軌→鋼軌上焊接線→鋼軌焊接→焊后粗銑→正火熱處理→時(shí)效處理→鋼軌矯直→鋼軌精銑→探傷及檢測(cè)→成品存放→裝車[7]，見圖2。

上述工序按功能模塊劃分，可分為短軌卸軌及存放模塊、上軌模塊、焊前處理模塊、配軌存軌模塊、熱工藝生產(chǎn)模塊、時(shí)效模塊、冷工藝生產(chǎn)模塊、長(zhǎng)軌存放吊裝模塊[8]。

根據(jù)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，焊軌基地固定式鋼軌閃光焊接應(yīng)采用自然時(shí)效處理，因此焊軌基地應(yīng)設(shè)置時(shí)效處理臺(tái)。

4.2 鋼軌焊接工藝方案

為了滿足短軌和長(zhǎng)軌的運(yùn)輸問題，該焊軌基地內(nèi)需考慮設(shè)置專用的長(zhǎng)軌運(yùn)輸通道和短軌運(yùn)輸通道，以實(shí)現(xiàn)汽車和機(jī)車的運(yùn)輸分離，作業(yè)互不干擾。另該焊軌基地用地條件有限，長(zhǎng)度349 m,寬度21.5 m，需要最大限度利用土地。

此前國(guó)內(nèi)500 m鋼軌焊軌基地生產(chǎn)流水線一般采用一字型布置。按現(xiàn)有要求將25 m短鋼軌焊接成100 m長(zhǎng)鋼軌，增加時(shí)效處理，需要場(chǎng)地長(zhǎng)約為435 m，寬約12 m，如圖3所示。顯然435 m的長(zhǎng)度不滿足用地條件，因此需要尋求新型的工藝布局方式。這種情況下可嘗試U型和N型兩種方案[9]。

4.2.1U型布置方案

U型布置即流水線在時(shí)效處理后反向，該布置把熱工藝和冷工藝生產(chǎn)線分開，熱工藝生產(chǎn)線設(shè)備故障時(shí)，冷工藝生產(chǎn)線仍能繼續(xù)生產(chǎn)；該方案布局緊湊，土地利用率較高，但是其寬度空間要求較一字型方案大，最小占地長(zhǎng)度約300 m，寬度約20 m。在寬度受限制情況下，短軌、長(zhǎng)軌存放量小，時(shí)效臺(tái)寬度方向空間浪費(fèi)較大，且時(shí)效臺(tái)、成品存放臺(tái)需要配置2套群吊系統(tǒng)；最大缺點(diǎn)是長(zhǎng)軌存放臺(tái)側(cè)部設(shè)置長(zhǎng)軌運(yùn)輸通道時(shí)寬度不滿足用地要求，短軌吊卸起重機(jī)[10](雙梁橋式起重機(jī))與長(zhǎng)軌群吊出現(xiàn)干涉，且短軌吊卸起重機(jī)(雙梁橋式起重機(jī))無法進(jìn)入熱、冷工藝生產(chǎn)線，其布置示意圖如圖4所示。

4.2.2N型布置方案

N型工藝布置其布置示意圖如圖5所示，N型工藝是將U型方案冷工藝生產(chǎn)線加工完成的長(zhǎng)軌又返回到時(shí)效臺(tái)，將時(shí)效臺(tái)與長(zhǎng)軌存放區(qū)合并；該方案基建投資小，布局緊湊，土地集約利用率高，短軌、長(zhǎng)軌存放量較U型方案高，最小占地長(zhǎng)度約300 m，寬度約15 m；在寬度受限制情況下，短軌、長(zhǎng)軌存放量略小。該方案有130 m以上的無效走行，并需要另設(shè)置撥軌裝置；在生產(chǎn)與裝車同時(shí)進(jìn)行時(shí)，群吊能力略顯不足。

4.2.3工藝方案比較

表2 U型和N型布置方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

綜上所述，對(duì)于焊軌基地長(zhǎng)度349 m×寬度21.5 m的用地條件，一字型方案和U型方案均不能滿足場(chǎng)地條件，N型布置方案雖然投資稍大于U型布置方案，但工藝布置緊湊，土地利用集約化高，本次設(shè)計(jì)推薦采用N型布置方案

(見表2)。

4.3 總平面布局及配套設(shè)施

本次設(shè)計(jì)方案焊軌工藝部分方案選用N型方案后，短軌存放場(chǎng)地位置占用寬度11 m，為滿足長(zhǎng)軌運(yùn)輸和短軌運(yùn)輸通道要求，結(jié)合鐵路運(yùn)軌車限界情況，設(shè)置5 m的長(zhǎng)軌運(yùn)輸通道和5.5 m的短軌運(yùn)輸通道要求。焊軌基地總平面工藝布局圖如圖6所示，該方案體現(xiàn)了集約性工藝設(shè)計(jì)，集約利用土地的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

5 結(jié)語

本文根據(jù)深圳市城市軌道交通線網(wǎng)需求，提出設(shè)置現(xiàn)代化、集成化、高效化的焊軌基地的必要性，結(jié)合焊軌基地用地條件，最終推薦N字型集約性工藝布置方案。對(duì)后續(xù)線路及其他城市設(shè)置焊軌基地有很好的參考價(jià)值。后續(xù)線路及其他城市可結(jié)合用地情況及生產(chǎn)需求，合理選擇工藝方案。