港口铁路散货作业线铺面结构适用性分析

杨松姗，邹君鹏，孔德峰

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220；2.天津港远航国际矿石码头有限公司，天津 300450；3.锦州市交通运输综合行政执法队，辽宁锦州 121001）

引言

对于港口铁路通用作业线，通常用单斗装载机等流动机械进行散货如煤炭、矿石装卸。在装卸过程中粉状货物会产生撒漏。撒落后容易产生如下问题：1）首先散货洒落混入道碴，撒漏到道碴的货物很难清理，会污染道床，随着近年港口作业环境保护要求的提高、清洁生产对抑尘要求的提高，生产过程会不断洒水，随时间延长，道床污染严重，道碴空隙被货物填充。加之机车车辆外力作用，碎石道床板结，弹性变差，容易造成轨道等设备损坏，需要增加道碴筛分频率，产生额外维护费用。筛分期间为保证作业人员安全，部分作业暂停，严重影响正常生产作业，大大降低作业效率；2）货物撒落到钢轨上，造成扣件被掩埋，在喷淋水的双重作用下，导致钢轨扣件锈蚀严重，容易造成扣件加速老化，检修及更换时影响生产效率，也给运营安全造成很大隐患；3）道床板结、喷淋水，和潮湿货物多重作用下，轨道电路的导电性能受到影响，容易造成控制信号不畅，影响安全生产；4）撒落的货物难以及时清理，日积月累，影响作业环境的整洁性，同时造成一定的货物损失。

随着绿色港口理念深入生产，对作业环境、清洁生产要求的日益严格，港口散货采用铁路集疏港的比例日益提高。为解决上述问题，考虑在铁路散货作业线增设铺面。在装卸作业结束后，安排清扫车清扫，收集洒落货物，将大大减少货物损耗；同时铺面设于道床之上，可减少粉状货物混入碎石道床，有利于维护道床状态，安装铺面板的同时可用沥青碎石等材料填塞，对铁路钢轨扣件起到一定保护作用，减少腐蚀。增设铁路铺面板会减少维护费用，同时减少了线路维护时间、日常清扫时间，提高作业效率。

铁路铺面工程能够改善港区铁路装卸生产环境、减少维修费用，提高作业效率，保障铁路运营安全。

1 线路铺面形式

港口铁路装卸线铺面结构引申自铁路与公路平过道、道口的设计。在铁路与公路平交的道口，在轨枕范围内表面铺设具有一定强度和平整度的结构，使得公路上车辆能够安全、平顺通行，又不影响火车通行路口段铁路，此为道口结构设计的目的和原则。早期道口采用木板、石板、旧钢轨、钢板、混凝土铺面等结构，近年随着铁路规范管理及道路荷载的增加，基本为钢筋混凝土铺面结构、橡胶道口板结构、钢筋混凝土整体结构等具有一定强度和耐久性的结构[8]。

1）碎石道床加钢筋混凝土铺面板

钢筋混凝土铺面板方案是以铁路道口标准图为基础，在碎石道床铁路基础上，结合港区车辆重载的特点，对道口板强度做加强设计，在铁路装卸线全线铺设面板。单线面板铺设范围为覆盖轨枕，留出轮缘槽范围后，两钢轨之间设一块中间铺面板，轨道外侧轨枕范围各设一块两侧铺面板。面板宽度尺寸结合轨枕铺设标准，按轨枕间距确定。轮缘槽采用比基本轨低一个等级的旧钢轨卧轨作为护轮轨。护轮轨下设垫木或垫块，与中间铺面板间设垫木作为缓冲。中间铺面板和两侧铺面板底部设坡面及凸起，与轨枕形状吻合，防止其活动，铺面板与轨枕间采用柔性材料找平及缓冲荷载。

铺面板的形状和铺设方案、附属设施参照铁路道口标准图的要求，结合港区车辆重载的特点，根据荷载要求，相应提高混凝土标号、增加配筋强度，适应港口散货装卸作业时清扫、降尘、检修等重载车辆通行要求。双线装卸线路间铺设钢筋混凝土铺面板或高强联锁块结构，线间路基排水采用具有一定强度的排水盲沟[1]。

图1 碎石道床加钢筋混凝土铺面板示意图Fig.1 Diagrammatic cross-section of reinforced concrete paving structure on ballast bed

2）碎石道床加成品橡胶铺面板

橡胶铺面板方案是在碎石道床铁路基础上，结合港区车辆重载的特点，铺设成品橡胶道口板。与钢筋混凝土铺面板橡胶道口板也由中间铺面板和两侧铺面板组成，中间铺面板可为一块板，也可2块板对称布置。表面设防滑颗粒，背面与轨枕相对应，以保证吻合安装，有设钢轨护轮轨结构，近年产品多在两侧靠近钢轨侧设设有一体轮缘槽结构，保证其整体性和行车安全。适应不同轨枕型号有不同成品系列，宽度尺寸模数为1.1 m、1.65 m 和 2.2 m/组等，适应铺面宽度，提高整体稳定性和美观效果。

橡胶道口板以橡胶为主要原料，采用高科技技术添加尼龙嵌丝合成，具有一定的柔性材料特征，耐磨、防滑、绝缘性好。橡胶结构能够缓冲道路流机荷载，减少车辆载荷传递到道床内，使碎石道床安全性提高。公路车辆通过道口时相对更平稳。橡胶道口板由于其材质特点，能够适应温度变化，不易变形断裂。

橡胶铺面板铺设简单，对生产影响较小，道口板安装时间较短。

3）整体道床形式铺面

整体道床是由钢筋混凝土整体浇筑而成的道床，分为在道床中埋设轨枕、和整体浇筑预留轨道槽直接预埋扣件后安装钢轨两种形式[2]。埋设轨枕方案：根据设计轨顶高程，采用与线路相同标准的轨枕，利用轨枕的承轨面作为承轨面，下设钢筋混凝土结构，安放前,应先对其与混凝土接触的表面进行凿毛处理.，与轨枕浇筑成一个整体，上表面与钢轨面平齐，留出承轨槽范围，通过碎石、沥青碎石填塞做出符合要求的承轨槽。整体道床结构垫层铺设300 mm 厚碎石或钢碴等垫层，压实系数0.97，其上基础垫层采用C20 混凝土，整体道床结构厚度约900 mm，轨枕下厚约500 mm。此种形式为道床结构的加强，钢轨、轨枕及扣件连接形式与普通段相同，不需进行细节设计。预埋扣件方案：根据采用的钢轨、扣件型号，预留出承轨槽，在承轨槽范围内，按照扣件螺栓间距预留螺栓孔，用高强灌浆料将扣件螺栓预埋固定，此种形式不需要事先铺设轨枕，但是由于现场施工精度等问题，可能不能完美实施承轨槽1：40 的轨底面，导致两条钢轨轨距有约3 mm 误差，该误差可通过过渡段调整，不影响生产作业。

图2 整体道床结构示意图Fig.2 Schematic diagram of monolithic track-bed structure

2 铺面方案优缺点对比分析

碎石道床配合钢筋混凝土铺面板形式主要优点是适用范围较广，抗变形能力强，能较好的适应软土地基需求，如采用预制铺面形式，可快速安装，对铁路生产运营影响较小，且工程造价相对较低。整体性相对较差，道碴仍然有可能污染，由于铺面板覆盖钢轨扣件，后期维护相对困难，维修费用高。如果是既有线加设面板，可能会涉及到运营中轨枕移位，轨枕间距差别会影响标准尺寸的预制铺面安装。钢筋混凝土铺面板有效使用年限约5 年，在严格限制重载货物车辆任意穿行的情况下，仅通行清扫车和检修车，有效使用年限可进一步延长[4]。

橡胶道口板由于橡胶体材质，密封性较好，耐久性和隔水性能均较好，能够防滑、绝缘、防水。能隔离道床、扣件等，减少地表散货粉末和雨水对碎石道床的影响。橡胶道口板的整体性较好，缓冲减震性好，铺设方便，采购施工周期短，运营中道床遭受破坏相对小，能够减少维修工作量。橡胶道口板标准化设计制造，不需要建筑工程设计图纸，安装相对简单，铺设方便，占用线路时间短，对生产影响较小；对于轨枕范围的铺面，尺寸有标准模数，但如果需要铺面板或与道路堆场衔接部分需非标尺寸，需跟厂商定制。定制部分费用和周期相对较高。橡胶铺面板价格较高，全线用于装卸线，初期投入工程造价较高。使用年限约10 年，在现场良好管理情况下，可进一步延长其使用期。

整体道床形式主要优点是强度高，设计荷载满足港口自卸汽车，整体性好，表面整洁美观，后期维护比较简单。即使用于通行重车的铁路道口、平过道，其有效使用年限也可达十年以上。强度及耐久性远大于铺面板方案。整体道床结构采用的混凝土强度等级较高，整体道床结构厚度约900 mm，含钢筋量较大，因此工程造价较高。此外，由于整体道床是连续浇筑的钢筋混凝土结构，在软基上如不用桩基等地基处理方案，后续一旦基底出现较大的不均匀沉降，修补较为困难，对地基承载条件和地基处理方式要求比较高。使用年限约15 年，在现场良好管理情况下，仍可进一步延长其使用期[6]。

碎石道床配合钢筋混凝土铺面板、橡胶道口铺面板及整体道床方案，单延米总体造价比约为1：2：2。

3 工程实例

以天津港南疆港区某散货作业线铁路铺面工程为实例，对铺面板结构形式的对比选取做进一步分析。该工程铁路为通用矿石作业线。线路多年前铺设钢筋混凝土铺面板，已经使用多年，在使用过程中铺面板时有损坏，现场多次进行修补，钢轨和轨道条件较差，维修频率较大。随着港口禁止汽运煤集港，港口铁路运输任务将日渐增加，因此对既有铁路的线路翻新、铺面板重新布设工作提上日程。在对装卸线轨道工程翻新改造基础上，对铺面形式进行了方案比选和分析论证。考虑装卸线铺设钢筋混凝土铺面板结构、平过道设为钢筋混凝土整体道口方案，和全线铺设钢筋混凝土整体道床方案两个技术方案进行比选[7]。根据前述优缺点对比，由于对全线轨道设备进行更新，施工期影响基本相同，从铺设效果角度全线铺设整体道床形式更好[5]，但是两个方案去除相同的轨道工程等相同投资，全线铺设整体道床方案的工程费用约是装卸线铺面板方案的2 倍，装卸线铺面作业中荷载为清扫车和检修车辆等，重载货车仍要求从原道口（平过道）处通行，在此前提下，采用了第一个方案，即装卸线作业段采用钢筋混凝土铺面板结构，道口（平过道）结合重载车辆特点，采用整体道口设计[3]。在实施中由于轨道设备同时更新，工期允许，将预制铺面板调整为现浇，在施工中严格控制工程质量。

结合实际应用情况，几种不同的铺面形式在本工程得到了相应部分的应用，技术上合理、投资经济，维护了铁路生产作业安全。

4 结语

对于通用散货铁路工程，为码头的提供配套服务。港口铁路运输逐渐增加，装卸车的洒落物会经常覆盖扣件，导致需要经常筛分道砟，更换扣件。设铺面后能有效保护碎石道床，洒落物更容易清理，减少道床、轨道设备维护频率和费用，提高铁路运行中的稳定性，节省维护、清扫时间，在生产中发挥了重要作用。

工程建成后至今约四年，现场管理基本能按照设计荷载使用，装卸线铺面板及整体道口运营条件很好，部分靠近道口处过渡段铺面因重载汽车超荷载转弯、行驶等原因铺面板有破坏，后在不停产的情况下局部将破损的钢筋混凝土铺面拆除，更换为为成品橡胶道口板，保证了生产效率和生产安全，经使用验证，橡胶铺面板的强度和耐久性满足现场重载运输要求。

本工程实施后，减少了铁路装卸线维护频率及费用，增加铁路年作业天约15 d，年节省维护费用约80 万元，保障企业的安全生产，排除安全隐患，为建设平安港口贡献了力量。

结合散货作业的特点，几种不同的铺面形式在本工程得到了相应的应用，可为类似工程的应用提供参考。