港口鐵路散貨作業(yè)線鋪面結(jié)構(gòu)適用性分析

楊松姍，鄒君鵬，孔德峰

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220；2.天津港遠(yuǎn)航國(guó)際礦石碼頭有限公司，天津 300450；3.錦州市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法隊(duì)，遼寧錦州 121001）

引言

對(duì)于港口鐵路通用作業(yè)線，通常用單斗裝載機(jī)等流動(dòng)機(jī)械進(jìn)行散貨如煤炭、礦石裝卸。在裝卸過(guò)程中粉狀貨物會(huì)產(chǎn)生撒漏。撒落后容易產(chǎn)生如下問(wèn)題：1）首先散貨灑落混入道碴，撒漏到道碴的貨物很難清理，會(huì)污染道床，隨著近年港口作業(yè)環(huán)境保護(hù)要求的提高、清潔生產(chǎn)對(duì)抑塵要求的提高，生產(chǎn)過(guò)程會(huì)不斷灑水，隨時(shí)間延長(zhǎng)，道床污染嚴(yán)重，道碴空隙被貨物填充。加之機(jī)車(chē)車(chē)輛外力作用，碎石道床板結(jié)，彈性變差，容易造成軌道等設(shè)備損壞，需要增加道碴篩分頻率，產(chǎn)生額外維護(hù)費(fèi)用。篩分期間為保證作業(yè)人員安全，部分作業(yè)暫停，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)作業(yè)，大大降低作業(yè)效率；2）貨物撒落到鋼軌上，造成扣件被掩埋，在噴淋水的雙重作用下，導(dǎo)致鋼軌扣件銹蝕嚴(yán)重，容易造成扣件加速老化，檢修及更換時(shí)影響生產(chǎn)效率，也給運(yùn)營(yíng)安全造成很大隱患；3）道床板結(jié)、噴淋水，和潮濕貨物多重作用下，軌道電路的導(dǎo)電性能受到影響，容易造成控制信號(hào)不暢，影響安全生產(chǎn)；4）撒落的貨物難以及時(shí)清理，日積月累，影響作業(yè)環(huán)境的整潔性，同時(shí)造成一定的貨物損失。

隨著綠色港口理念深入生產(chǎn)，對(duì)作業(yè)環(huán)境、清潔生產(chǎn)要求的日益嚴(yán)格，港口散貨采用鐵路集疏港的比例日益提高。為解決上述問(wèn)題，考慮在鐵路散貨作業(yè)線增設(shè)鋪面。在裝卸作業(yè)結(jié)束后，安排清掃車(chē)清掃，收集灑落貨物，將大大減少貨物損耗；同時(shí)鋪面設(shè)于道床之上，可減少粉狀貨物混入碎石道床，有利于維護(hù)道床狀態(tài)，安裝鋪面板的同時(shí)可用瀝青碎石等材料填塞，對(duì)鐵路鋼軌扣件起到一定保護(hù)作用，減少腐蝕。增設(shè)鐵路鋪面板會(huì)減少維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)減少了線路維護(hù)時(shí)間、日常清掃時(shí)間，提高作業(yè)效率。

鐵路鋪面工程能夠改善港區(qū)鐵路裝卸生產(chǎn)環(huán)境、減少維修費(fèi)用，提高作業(yè)效率，保障鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

1 線路鋪面形式

港口鐵路裝卸線鋪面結(jié)構(gòu)引申自鐵路與公路平過(guò)道、道口的設(shè)計(jì)。在鐵路與公路平交的道口，在軌枕范圍內(nèi)表面鋪設(shè)具有一定強(qiáng)度和平整度的結(jié)構(gòu)，使得公路上車(chē)輛能夠安全、平順通行，又不影響火車(chē)通行路口段鐵路，此為道口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的和原則。早期道口采用木板、石板、舊鋼軌、鋼板、混凝土鋪面等結(jié)構(gòu)，近年隨著鐵路規(guī)范管理及道路荷載的增加，基本為鋼筋混凝土鋪面結(jié)構(gòu)、橡膠道口板結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)等具有一定強(qiáng)度和耐久性的結(jié)構(gòu)[8]。

1）碎石道床加鋼筋混凝土鋪面板

鋼筋混凝土鋪面板方案是以鐵路道口標(biāo)準(zhǔn)圖為基礎(chǔ)，在碎石道床鐵路基礎(chǔ)上，結(jié)合港區(qū)車(chē)輛重載的特點(diǎn)，對(duì)道口板強(qiáng)度做加強(qiáng)設(shè)計(jì)，在鐵路裝卸線全線鋪設(shè)面板。單線面板鋪設(shè)范圍為覆蓋軌枕，留出輪緣槽范圍后，兩鋼軌之間設(shè)一塊中間鋪面板，軌道外側(cè)軌枕范圍各設(shè)一塊兩側(cè)鋪面板。面板寬度尺寸結(jié)合軌枕鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，按軌枕間距確定。輪緣槽采用比基本軌低一個(gè)等級(jí)的舊鋼軌臥軌作為護(hù)輪軌。護(hù)輪軌下設(shè)墊木或墊塊，與中間鋪面板間設(shè)墊木作為緩沖。中間鋪面板和兩側(cè)鋪面板底部設(shè)坡面及凸起，與軌枕形狀吻合，防止其活動(dòng)，鋪面板與軌枕間采用柔性材料找平及緩沖荷載。

鋪面板的形狀和鋪設(shè)方案、附屬設(shè)施參照鐵路道口標(biāo)準(zhǔn)圖的要求，結(jié)合港區(qū)車(chē)輛重載的特點(diǎn)，根據(jù)荷載要求，相應(yīng)提高混凝土標(biāo)號(hào)、增加配筋強(qiáng)度，適應(yīng)港口散貨裝卸作業(yè)時(shí)清掃、降塵、檢修等重載車(chē)輛通行要求。雙線裝卸線路間鋪設(shè)鋼筋混凝土鋪面板或高強(qiáng)聯(lián)鎖塊結(jié)構(gòu)，線間路基排水采用具有一定強(qiáng)度的排水盲溝[1]。

圖1 碎石道床加鋼筋混凝土鋪面板示意圖Fig.1 Diagrammatic cross-section of reinforced concrete paving structure on ballast bed

2）碎石道床加成品橡膠鋪面板

橡膠鋪面板方案是在碎石道床鐵路基礎(chǔ)上，結(jié)合港區(qū)車(chē)輛重載的特點(diǎn)，鋪設(shè)成品橡膠道口板。與鋼筋混凝土鋪面板橡膠道口板也由中間鋪面板和兩側(cè)鋪面板組成，中間鋪面板可為一塊板，也可2塊板對(duì)稱布置。表面設(shè)防滑顆粒，背面與軌枕相對(duì)應(yīng)，以保證吻合安裝，有設(shè)鋼軌護(hù)輪軌結(jié)構(gòu)，近年產(chǎn)品多在兩側(cè)靠近鋼軌側(cè)設(shè)設(shè)有一體輪緣槽結(jié)構(gòu)，保證其整體性和行車(chē)安全。適應(yīng)不同軌枕型號(hào)有不同成品系列，寬度尺寸模數(shù)為1.1 m、1.65 m 和 2.2 m/組等，適應(yīng)鋪面寬度，提高整體穩(wěn)定性和美觀效果。

橡膠道口板以橡膠為主要原料，采用高科技技術(shù)添加尼龍嵌絲合成，具有一定的柔性材料特征，耐磨、防滑、絕緣性好。橡膠結(jié)構(gòu)能夠緩沖道路流機(jī)荷載，減少車(chē)輛載荷傳遞到道床內(nèi)，使碎石道床安全性提高。公路車(chē)輛通過(guò)道口時(shí)相對(duì)更平穩(wěn)。橡膠道口板由于其材質(zhì)特點(diǎn)，能夠適應(yīng)溫度變化，不易變形斷裂。

橡膠鋪面板鋪設(shè)簡(jiǎn)單，對(duì)生產(chǎn)影響較小，道口板安裝時(shí)間較短。

3）整體道床形式鋪面

整體道床是由鋼筋混凝土整體澆筑而成的道床，分為在道床中埋設(shè)軌枕、和整體澆筑預(yù)留軌道槽直接預(yù)埋扣件后安裝鋼軌兩種形式[2]。埋設(shè)軌枕方案：根據(jù)設(shè)計(jì)軌頂高程，采用與線路相同標(biāo)準(zhǔn)的軌枕，利用軌枕的承軌面作為承軌面，下設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，安放前,應(yīng)先對(duì)其與混凝土接觸的表面進(jìn)行鑿毛處理.，與軌枕澆筑成一個(gè)整體，上表面與鋼軌面平齊，留出承軌槽范圍，通過(guò)碎石、瀝青碎石填塞做出符合要求的承軌槽。整體道床結(jié)構(gòu)墊層鋪設(shè)300 mm 厚碎石或鋼碴等墊層，壓實(shí)系數(shù)0.97，其上基礎(chǔ)墊層采用C20 混凝土，整體道床結(jié)構(gòu)厚度約900 mm，軌枕下厚約500 mm。此種形式為道床結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，鋼軌、軌枕及扣件連接形式與普通段相同，不需進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。預(yù)埋扣件方案：根據(jù)采用的鋼軌、扣件型號(hào)，預(yù)留出承軌槽，在承軌槽范圍內(nèi)，按照扣件螺栓間距預(yù)留螺栓孔，用高強(qiáng)灌漿料將扣件螺栓預(yù)埋固定，此種形式不需要事先鋪設(shè)軌枕，但是由于現(xiàn)場(chǎng)施工精度等問(wèn)題，可能不能完美實(shí)施承軌槽1：40 的軌底面，導(dǎo)致兩條鋼軌軌距有約3 mm 誤差，該誤差可通過(guò)過(guò)渡段調(diào)整，不影響生產(chǎn)作業(yè)。

圖2 整體道床結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of monolithic track-bed structure

2 鋪面方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

碎石道床配合鋼筋混凝土鋪面板形式主要優(yōu)點(diǎn)是適用范圍較廣，抗變形能力強(qiáng)，能較好的適應(yīng)軟土地基需求，如采用預(yù)制鋪面形式，可快速安裝，對(duì)鐵路生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)影響較小，且工程造價(jià)相對(duì)較低。整體性相對(duì)較差，道碴仍然有可能污染，由于鋪面板覆蓋鋼軌扣件，后期維護(hù)相對(duì)困難，維修費(fèi)用高。如果是既有線加設(shè)面板，可能會(huì)涉及到運(yùn)營(yíng)中軌枕移位，軌枕間距差別會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)尺寸的預(yù)制鋪面安裝。鋼筋混凝土鋪面板有效使用年限約5 年，在嚴(yán)格限制重載貨物車(chē)輛任意穿行的情況下，僅通行清掃車(chē)和檢修車(chē)，有效使用年限可進(jìn)一步延長(zhǎng)[4]。

橡膠道口板由于橡膠體材質(zhì)，密封性較好，耐久性和隔水性能均較好，能夠防滑、絕緣、防水。能隔離道床、扣件等，減少地表散貨粉末和雨水對(duì)碎石道床的影響。橡膠道口板的整體性較好，緩沖減震性好，鋪設(shè)方便，采購(gòu)施工周期短，運(yùn)營(yíng)中道床遭受破壞相對(duì)小，能夠減少維修工作量。橡膠道口板標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)制造，不需要建筑工程設(shè)計(jì)圖紙，安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，鋪設(shè)方便，占用線路時(shí)間短，對(duì)生產(chǎn)影響較?。粚?duì)于軌枕范圍的鋪面，尺寸有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，但如果需要鋪面板或與道路堆場(chǎng)銜接部分需非標(biāo)尺寸，需跟廠商定制。定制部分費(fèi)用和周期相對(duì)較高。橡膠鋪面板價(jià)格較高，全線用于裝卸線，初期投入工程造價(jià)較高。使用年限約10 年，在現(xiàn)場(chǎng)良好管理情況下，可進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用期。

整體道床形式主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，設(shè)計(jì)荷載滿足港口自卸汽車(chē)，整體性好，表面整潔美觀，后期維護(hù)比較簡(jiǎn)單。即使用于通行重車(chē)的鐵路道口、平過(guò)道，其有效使用年限也可達(dá)十年以上。強(qiáng)度及耐久性遠(yuǎn)大于鋪面板方案。整體道床結(jié)構(gòu)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高，整體道床結(jié)構(gòu)厚度約900 mm，含鋼筋量較大，因此工程造價(jià)較高。此外，由于整體道床是連續(xù)澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在軟基上如不用樁基等地基處理方案，后續(xù)一旦基底出現(xiàn)較大的不均勻沉降，修補(bǔ)較為困難，對(duì)地基承載條件和地基處理方式要求比較高。使用年限約15 年，在現(xiàn)場(chǎng)良好管理情況下，仍可進(jìn)一步延長(zhǎng)其使用期[6]。

碎石道床配合鋼筋混凝土鋪面板、橡膠道口鋪面板及整體道床方案，單延米總體造價(jià)比約為1：2：2。

3 工程實(shí)例

以天津港南疆港區(qū)某散貨作業(yè)線鐵路鋪面工程為實(shí)例，對(duì)鋪面板結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比選取做進(jìn)一步分析。該工程鐵路為通用礦石作業(yè)線。線路多年前鋪設(shè)鋼筋混凝土鋪面板，已經(jīng)使用多年，在使用過(guò)程中鋪面板時(shí)有損壞，現(xiàn)場(chǎng)多次進(jìn)行修補(bǔ)，鋼軌和軌道條件較差，維修頻率較大。隨著港口禁止汽運(yùn)煤集港，港口鐵路運(yùn)輸任務(wù)將日漸增加，因此對(duì)既有鐵路的線路翻新、鋪面板重新布設(shè)工作提上日程。在對(duì)裝卸線軌道工程翻新改造基礎(chǔ)上，對(duì)鋪面形式進(jìn)行了方案比選和分析論證。考慮裝卸線鋪設(shè)鋼筋混凝土鋪面板結(jié)構(gòu)、平過(guò)道設(shè)為鋼筋混凝土整體道口方案，和全線鋪設(shè)鋼筋混凝土整體道床方案兩個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行比選[7]。根據(jù)前述優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，由于對(duì)全線軌道設(shè)備進(jìn)行更新，施工期影響基本相同，從鋪設(shè)效果角度全線鋪設(shè)整體道床形式更好[5]，但是兩個(gè)方案去除相同的軌道工程等相同投資，全線鋪設(shè)整體道床方案的工程費(fèi)用約是裝卸線鋪面板方案的2 倍，裝卸線鋪面作業(yè)中荷載為清掃車(chē)和檢修車(chē)輛等，重載貨車(chē)仍要求從原道口（平過(guò)道）處通行，在此前提下，采用了第一個(gè)方案，即裝卸線作業(yè)段采用鋼筋混凝土鋪面板結(jié)構(gòu)，道口（平過(guò)道）結(jié)合重載車(chē)輛特點(diǎn)，采用整體道口設(shè)計(jì)[3]。在實(shí)施中由于軌道設(shè)備同時(shí)更新，工期允許，將預(yù)制鋪面板調(diào)整為現(xiàn)澆，在施工中嚴(yán)格控制工程質(zhì)量。

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，幾種不同的鋪面形式在本工程得到了相應(yīng)部分的應(yīng)用，技術(shù)上合理、投資經(jīng)濟(jì)，維護(hù)了鐵路生產(chǎn)作業(yè)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于通用散貨鐵路工程，為碼頭的提供配套服務(wù)。港口鐵路運(yùn)輸逐漸增加，裝卸車(chē)的灑落物會(huì)經(jīng)常覆蓋扣件，導(dǎo)致需要經(jīng)常篩分道砟，更換扣件。設(shè)鋪面后能有效保護(hù)碎石道床，灑落物更容易清理，減少道床、軌道設(shè)備維護(hù)頻率和費(fèi)用，提高鐵路運(yùn)行中的穩(wěn)定性，節(jié)省維護(hù)、清掃時(shí)間，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。

工程建成后至今約四年，現(xiàn)場(chǎng)管理基本能按照設(shè)計(jì)荷載使用，裝卸線鋪面板及整體道口運(yùn)營(yíng)條件很好，部分靠近道口處過(guò)渡段鋪面因重載汽車(chē)超荷載轉(zhuǎn)彎、行駛等原因鋪面板有破壞，后在不停產(chǎn)的情況下局部將破損的鋼筋混凝土鋪面拆除，更換為為成品橡膠道口板，保證了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全，經(jīng)使用驗(yàn)證，橡膠鋪面板的強(qiáng)度和耐久性滿足現(xiàn)場(chǎng)重載運(yùn)輸要求。

本工程實(shí)施后，減少了鐵路裝卸線維護(hù)頻率及費(fèi)用，增加鐵路年作業(yè)天約15 d，年節(jié)省維護(hù)費(fèi)用約80 萬(wàn)元，保障企業(yè)的安全生產(chǎn)，排除安全隱患，為建設(shè)平安港口貢獻(xiàn)了力量。

結(jié)合散貨作業(yè)的特點(diǎn)，幾種不同的鋪面形式在本工程得到了相應(yīng)的應(yīng)用，可為類(lèi)似工程的應(yīng)用提供參考。