摘 要 雙塊式無碴軌道軌枕具有良好的平順性和持久可靠的穩(wěn)定性,極少的線路維修量。雙塊式軌枕預(yù)制工藝可分為鋼筋骨架加工和混凝土預(yù)制兩大部分。結(jié)合武廣客運(yùn)專線某軌枕場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐,介紹了雙塊式軌枕的制造工藝和技術(shù)特點(diǎn),提出了改進(jìn)工藝和提高質(zhì)量的具體措施。
關(guān)鍵詞 客運(yùn)專線 施工工藝 雙塊式軌枕預(yù)制技術(shù)
雙塊式無碴軌道由于其良好的軌道平順性和持久可靠的穩(wěn)定性,以及高效率的運(yùn)能,極少的線路維修量,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外受到高度重視,越來越多的國(guó)家都在致力應(yīng)用和發(fā)展無碴軌道工程技術(shù)。雙塊式軌枕是首次從國(guó)外引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備,在使用上尚有一個(gè)消化吸收的過程。為保證軌枕預(yù)制質(zhì)量,減少不合格率,本著優(yōu)先解決施工過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題的原則,結(jié)合武廣鐵路客運(yùn)專線土建二標(biāo)工程的雙塊式軌枕施工,對(duì)雙塊式軌枕預(yù)制技術(shù)進(jìn)行探討。
1 工程背景
中鐵四局汩羅軌枕場(chǎng)是生產(chǎn)這種雙塊式軌枕的基地,承擔(dān)武廣鐵路客運(yùn)專線土建二標(biāo)聯(lián)合體216.2 km管段內(nèi)約70萬根雙塊式軌枕的預(yù)制生產(chǎn)任務(wù),是武廣客運(yùn)專線上規(guī)模最大的預(yù)制場(chǎng),投產(chǎn)后可日生產(chǎn)軌枕1 350根。
2 技術(shù)特點(diǎn)
雙塊式軌枕預(yù)制采用環(huán)線法施工。施工過程中,各工序首尾銜接,形成閉合環(huán)的生產(chǎn)模式。生產(chǎn)線以機(jī)械加工為主,人工操作為輔,有效的減少了因人為操作產(chǎn)生的誤差,提高了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)精度。施工工序之間銜接緊湊、安排合理,較大程度上提高了軌枕生產(chǎn)的進(jìn)度。
3 工藝流程簡(jiǎn)介
雙塊式軌枕預(yù)制施工工藝主要分為兩大部分:鋼筋骨架加工、軌枕混凝土預(yù)制施工。
3.1 鋼筋骨架加工
雙塊式軌枕整體強(qiáng)度較高,僅靠高性能的混凝土還不能滿足要求,需要高強(qiáng)度的鋼筋骨架來聯(lián)系兩個(gè)獨(dú)立的混凝土塊,以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和與道床混凝土之間的緊密銜接。鋼筋骨架生產(chǎn)線分為冷軋機(jī)組、數(shù)控彎箍機(jī)、桁架焊接機(jī)組三部分。雙塊式軌枕鋼筋桁架用量大,為保證按時(shí)、按量提供合格的雙塊式軌枕鋼筋桁架,采用機(jī)械自動(dòng)化制作的方式快速作業(yè)。按照施工順序,可分為鋼筋冷軋、數(shù)控彎箍、鋼筋桁架加工三大部分:首先將鋼筋原材由出廠狀態(tài)加工成雙塊式軌枕需要的狀態(tài),之后,進(jìn)入數(shù)控彎箍和桁架加工程序(如圖1所示) 。
按照軌枕對(duì)鋼筋材質(zhì)的要求,鋼筋抗拉強(qiáng)度必須大于550MPa,而我國(guó)常用的鋼筋強(qiáng)度一般只有300MPa左右。因此,在鋼筋加工之前要先對(duì)普通鋼筋進(jìn)行一道冷軋,以提高鋼筋強(qiáng)度。通過現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè),冷軋后的鋼筋抗拉強(qiáng)度達(dá)到650MPa以上,滿足要求。經(jīng)過冷軋之后的鋼筋卷成盤備用,一臺(tái)數(shù)控彎箍機(jī)將冷軋后的成盤鋼筋快速加工成需要的形狀。鋼筋桁架的精度要求較高,且桁架的日需要量為不小于1 350根合格產(chǎn)品。為此,我們選擇了國(guó)內(nèi)實(shí)力較強(qiáng)的機(jī)械科研所,圍繞軌枕生產(chǎn)的需要,自主研發(fā)用于軌枕生產(chǎn)的全自動(dòng)鋼筋桁架生產(chǎn)線。該套生產(chǎn)線的
生產(chǎn)過程為:先將冷軋后的鋼筋成盤,通過調(diào)直機(jī)構(gòu)將每根鋼筋調(diào)直并引入指定位置,形成鋼筋桁架的雛形;初步定位后,將兩側(cè)的弦桿加工成波浪形,釋放應(yīng)力,通過高壓氣缸將波浪形鋼筋準(zhǔn)確固定;在定位的同時(shí),將鋼筋牢固焊接在指定位置。
桁架采用電阻焊接。該機(jī)組配備了四臺(tái)焊接變壓器。鋼筋桁架在氣缸的擠壓下準(zhǔn)確就位,氣缸的端部為電極。在高壓氣缸的作用下,電極與鋼筋緊緊擠壓,使焊接處的鋼筋在極短的時(shí)間融化,并借助高壓氣缸的壓力將融化的焊接點(diǎn)結(jié)合成一體。焊接時(shí)逐點(diǎn)進(jìn)行,邊焊接邊移動(dòng),從而完成鋼筋桁架的全部焊接過程。之后,采用液壓剪將桁架整體定量截?cái)?。至?一根完整的鋼筋桁架完成。
3.2 雙塊式軌枕混凝土施工
雙塊式軌枕環(huán)形生產(chǎn)線采用閉合環(huán)的設(shè)計(jì)和工作方式,以模具的循環(huán)移動(dòng)來完成軌枕的預(yù)制生產(chǎn),按照施工順序和各部位功能,軌枕預(yù)制生產(chǎn)線可分為清理模具、噴脫模劑、鋼筋桁架安裝、混凝土澆筑及振搗、混凝土養(yǎng)護(hù)、脫模6個(gè)部分(見圖2 ) 。這6個(gè)部分組成一個(gè)首尾相連的閉合環(huán),各個(gè)工序之間銜接緊密,使模具的空載運(yùn)行減到最少,有效的提高了模具的利用率,節(jié)約了一套空模具的吊裝、運(yùn)輸設(shè)備,降低了造價(jià)。同時(shí),環(huán)形生產(chǎn)線占地面積相對(duì)較小,人員集中,便于統(tǒng)一管理、監(jiān)督。
軌枕預(yù)制生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)產(chǎn)量為每天生產(chǎn)1 350
根,采用環(huán)形布置,如圖3 所示。首先把模具清理干凈,噴涂脫模劑,然后安裝合格的鋼筋骨架,并準(zhǔn)確定位,進(jìn)入澆筑振動(dòng)臺(tái),將混凝土通過布料機(jī)有序定量的均勻分布到軌枕模具內(nèi)。邊振動(dòng)邊下料,進(jìn)入蒸汽養(yǎng)護(hù)通道,通過10 h的蒸養(yǎng),脫模后,安裝扣件,軌枕出廠房,模具回到清理工位,進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)。
軌枕下線后,對(duì)脫模的軌枕進(jìn)行檢測(cè),不合格的軌枕用紅色水筆在軌枕上做“A”字樣的標(biāo)記,需要修整的軌枕做“R”字樣的標(biāo)記,并記錄脫模時(shí)間和軌枕編號(hào)。脫模班填寫《脫模記錄表》,記錄要詳細(xì)準(zhǔn)確,以備將來檢查驗(yàn)收。合格與不合格的軌枕分開記錄,不合格的軌枕要記清編號(hào)和不合格的原因。按軌枕預(yù)制設(shè)計(jì)產(chǎn)量,軌枕生產(chǎn)線每日混凝土的需求量為106m3 ,混凝土用量相對(duì)較小,但軌枕生產(chǎn)時(shí)混凝土需求量比較平穩(wěn),要不斷的定量拌制混凝土,及時(shí)送到軌枕預(yù)制車間的布料機(jī)內(nèi)。
4 重難點(diǎn)工序
雙塊式軌枕施工采用的是從國(guó)外引入的生產(chǎn)設(shè)備。針對(duì)我國(guó)的具體情況,在實(shí)際操作時(shí),進(jìn)行了完善工藝,提高產(chǎn)量的相關(guān)研究和改進(jìn),取得了較好的效果。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。
4.1 提高生產(chǎn)進(jìn)度
(1)改進(jìn)設(shè)備
按照外方提供設(shè)備的相關(guān)資料,雙塊式軌枕生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)日產(chǎn)量為1 350根。在實(shí)際施工過程中,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真比較,發(fā)現(xiàn)雙塊式軌枕大部分工序的完成時(shí)間,都可以通過增加人手,加快單工序進(jìn)度,將原設(shè)計(jì)進(jìn)度1個(gè)模具/4 min提高到1個(gè)模具/3.5 min。只有脫模環(huán)節(jié)較難突破設(shè)計(jì)進(jìn)度,成為制約整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)度的瓶頸。為此,經(jīng)對(duì)設(shè)備圖紙及相關(guān)資料仔細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)可以通過提高液壓提升系統(tǒng)的提升、下降速度,來縮短脫模工序的完成時(shí)間。對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),在不同調(diào)節(jié)裝置上制作安裝統(tǒng)一的模板,使得脫模節(jié)拍縮短到3.3 min。
(2)改善工藝
僅靠提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度還不能保障軌枕生產(chǎn)進(jìn)度的提高,在生產(chǎn)工藝上也做了一些改進(jìn)。原設(shè)計(jì)的混凝土供應(yīng)方式采用皮帶式傳輸。皮帶式傳輸方式,混凝土與空氣的接觸面較大,將會(huì)增加混凝土的水分蒸發(fā)。同時(shí),在皮帶式運(yùn)輸時(shí),會(huì)有大量的混凝土落在皮帶機(jī)下面,增加了清洗的工作量。為此,對(duì)混凝土運(yùn)輸方式進(jìn)行了改進(jìn),將皮帶式傳輸改為斗車式運(yùn)輸,極大的減少了混凝土在運(yùn)輸過程中與空氣的接觸。由于采用了下部雙開式液壓活動(dòng)門,在運(yùn)輸過程中混凝土沒有出現(xiàn)散落現(xiàn)象,去除了運(yùn)輸?shù)缆飞系幕炷燎謇頃r(shí)間,清洗時(shí)只需用高壓水槍沖洗運(yùn)輸小車內(nèi)部,每班的清洗工作量減少較多,為混凝土施工節(jié)約了時(shí)間。
通過對(duì)軌枕生產(chǎn)線的研究和改善,將雙塊式軌枕的生產(chǎn)速度由原設(shè)計(jì)的1 350根/天提高到了1 500根/天。
4.2 加強(qiáng)質(zhì)量控制
雙塊式軌枕生產(chǎn)線的引入,在生產(chǎn)進(jìn)度上較我國(guó)以前的常規(guī)生產(chǎn)方式大大提高,但在引入設(shè)備初期,對(duì)于軌枕產(chǎn)品的質(zhì)量控制上也出現(xiàn)過問題。
(1)鋼筋桁架成品斜桿左右不同步就雙塊式鋼筋桁架加工生產(chǎn)線來說,前期生產(chǎn)出的鋼筋桁架問題較嚴(yán)重,主要表現(xiàn)在鋼筋桁架成品斜桿左右不同步。鋼筋桁架的主要傳力部分是貫穿中部的斜桿鋼筋(如圖4 ) 。從側(cè)面看,左右兩根斜桿應(yīng)完全重合,但由于生產(chǎn)時(shí)控制不嚴(yán),致使鋼筋桁架加工時(shí),常出現(xiàn)斜
桿左右不對(duì)稱的不合格情況。
根據(jù)這一問題,追根尋源,發(fā)現(xiàn)該問題只能在鋼筋桁架進(jìn)入焊接機(jī)之前消除才能解決。但在這個(gè)位置上,僅有50 cm空間可以使用,且鋼筋強(qiáng)度要達(dá)到670MPa?？臻g狹小、鋼筋強(qiáng)度高,以及加工速度較快都成為解決斜桿左右不同步問題的難點(diǎn),斜桿鋼筋定位成為軌枕場(chǎng)的一個(gè)重要研究課題。
經(jīng)過對(duì)鋼筋彎折加工工藝的仔細(xì)研究,經(jīng)過多次嘗試,利用這50 cm的狹小空間,加裝一套高壓氣泵聯(lián)動(dòng)裝置,配合桁架焊接機(jī)組的PLC程序,同步動(dòng)作,在每一次鋼筋桁架向前步進(jìn)時(shí),通過高壓氣泵形成的剪力,將斜桿的不均勻進(jìn)尺調(diào)整到正確位置,再次牢固定位。安裝后,斜桿進(jìn)尺不對(duì)稱的問題得以解決。不久問題再次出現(xiàn),這次出現(xiàn)故障的原因是因?yàn)樾录友b的調(diào)整設(shè)備根基不夠穩(wěn)固,加之高壓氣缸在調(diào)整高強(qiáng)度鋼筋時(shí)的反作用力較大,對(duì)設(shè)備的固定要求較高。于是,為斜桿調(diào)整設(shè)備設(shè)計(jì)了一套較大的基座,采用直徑25 mm的錨固螺絲將基座穩(wěn)固的固定在地面上,徹底解決了斜桿鋼筋不對(duì)稱的質(zhì)量問題。
(2)高性能混凝土制作技術(shù)
為了配合雙塊式軌生產(chǎn),混凝土的脫模時(shí)間要求較短。在混凝土配合比的選配上,不但要考慮混凝土的各項(xiàng)耐久性指標(biāo),還要使混凝土在澆筑后10 h內(nèi)達(dá)到不小于48MPa的脫模強(qiáng)度。作為混凝土中重要黏結(jié)材料的水泥成為影響軌枕生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前,國(guó)標(biāo)水泥中能夠達(dá)到這兩項(xiàng)重要指標(biāo)的水泥品種極少。經(jīng)過多方選擇、試拌,最終采用了在京津線上已大量使用的河北冀東PⅡ型水泥。該種水泥堿含量較低、性能穩(wěn)定,在耐久性和早期強(qiáng)度兩個(gè)方面均能達(dá)到生產(chǎn)線的需要,解決了軌枕生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵問題。
軌枕混凝土不允許使用易受堿性骨料反應(yīng)影響的骨料,在首次試驗(yàn)和生產(chǎn)前,必須提前對(duì)堿性硅和堿金屬碳酸鹽敏感性進(jìn)行巖石相分析和試驗(yàn)。如有疑問,可使用低堿性的水泥(Na2O- 當(dāng)量≤ 0.6%) ,或者減少可溶性堿在混凝土中的總含量,使其≤ 3.0 ( kg/m3 )。
5 結(jié)束語
雙塊式軌枕施工以機(jī)械為主,在機(jī)械設(shè)備選配時(shí),以自動(dòng)化設(shè)備為主,設(shè)備多采用較為先進(jìn)的PLC智能化控制系統(tǒng),配以專用的編程軟件,大部分的工作均由設(shè)備自動(dòng)完成,只有少量的人員進(jìn)行操作,流水線機(jī)械設(shè)備的程序化、智能化水平大大提高,有效的避免了人為操作造成的精度低、速度慢的問題,保持了較為穩(wěn)定的生產(chǎn)狀態(tài)。
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