朱荣耀 中国铁路物资总公司 平顶山轨枕有限公司
摘要：随着高速铁路的不断发展，普通轨枕已经不能满足生产需求，质量、精度、尺寸无法确保运输安全，经过探索和研发，双块式轨枕应运而生。
双块式轨枕生产工艺简单、科学、合理、经济、实用，具有很高的推广应用价值。该项轨枕技术成果为我国铁路达到国际铁路先进水平具有指导作用，为我国无碴轨道技术发展奠定了坚实的基础。
关键词：高速铁路；双块式轨枕；工艺技术
1 引言高速铁路一般是指运行速度达200 公里/小时以上的铁路，是由适合于高速运行的基础设施、固定设备、移动设备，完善且科学的安全保障系统和运输组织方法有机结合起来的庞大系统工程，是当代高新技术的综合集成[1]。为了提高列车运行速度，使铁路适应社会发展，从20 世纪初至50年代，德、法、日等国都开展了大量的有关高速列车的理论研究和试验工作。1998 年3 月，我国人大会在“十五”计划纲要草案中提出建设高速铁路。2008 年8 月1 日，中国第一条具有完全自主知识产权、世界一流水平的高速铁路——京津城际高铁通车运营，京津城际铁路的开通，拉开了中国高速铁路建设和运营的序幕。2011 年6 月30 日，京沪高铁开通运行，2012 年12 月26 日，京广高铁全线贯通。在它们的背后，是正在编织着的中国高速铁路网和正在实现的中国经济再一次跨越式发展。
2 高速铁路的发展趋势及作用2.1 高速铁路的发展趋势铁路的发展水平如何，直接影响到国家的工业化进程。我国铁路与发达国家相比，存在较大的差距，我国每万平方公里的国土上铁路的覆盖不到75 公里，而德国等发达国家均超过了1000 公里，是中国的13.33 倍。
我国发展高速铁路的必要性：缩短差距是我国高速铁路发展的要求，发展高速铁路是我国路网现代化的必由之路，利用后发优势实现高速铁路跨越式发展。
2.2 高速铁路的作用高速铁路既体现了一个国家的经济技术实力，又对经济的发展有巨大的推动作用：一是有利于我国工业化和城镇化的发展，发挥中心城市对周边城市的辐射带动作用；二是有利于推动区域和城乡协调发展，带动相关产业由经济发达地区向欠发达地区转移，增强农村的“造血”功能；三是有利于资源节约型和环境友好型社会建设，可以节省大量土地和能源，尤其是宝贵的石油资源，可以大量减少碳排放；四是有利于促进产业结构升级，高速铁路不仅是高新技术的集成，而且产业链很长，能够带动相关产业结构优化升级；五是有利于释放我国铁路的货运能力。高速铁路网建成之后，我国铁路繁忙干线可以实现客货分线运输，把既有线的能力腾出来，发展货物运输，极大地释放既有线货运能力，能够为国民经济平稳较快发展提供充足的货运保障。
3 高速铁路的轨枕应用高速铁路无砟轨道是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构。轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，钢轨、轨枕直接铺在混凝土路基上。无砟轨道具有平顺性好、稳定性好、使用寿命长、耐久性好、维修工作少、避免了飞溅道砟等优点。无砟轨道系统由钢轨、垫板、扣件、双块式轨枕、道床板等部分组成。
双块式轨枕分为SK-I 型和SK-II 型，两者主要是外形和施工工艺不同，I 型双块式轨枕的施工工艺为：将轨枕利用工具轨组装成轨排——精确调整到符合要求的平面线型位置并加固——浇筑混凝土；II 型双块式轨枕的施工工艺为：将轨枕利用工具轨组装成轨排或利用成套设备完成拼装——浇筑混凝土——通过成套设备将轨枕压入尚未凝固的混凝土内，并确保其平面线形位置符合要求。
4 双块式轨枕制作的工艺系统4.1 配件加工系统配件加工系统包括桁架生产线（除磷机、减径扎机、拉拔机、切筋机、点焊机）、焊网机、冲弯机等。按照设计图纸要求，双块式轨枕要求使用桁架钢筋、弯起钢筋和钢筋网片，其中桁架钢筋一般为冷轧钢筋，冷轧钢筋由热轧钢筋加工而成，抗拉强度较高。热轧钢筋首先通过冷轧钢筋生产线的除磷机，去除钢筋表面的氧化皮；然后通过减径扎机，对钢筋进行适当减径和轧制，在钢筋表面形成肋纹。加工过程中，以钢筋水平拉拔机作为牵引拉伸的动力，对钢筋进行适当拉伸，提高钢筋的抗拉强度[2]。双块式轨枕配件加工系统与普通轨枕的加工区别较大，由于配件的尺寸精度要求高，都使用机械自动化流水线作业。
4.2 工艺控制系统工艺控制系统是轨枕生产线的核心部分，具有高技术、高质量、高自动化、高稳定性、较复杂的特点，主要包括各种电气控制设备，通过电脑设备、传感设备和PLC 编程控制器对整套生产线的自动化控制，保证实现流水线作业，提高生产效率。
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4.3 清模喷涂系统轨枕脱模后，需要对模具内的混凝土残渣、杂质、粘皮等进行清理，同时检验模具是否出现损坏、内部表面是否出现凹凸不平现象，套管安装部位是否出现变形等，防止不合格的模具投入生产。检验完毕后，要使用自动喷涂设备喷洒脱模剂，方便轨枕与模具分离。在喷涂时不可漏喷和喷得太多，模具内部不得出现大量集留现象，否则用干抹布擦拭，进行吸收或者分散，避免影响产品质量。
4.4 配件安装系统配件安装的好坏直接影响产品的内在质量，因此应严格按照轨枕设计图纸要求进行，不得出现任何差错：钢筋桁架及附属配件的加工严禁采用损害材料质量的加工方法，对已弯曲过的钢筋严禁再度复原使用；钢筋必须平直，无局部弯曲；表面的油渍、漆污、水泥浆和敲击能脱落的浮皮、铁锈等必须清理干净；加工制作完毕的钢筋桁架各部分尺寸及公差应满足轨枕设计图纸的要求。
4.5 搅拌供料系统搅拌供料系统主要包括搅拌设备、骨料配送设备、骨料提升设备、水泥仓、螺旋输送设备、电气控制系统等，其中搅拌设备的型号选择非常重要，原则上满足一套模具生产所需的混凝土料或者为该模具生产用料的整数倍，有利于提高生产效率和产品质量。双块式轨枕生产要求使用高性能的混凝土，经过振动密实成型，养护后强度达到C60。因此对各种配料都有严格的要求，只有将骨料（分为细骨料和粗骨料）、水泥、粉煤灰（矿粉）、水、添加剂等经过计量后按照一定的配比放入搅拌机内进行搅拌一定时间后，满足生产轨枕制作需求。
4.6 下料振动系统下料振动系统主要由振动台、电动机、下料小车等组成，是所有生产环节中最为关键的工艺。混凝土灌注前，应确认钢筋及预埋件的位置和间距。混凝土应具有良好的密实性，下料应均匀、连续；宜采用垂向、水平双向振动，确保模型边角及预埋件周边的混凝土密实，并保证钢筋及预埋件位置不变形。振动时，每节轨枕需要安排专门人员进行增减搅拌材料，防止数量不符合标准影响产品厚度。
4.7 养护保湿系统养护保湿系统主要包括蒸汽锅炉、自动温控系统、传感器、养护池、喷水设备等组成。混凝土浇注后，如气候炎热、空气干燥，不及时进行养护，混凝土中水分会蒸发过快，形成脱水现象，会使已形成凝胶体的水泥颗粒不能充分水化，不能转化为稳定的结晶，缺乏足够的粘结力，从而会在混凝土表面出现片状或粉状脱落。此外，在混凝土尚未具备足够的强度时，水分过早的蒸发还会产生较大的收缩变形，出现干缩裂纹。所以混凝土浇筑后初期阶段的养护非常重要，混凝土终凝后应立即进行养护，干硬性混凝土应于浇筑完毕后立即进行养护。养护除了控制好温度外，并注意喷水保湿，防止出现干裂，保证混凝土强度和质量。双块式轨枕可采用自然养护或蒸汽养护。采用自然养护时，应在混凝土灌注完成后立即进行，并覆盖混凝土直接保温膜。开始养护的环境温度不应高于40℃，枕芯混凝土温度与轨枕表面混凝土温度之差不应大于20℃。采用蒸汽养护时，养护分为静置、升温、恒温、降温四个阶段。混凝土灌注后在5～30℃的环境中静置2h 以上方可升温。升温/降温速度不应大于15℃/h，且3h 内混凝土的温度应不大于30℃，4h 内混凝土的温度应不大于40℃[3]。
4.8 翻转脱模系统翻转脱模系统主要包括脱模机、脱模辊道、传感器、电动机、减速机等组成，主要功能是承担轨枕与模具分离的工作，将养护达到强度要求的轨枕从模具中脱出，将成品输送至包装位置，将脱完的模具送至模具返回系统。
脱模前和脱模后对混凝土的各项指标有一定要求：脱模时的混凝土强度应不小于40MPa；7d 抗折强度，每组试件的平均值不低于6.4MPa，最小值不低于5.5MPa；28d 抗压强度，每组试件的平均值不低于64MPa，最小值不低于56MPa；脱模抗压强度，每组试件的最小值不低于40MPa；抗渗性（56d）不小于P120；电通量（56d）不大于1500C。抗冻性应满足D300 的要求。脱模后的轨枕进行外形外观检查，如有蜂窝、露筋、粘皮、缝隙与夹渣层、裂纹、崩落等需要进行修补，无法修补的需要进行标识，作为废品处理，不得投入使用。
4.9 成品辊道系统成品辊道系统用于脱模后成品的输送，将脱模位置与码垛位置分开，保证适当的长度，有利于生产的组织，加快生产节奏。只有等检验完后，产品合格才可以按照图纸要求进行正确码放。轨枕层与层之间应用100mm×100mm 的垫木隔离，垫木长度和使用的专用吊具长度相同。垫木应放置在承轨区域内位于上排轨枕桁架钢筋焊接点的下方，各层间的垫木上下对齐。在成品码垛完后，轨枕入库装卸和储运过程中，应采用吊车或叉车进行轨枕的装卸作业。
4.10 模具返回系统模具返回系统是轨枕脱模以后的工序，保证模具进行下一次循环的关键，主要由纵向辊道和横移装置组成，其中纵向辊道长度与所使用的模具形状有关，一般为6-18 组之间，横移装置使模具从一组辊道过渡到另一组辊道，形成循环回路。模具返回后，进行清理和喷涂工作，预示着一次新工作的开始。
5 双块式轨枕的优势和发展前景5.1 双块式轨枕的优势双块式轨枕适用于高速铁路无碴轨道使用，其包括两块位于轨枕两端、表面平整的混凝土块，两混凝土块之间用钢筋桁架连接，在混凝土块表面设置有与其固定连接的绝缘片；具有高平顺性、高耐久性、高可靠性特点，所以该结构能满足我国铁路提速的各方面技术要求；轨枕钢筋部分外露，经二次浇灌后能与道床板混凝土有很强的粘结力，且使其轨道绝缘性能好，轨道结构能满足高速铁路采用钢轨通信要求。
5.2 双块式轨枕的发展前景随着世界高速铁路的不断发展，高速列车的商业运行速度迅速提高，使得高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头。高速铁路国际会议发出了一个明确信息：作为主要的公共交通工具之一，高速铁路将在21世纪获得迅速发展。与世界许多国家相比，我国的高速铁路发展有更广阔的空间，国土东西跨度5400 公里，南北相距5200 公里，这就决定了中长距离客货运量需求巨大，而铁路是经济又快捷的交通运输方式，现在国家确定了“四横四纵”和环经济圈的高速铁路发展战略，并在2020 年左右基本建成高速铁路网，因此有很大的发展潜力和市场空间。
6 结束语俗话说：“创新是企业发展永不停歇的动力”。SK-II 型双块式轨枕生产工艺技术的成功研制及快速地推广应用，解决了国家重点工程京沪、京石、石武等高速铁路对高质量轨枕的需要，完全满足我国高速铁路的使用要求。同时攻克了轨枕生产中高精度的技术难题，为我国高速铁路的发展做出了重要贡献，为以后研制其他高速铁路用混凝土轨枕积累了宝贵经验。
参考文献：[1]张喜荣，王冬，刘爱霞，高照良.中国高速铁路建设的现状及其中长期发展研究[J]，2010.[2]张振兴主编.铁路双块式轨枕制造技术[M].西安交通大学出版社，2008.9.[3]预应力混凝土枕产品生产许可证实施细则[J].国家质量监督检验检疫总局.2013.
论文作者:朱荣耀
论文发表刊物:《基层建设》2015年1期供稿
论文发表时间:2015/9/2
标签：轨枕论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 高速铁路论文; 系统论文; 模具论文; 桁架论文; 《基层建设》2015年1期供稿论文;