铁路无砟轨道板预制场模块化整体规划技术研究

李 闻

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

铁路无砟轨道板预制场模块化整体规划技术研究

李 闻

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

无砟轨道板预制场是铁路数量较多的大型临时工程之一,其规划设计标准化和规范化工作十分重要[13]。结合课题科研成果和规划设计经验,分别阐述CRTSⅠ、CRTSⅡ型无砟轨道板场功能区划分、规划原则、关键参数合理取值和规划设计技术,重点叙述轨道板场模块化规划设计技术的研究,力求预制场降低建设成本、提高土地利用率和生产效率,为轨道板场规划设计提供技术参考。

铁路;无砟轨道板预制场;规划设计;模块化

1 概述[4]

无砟轨道板预制场按预制的无砟轨道板类型分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型轨道板场3种类型,由于CRTSⅠ型和CRTSⅢ型无砟轨道板施工工艺基本相同,在功能区划分和规划设计上也基本相同,主要对CRTSⅠ、CRTSⅡ型无砟轨道板场的规划设计技术进行研究。

在无砟轨道板预制场规划设计技术上,传统上的规划设计未将预制场作为系统工程,在规划设计上没有统一可执行的标准,未对预制场规模、生产能力、占地面积等关键参数和指标进行量化,未将预制场按生产流程进行详细功能区划分,未考虑各功能区设置与生产工效相匹配,经常会出现用地浪费、利用率不高的情况。从存在的上述种种问题显示,铁路无砟轨道板预制场规划设计技术的研究工作显得更具现实意义,也更为迫切。

2 规划设计原则

2.1 功能区划分原则

根据预制场生产工艺流程的不同,将预制场划分为不同的功能区,这是预制场规划设计的前提和模块化规划设计的基础。

CRTSⅠ型板式无砟轨道混凝土轨道板预制场由钢筋加工区、轨道板预制生产区、轨道板存放区、保障系统、办公区和生活区组成[5]。

CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土轨道板预制场由轨道板预制生产区、轨道板打磨装配区、轨道板存放区、保障系统、办公区和生活区组成[6,7]。

2.2 规划原则

预制场规划应贯彻坚持因地制宜、合理布局、节约用地的原则。规划应结合所在区域的工程经济、技术、自然条件等进行编制,应满足生产、运输、防洪、安全、卫生、环境保护、节能和职工生活设施的需要,根据本单位工程实际、工程装备拥有状况、工程经验等方面,充分吸收国内外的先进技术和经验进行多方案的技术经济比较后,选择经济可行,技术合理的最优方案[8]。

2.3 关键参数取值原则

无论哪种类型无砟轨道板场,其预制场规划设计包括制板周期、制板台座(模型)数量等关键参数。

(1)制板周期

CRTSⅠ型板生产时间按18 h计算,考虑检修、保养等因素,单块轨道板占用制板台座时间约为24 h,单个制板台座单日生产轨道板按1片计算。每月按25个工作日考虑,则每个台座1个月可生产25片轨道板。

CRTSⅡ型板采用长线台座法生产,占用台座时间约为24 h,每月可生产25片轨道板。

(2)制板台座(模型)数量

制板台座(模型)数量与轨道板预制场生产轨道数量和生产工期有关,计算公式如下[5]

式中 M——预制场制板台座(模型)数量,套;

R——预制场设计供应线路半径,km;

κ——备用系数;

tg——每月实际工作天数,d;

L——无砟轨道板单块长度,m;

Ts——预制场生产工期,月;

2×2为双线双向;1 000为km与m的转换系数。

3 模块化规划设计技术

预制场的规划设计上以预制场功能区划分和关键参数量化处理为基础,首次采用模块化设计技术,根据无砟轨道板生产流程划分为不同的功能区,并对不同的功能区进行模块化设计,在各模块设计中对各区域尺寸进行量化处理,编写具体的计算公式。在预制场实际布置中,首先根据轨道板生产数量和生产工期等参数,代入公式中确定各模块图,然后可根据实际场地条件,将各模块图进行组合,各模块图之间采用运输通道进行衔接,保证物流顺畅,避免卡阻现象,最终经局部调整后完成整个预制场的规划设计。

3.1 CRTSⅠ型无砟轨道板预制场模块化设计

CRTSⅠ型板预制场模块化设计包括钢筋加工区模块图、轨道板生产区平面布置模块图、轨道板存放区平面布置模块图、拌和站平面布置模块图、办公区和生活区平面布置模块图。

(1)钢筋加工区模块图

钢筋加工区模块图由钢筋骨架存放区、钢筋骨架绑扎区、钢筋加工及半成品存放区、钢筋存放区以及运输通道构成。

根据多个预制场的设计经验,在满足生产的前提下尽量节约占地,厂房跨度取22 m,天车跨度取20 m,生产车间各区域边缘距天车走行中心线间距1 m,各区宽度为18 m。钢筋骨架绑扎台座1列布置3个,间距6 m,两列间距为7 m,运输通道宽度取6 m,各区域长度尺寸是考虑实际施工中各工序的工作效率、施工所需空间及多个预制场实际布置数据统计,以预制场生产效率(每天生产预制板数量n)为自变量,建立各区域尺寸与生产效率关系的量化公式。

钢筋骨架存放区长度Lg:一列钢筋骨架存放区宽度为6 m,一列可以布置5个存放台位,每个台位可以堆放6层,则Lg=(n÷6÷5)×6,考虑到实际布置一般都是整数尺寸,一般计算结果取整,因此模块图中钢筋骨架存放区长度计算公式为

绑扎台座列数ag:一个钢筋骨架的绑扎时间一般为1.7 h,预制场每天采用2个班人进行绑扎作业,每个班工作8 h,相当于一个绑扎台座每天实际工作16 h,一列可布置3个绑扎台座,按每天生产n片轨道板,则所需绑扎台列数为ag=n×1.7÷16÷3,实际布置时取整,绑扎台座列数计算公式为[5]

图1为钢筋加工区平面布置模块。

图1 CRTSⅠ型无砟轨道板预制场钢筋加工区平面布置模块(单位:m)

(2)轨道板生产区模块图

轨道板生产在厂房内进行,由轨道板制板区、轨道板养护区、张拉封锚区、翻板、检测区以及运输通道构成。

水养池长度a:CRTSⅠ型板水养要求不小于3 d。1列布置2个水养池,单块板宽为0.24 m[9,10],则水养池长度计算公式为

实际布置时要考虑现场实际条件分成几个小水池。图2为轨道板生产区平面布置模块。

图2 CRTSⅠ型无砟轨道板预制场轨道板生产区平面布置模块(单位:m)

(3)轨道板存放区模块图

轨道板存放区面积与轨道板实际需要存储数量有关,轨道板存储数量Nc=n×T×tg,其中,T为存板周期,月;tg为每月实际生产天数。按采用汽车吊调运存板,需留有6 m宽的调运通道,通道之间的存板区域按仅能存储2列板考虑,因此存板区域宽度为2×6=12 m (两列板之间留1 m空间),单列两块板之间放置5 cm厚垫块,单块板存板厚度为0.24 m。存板区长度计算公式为

图3为轨道板存放区平面布置模块。

图3 CRTSⅠ型无砟轨道板预制场轨道板存放区平面布置模块(单位:m)

(4)拌和站模块图[4,11,12]

拌和站模块图中主要参数是料场的面积,料场面积与预制轨道板所需骨料量有关。轨道板混凝土配合比按1∶1.24∶2.41∶0.3计算,每m3混凝土用水泥340 kg,砂534 kg,碎石1 036 kg,砂密度为1 550 kg/m3,每m3混凝土用砂体积为0.344 m3,碎石约为砂的2倍。单片P4962轨道板混凝土用量为2.23 m3。料场骨料日需要量

Q=cq×G×(1+α)/ρ=2.23×n×534×

式中 cq——混凝土日生产量,m3;

G——每m3混凝土所需骨料的质量,kg/m3;

ρ——骨料密度,kg/m3;

α——骨料的损耗系数。

骨料储存量

式中 tn——储存周期,d。

骨料堆场面积

式中 q——每m2堆场面积骨料储存定额,m3/m2;

κc——堆场面积利用系数。

实际布置时一般将骨料分成待检区和已检区2个区域存储骨料,每个料场的宽度应与搅拌站宽度相协调,这样场地利用效率最高,并考虑机械装载效率长度不宜过长,料场长度取30 m。

料场宽度

图4为拌和站平面布置模块。

图4 CRTSⅠ型无砟轨道板预制场拌和站平面布置模块(单位:m)

(5)办公区和生活区模块图

办公区和生活区的布置是最灵活的,可以根据工种不同布置在相应区域附近,如果场地允许也可以集中布置在一起。图5为办公区和生活区平面布置模块。

其中,工人宿舍按1间4人布置,双层布置,1列为20间宿舍,可供80人居住,则工人宿舍列数κ=(i÷ 80)(向上舍入为最接近的整数),式中i为预制场所需工人数量。

图5 CRTSⅠ型无砟轨道板预制场办公区和生活区平面布置模块(单位:m)

3.2 CRTSⅡ型无砟轨道板预制场模块化设计

(1)轨道板预制区模块图

轨道板预制生产车间包括张拉台座、预应力钢筋存放区、轨道板临时存放线等。预制区模块图中主要参数有制板台座长度和临时存板台座个数。

假设制板台座数量为nz个,预制场生产效率为n块轨道板。单块轨道板宽度一般为2.55 m,考虑模具厚度,单块轨道板在制板台座中宽度为2.6 m,台座端部张拉设备预留空间5.1 m,则单个制板台座长度

图6为预制区平面布置模块。

图6 CRTSⅡ型无砟轨道板预制场预制区平面布置模块(单位:m)

(2)毛坯板存板区模块图[13]

毛坯板需要静停1个月(按30 d考虑),才能进行打磨,因此毛坯板存放台位数量需满足制板30 d存储要求,毛坯板最多可叠放12层。毛坯板存放区一般采用40 m跨度龙门吊吊运轨道板,1列可以布置12个毛坯板台座,则毛坯板存板台座列数

nm=n÷4.8(向上舍入为最接近的整数)(11)

图7为毛坯板存板区平面布置模块。

(3)成品板存板区模块图[13]

成品板存放区轨道板吊运一般采用30 m跨度悬臂龙门吊,轨道板运输通道布置在存板区外侧,通道宽度不小于6 m,1列可布置10个成品板存放台座,成品板最多可叠放9层,则成品板存板台座列数

ac=n×T×t÷81(向上舍入为最接近的整数)(12)

图8为成品板存板区平面布置模块。

图7 CRTSⅡ型无砟轨道板预制场毛坯板存板区平面布置模块(单位:m)

图8 CRTSⅡ型无砟轨道板预制场成品板存板区平面布置模块(单位:m)

CRTSⅡ型轨道板预制场拌和站和办公生活区模块设计思路同CRTSⅠ型轨道板预制场,此处不再赘述。

3.3 工程实例

宁安铁路某CRTSⅠ型无砟轨道板预制场,规划最大制板能力为108块/d,可存储8 250块轨道板,满足3个月存板周期的要求。预制场按照模块化设计思路,分为包括钢筋加工区、轨道板生产区、轨道板存放区、拌和站和办公区(生活区布置在预制场外)。各区域之间采用运输通道进行连接,预制场占地面积约为6.467 hm2(97亩)(未含生活区面积)。预制场平面布置如图9所示。

CRTSⅡ型无砟轨道板预制场工程实例可参考文献[6]中相关工程实例。

4 结语

通过对CRTSⅠ、CRTSⅡ型轨道板预制场平面规划设计方法的叙述,提出在标准化设计中应用模块化的设计思想,旨在为标准化、规范化设计提供一个新思路。通过模块化设计理念,使得参考图的使用更加灵活、更能适用现场实际操作,同时也为项目先期投资预算提供一定的参考。采用本技术可实现优化工艺布局、经济环保、提高土地利用率和预制场生产效率的建设目标。

[1] 中华人民共和国铁道部.铁建设〔2009〕226号铁路工程施工组织设计指南[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[2] 中华人民共和国铁道部.铁建设〔2008〕189号铁路大型临时工程和过渡工程设计暂行规定[S].北京:中国铁道出版社,2008.

[3] 张立青.铁路主要大型临时工程设计技术探析[J].铁道标准设计,2012(11):23-27.

[4] 中铁第五勘察设计院集团有限公司.铁路大型临时工程设计应用与计算方法研究报告[R].北京:中铁第五勘察设计院集团有限公司,2013.

[5] 铁道部工程管理中心,中铁第五勘察设计院集团有限公司.客运专线铁路预制轨道板(枕)场建设手册[M].北京:中国铁道出版社,2009.

[6] 张立青.客运专线CRTSⅡ型无砟轨道板场建场技术研究[J].铁道标准设计,2009(9):5-6.

[7] 王浩.CRTSⅡ型轨道板预制场的规划设计[J].铁道标准设计, 2012(1):6-9.

[8] 张立青.铁路客运专线箱粱预制场规划方案设计研究[J].工程建设与设计,2009(2):90-94.

[9] 铁道部科学技术司.科技基〔2008〕74号客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2008.

[10]中国铁道科学研究院,中铁第二勘察设计院集团有限公司,中铁工程设计咨询集团有限公司.通线(2008)2301 CRTSⅠ型板式无砟轨道时速300～350 km客运专线铁路[S].北京:铁道部经济规划研究院,2009.

[11]张立青.铁路混凝土拌和站建场技术探析[J].国防交通工程与技术,2012(5):17-21.

[12]中铁第五勘察设计院集团有限公司.铁路混凝土拌和站建设技术研究报告[R].北京:中铁第五勘察设计院集团有限公司,2011.

[13]铁道部科学技术司.科技基〔2008〕173号客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土轨道板(有挡肩)暂行技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2008.

Study on Integrated Planning Technology with Modularization for Precast Yard of Railway Ballastless Track Slabs

LI Wen
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 102600,China)

Precast yard of ballastless track slabs is one of the numerous large-scale temporary railway projects,and the standardization and normalization in its planning design is very important.Combining with the results of scientific research and planning design experience,this paper respectively discussed relevant issues of the precast yards of CRTS-Ⅰand CRTS-Ⅱballastless track slabs,including the division of functional areas,the planning principle,the reasonable values of key parameters,and the planning design technology.In addition,this paper emphatically expounded the study about the modularized planning design technology of the precast yard of track slabs,for the purposes of reducing the project cost of precast yard,improving the land utilization ratio and production efficiency,and providing technical reference for planning design of precast yard of track slabs.

railway;precast yard of ballastless track slabs;planning design;modularization

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.08.016

1004-2954(2014)08-0068-05

2013-11-17

中国铁道建筑总公司科研基金(09-57C),铁道工程建设标准编制基金(经规计财函〔2011〕17号-8)

李 闻(1979—),男,高级工程师,2004年毕业于中南大学桥梁工程专业,工学硕士,E-mail:liwencsru@126.com。