高速铁路特级道砟存砟场内水洗工艺研究

何 北

（中铁十七局集团有限公司 山西太原 030000）

1 存砟场位置选定及场地规划

1.1 概述

在选择存砟场前应对当前工程情况进行统筹分析，根据工期要求、需要满足的功能等确定存砟场数量、大小、位置、周边设施。

1.2 存砟场位置选定原则

（1）尽量沿铁路线路平均布置，确保道砟运送距离最近。

（2）为给老K车装砟时不影响正线行车，装车线宜利用车站站线或铺轨基地临时线路［1］。

（3）尽可能利用既有硬化场地或铁路红线内场地，节省场地处理费用、征地及复垦费用。

（4）周边主干道具备大车通行条件。

（5）尽量远离村落、工厂等区域。

1.3 存砟场规划

1.3.1 现场调查

在场地规划前对存砟场周边情况进行调查［2］，调查内容如下：

（1）场地周边交通情况，包括主干道、支路走向，是否有限高、限重等限制运砟车辆通行的情况，是否需要重修硬化等。

（2）场地有无附着物、附着物如何处理。

（3）场地整体高程及与线路相对位置情况，是否需要填挖方处理，周边有无排水沟。

（4）周边有无变压器、水井，能否用于和满足存砟场内用电用水设备需要。

（5）当地政府路政、环保等部门对施工的相关要求，砟场周边土地使用情况等。

1.3.2 场地高程测量

分断面对场地进行高程测量，测出场地整体高程网，测点间距可取20 m×20 m。如果场地高低起伏较大或不规则，可适当加密测量。

1.3.3 确定地基处理方式及场内排水

根据高程网以减少填挖方为原则进行高程设计，高程宜设置不小于2‰斜面用于场地排水。坡面应与排水沟相应设置，优先利用既有排水沟［3］。

勘查砟场地质情况，如遇膨胀土、弹簧土等应进行换填和碾压处理；如果为普通土路基，可在清表后洒水覆盖碎石并使用压路机进行碾压，提高场地承载力。

1.3.4 整体布局规划

存砟场整体布局规划可按以下原则进行：

（1）根据存砟场需要满足的功能及道砟用途决定场内是否需要设置洗后道砟存放区。如需设置则建议对存储场地进行硬化，厚度需满足重车承载力要求，场地面积比例可根据洗砟效率和上砟速度确定，一般不宜小于整体场地面积的一半。

（2）按场地大小及道砟计划存储量确定存砟场内是否需要设置挡砟墙。如果场地面积相较于计划存砟量较小时可在存砟场周围、道砟水洗前后存放区之间设置挡砟墙，墙体高度及厚度以保证道砟数量及安全为原则。

（3）根据水洗道砟用途及存砟场与新建铁路线的相对位置确定洗后道砟存放位置及装砟方式。水洗道砟可根据工程施工时段用于铺轨前预铺道砟和铺轨后分层补砟，其中预铺道砟使用自卸汽车运输，分层补砟使用老K车运输［4］。使用老K车运输时，可采用装载机装车及水洗设备传送带直接装车两种方案，其中装载机装车适用于在存砟场内储存洗后道砟的情况，在上砟时可实现道砟的大量集中供应，效率较高，但由于道砟需要二次倒运及覆盖保护等原因成本较高；而使用水洗设备中的传送带直接装砟可节省部分存砟场硬化费用和二次倒运费用，但上砟数量严格受水洗效率限制并且道砟质量不合格时很难再进行二次清洗。

为便于装载机给老K车装砟，道砟存放点应尽可能靠近装砟线路，并按现场情况修建上砟平台。平台长度以满足上砟需求为原则，高度以装车后老K车不偏载为原则。

（4）洗砟设施位置及布置方式应保证节约场地、装砟方便，设备基础应全部硬化并保证易于清理。出砟点在保证安全的情况下尽可能靠近铁路线或洗后道砟存砟点，距离线路、水池等设施的水平距离应能确保道砟按锥形堆放至最高点时不影响行车安全和洗砟作业。如果场地不满足要求，需要在线路及水池边增设挡砟墙。

（5）存砟场内车辆出入口宜分开设置，地磅宜设置于存砟场进口附近，出砟车辆需要过磅时可采用场外迂回的方式。如果条件不允许可将场内道路设计为环形，同时主干道应设置为双车道，保证车辆有序行驶，避免交通拥堵。某设置了环形道路的存砟场平面布置如图1所示。

图1 某存砟场平面布置

（6）如果存砟场所在位置常年风力较大，或周边为农田、村庄、工厂等，为避免洗砟时灰尘污染周边环境及污染洗后道砟，可在存砟场周围及砟堆中间设置防风抑尘网，高度以不污染环境或当地环保部门要求为准。

（7）优先利用场地附近既有水井及排水沟，洗砟用水使用埋地管道引入场内，废水经沉淀处理之前不可随意排入排水沟。存砟场用电宜单独接变压设备，电缆应埋地或架空布置，并做相应的警示标识。

2 道砟水洗设备及工艺

2.1 水洗设施组成

目前国内主要使用振动筛水洗工艺［5-6］，主要设备有上砟斗、给料机、传送带、高压水泵、喷淋器、振动筛等。配套设施有多级沉淀池、水井等。

（1）上砟斗

上砟斗为使用装载机装砟或自卸车卸砟的进料口，其容积可按不低于一节老K车的容积（普通车型约40 m3）或普通自卸车容积进行设计。

（2）给料机

给料机位于上砟斗下方用来将上砟斗中流出的道砟振动输送至传送带上，其可以通过电机控制振动频率进而控制道砟输送速度（见图2）。

图2 给料机

（3）传送带

传送带用于各设备间输送道砟并固定喷淋设备，传送带坡度应按电机功率等因素确定，一般不得高于15°。传送带基础必须硬化抹平，两边设挡水台或将基础做成凹槽状并向排渣池方向设置不小于5‰纵坡以便污水能顺利排入排渣池。

末段传送带可根据需要安放于铁路线路上用于老K车装砟或安放于存砟场内临时存储道砟，条件允许时可设置为移动式以便灵活调整道砟出砟点。当装车线路位于永久路基上时，为避免道砟表面残余的水通过老K车流入路基造成路基破坏，可在线路两边老K车卸砟口处设置排水槽并将水引入水池内。排水槽如图3和图4所示。

图3 排水槽槽身

图4 排水槽下水口

（4）喷淋器

喷淋器为固定于传送带或振动筛上的水管组合架，用于将洗砟用水均匀地喷于道砟上，对道砟进行浸泡并初步冲掉表面泥土石粉等。喷淋器见图5和图6。

图5 喷淋器（传送带上）

图6 喷淋器（振动筛上）

（5）振动筛

振动筛为洗砟设备中的核心部分，用于对道砟进行筛分和振动揉搓，去除小粒径碎石和道砟表面的泥土石粉等。振动筛上设可拆卸式筛网，道砟水洗时可根据需要更换不同孔径的筛网对道砟进行筛分。振动筛及筛网见图7和图8。

图7 振动筛

图8 振动筛筛网（喷淋器下方）

（6）水池

为节约用水和减少环境污染，在洗砟设备附近设置多级沉淀池提供洗砟用水。沉淀池数量及容积以确保污水在各级沉淀池中经过一个循环后最终水的洁净度能满足洗砟要求为原则，数量一般不宜少于4个。如果设有排渣池时可设置3个，每套洗砟设备初级沉淀池容积不宜小于500 m3，清水池不宜小于1 000 m3，其它沉淀池可适当减小。

各沉淀池的进水口与出水口（或抽水泵位置）应选择水池边距离相对最远的两个位置分别设置，以便污水有更长时间沉淀。

沉淀池可根据场地大小和施工需要等修建为砖砌式或放坡开挖铺设防水布的方式，后者如图9所示。

图9 放坡开挖的清水池

2.2 多套洗砟设备布置方案

洗砟设备数量应以单位时间内需求的水洗道砟数量确定（每套普通洗砟设备正常情况下每天洗砟量约为3 000 t，计算时还应考虑沉淀池清理及设备维护的时间）。当采用多套洗砟设备时，相应附属设施最好共用以节省场地和成本。图10为某存砟场使用两套水洗设备并集中使用一套水池的平面布置图，道砟水洗时污水从振动筛排污口排入排渣池内并经初步沉淀后依次流入各沉淀池和清水池，再使用水泵将清水池的净水抽出用于道砟水洗。如此循环，待排渣池内沉淀物较多影响洗砟效果时可暂停洗砟，使用装载机将排渣池清理干净后再次开始。

图10 某存砟场水洗设备布置示意

2.3 道砟水洗工艺

振动筛道砟水洗工序可分为喷淋浸泡、振动清筛、冲洗等环节［7］。按其工作顺序可分为三级水洗，正常水洗流程为：

（1）开机：启动设备，对水泵、给料机、振动筛等进行检查调试确保所有设备工作正常，喷淋器能按预定水压正常喷水。

（2）给料：使用装载车将存砟场内堆放的未水洗道砟铲运至上砟斗（或使用自卸汽车将道砟卸至上砟斗），同时给料机工作，利用其振动力将道砟送至传送带上。

（3）一级清洗：道砟从给料机进入传送带后，利用喷淋器向道砟喷射清水，在对道砟进行浸泡的同时将道砟表面易于清洗的泥土石粉等冲离并随水流至传送带下方硬化面上。

（4）筛分及二级清洗：振动筛冲洗是整个道砟清洗的核心环节，在道砟到达振动筛后利用振动筛表面的筛网将粒径不符合要求的碎道砟筛掉仅保留合格的部分，同时振动筛的强力振动配合上部高压喷淋器对道砟进行揉搓冲洗，洗掉的泥污及碎石随水流进入排渣池，粒径合格的道砟经冲洗后进入下一节传送带。一般情况下道砟在经过二级清洗后表面仅剩余少量泥水。在筛分时，应提前根据要求更换符合要求的筛网，如果道砟用于最后一遍补砟，须将筛网增大到 30 mm［8］。

（5）三级清洗：利用喷淋器对道砟表面残余的泥水进行冲洗，洗后污水流至传送带下硬化面上并进一步回流至水池内，道砟沿传送带到达存砟点或老K车内。

（6）传送带下基础清理：在水洗过程中应随时对传送带下污泥进行清理，或设置固定喷水设施并在水泵打开时自动清理。

2.4 道砟水洗注意事项

（1）如果道砟整体较脏使用正常工艺难以洗净时，可采取以下措施：①加长一、三级水洗段落或放缓传送带速度让道砟浸泡更长时间；②增大各喷淋器的水压；③增大沉淀池或使用外来水进行补充确保洗砟用水干净不混浊。如果还不能达到洁净度要求可考虑再增加1台振动筛或进行二次清洗。

（2）气温低于0℃不能进行道砟水洗时可酌情采用干洗：关闭所有喷淋系统仅打开给料机和振动筛对道砟干筛，筛后应及时对道砟进行洁净度检测。此外，因该作业方法扬尘严重，故在使用该方法时应做好抑尘工作，如增加防风抑尘网或设置高空喷雾器。

（3）洗砟设备中给料机、传送带、振动筛等均有多档可调，在正式洗砟前应做好设备调试，并做道砟洁净度检测试验，针对不同的道砟选择最合理的设备参数。

（4）洗砟过程中应随时对洗后道砟进行抽查（并应每天至少做一次洁净度检测试验［9］），当发现道砟颗粒表面洁净度超过0.17%［10］时，应及时采取调低给料机送砟速度和传送带传动速度、增大振动筛功率、清理排渣池等措施。

（5）使用装载机清理出的淤泥碎石等应统一堆放、统一处理，不得直接排入砟场外污染环境。

（6）使用围挡对所有洗砟设备进行围护，防止外人进入受伤。

3 结束语

当道砟中混入的粉黏土等颗粒较多时，在铁路运营过程中遭受雨淋等情况很可能造成道床板结［11］和冻胀［12］，在增加线路维护费用、降低维护效率的同时还会缩短线路使用寿命甚至危及行车安全，故道砟清洗工作是质量控制的重中之重。作为道砟上线前清洗的最后一个环节，存砟场内洗砟主要任务是对道砟本身存在的石粉以及道砟运输途中和存砟场内长时间存放造成的灰尘泥土进行清洗去除，其中存放于存砟场内导致的二次污染最为严重，因此对存砟场进行合理规划避免场内道砟遭受二次污染是第一要务。此外，通过合理规划，保证进砟、洗砟、出砟过程有条不紊地进行可极大提高洗砟效率和洗砟质量，减少洗砟成本。因此，在有砟高速铁路存砟场选取和规划方面一定要做专项研究讨论。