羅顯龍,石松江,黃 華,朱文楠,羅光政
(1.遼寧中車軌道交通裝備有限公司,遼寧 遼陽 111212;2.中鐵物貿(mào)集團有限公司軌道集成分公司,北京 102301;3.鞍山師范學(xué)院,遼寧 鞍山 114001;4.遼寧中車軌道交通裝備有限公司,遼寧 遼陽 111212)
預(yù)埋槽道是被預(yù)埋在混凝土內(nèi),用于固定高鐵接觸網(wǎng)等機電設(shè)備的連接件,由一條帶有內(nèi)齒滑道或燕尾形滑道的C形半閉口槽鋼和至少兩個固定在槽鋼背面的錨桿組成,見圖1。由于后期施工簡單、可調(diào)節(jié)、不需要焊接、定位容易、施工快捷,因此在地鐵隧道、高鐵隧道、地下管廊與玻璃幕墻工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是,由于我國使用的預(yù)埋槽道由”碳鋼制成,雖然表面進行鍍鋅或防腐涂層處理,但仍然存在槽道銹蝕等問題,不僅影響隧道管片的正常使用,還存在安全隱患,所以,用不銹鋼預(yù)埋槽道替換碳鋼預(yù)埋槽道將成為提高隧道混凝土壽命的最有效措施。
圖1 預(yù)埋槽道結(jié)構(gòu)示意圖
《在電氣化鐵路接觸網(wǎng)隧道內(nèi)預(yù)埋槽道》(標(biāo)準(zhǔn)號TB/T3329-2013)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,熱浸鍍鋅為3級,厚度不小于80μm,應(yīng)滿足150h銅鹽加速醋酸鹽霧試驗或1200h中性鹽霧試驗不出現(xiàn)紅銹。在《預(yù)埋槽道型鋼》(GB/T37613-2019)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,采用熱浸鍍鋅+封閉層防腐工藝,其中熱浸鍍鋅層厚度不小于70μm,應(yīng)滿足300h銅鹽加速醋酸鹽霧試驗或2400h中性鹽霧試驗。
取Q355B截面尺寸30x20mm熱浸鍍鋅槽道試樣1組5只,熱浸鍍鋅+封閉層防腐工藝槽道試樣1組5只,分別按《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》GB/T10125-2012標(biāo)準(zhǔn),用青島精科檢測設(shè)備有限公司制造的JK-60CH鹽霧試驗機進行銅鹽加速醋酸鹽霧試驗,熱浸鍍鋅槽道出現(xiàn)紅銹時間平均在115h,鍍鋅+封閉層防腐工藝(環(huán)氧樹脂封閉層厚度為160μm),槽道出現(xiàn)紅銹時間平均在1423h,見表1,均達不到標(biāo)準(zhǔn)要求。
表1 碳鋼槽道防腐檢測結(jié)果
碳鋼槽道從2005年在武廣高鐵首次使用后,又于2015年在深圳地鐵首次使用,以后陸續(xù)在上海、北京、南京、蘇州、青島等十多個城市使用,從通車運營的線路看,槽道表面均不同程度的出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。造成銹蝕的原因有以下方面原因:
(1)漏鍍、漏涂和外力致使涂層損壞。
(2)涂層太薄被侵蝕或涂層太厚脫落后被侵蝕。
(3)環(huán)境中CO2等酸性物質(zhì)滲透到混凝土內(nèi)部,腐蝕涂層。
不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱,不銹鋼材料可根據(jù)金相組織的不同分為五大類,其性能比較見表2。
表2 五大類不銹鋼性能表
根據(jù)預(yù)埋槽道需要具有耐蝕、抗疲勞、耐火等綜合性能,研制出具有優(yōu)良耐蝕性能,還具有較高強度和抗疲勞性能的含鈮雙相不銹鋼2205Nb預(yù)埋槽道。
含鈮22Cr-5Ni-3Mo-0.15N-Nb雙相不銹鋼預(yù)埋槽道性能見表3。
表3 含鈮雙相不銹鋼預(yù)埋槽道性能
2.3.1 冶煉工藝
采用EAF+AOD,低溫吹氮或碳化鉻加入,AOD溫度1600℃~1720℃,澆筑溫度1670℃,加覆蓋劑,快速澆鑄制成連鑄坯。
2.3.2 槽道型鋼生產(chǎn)工藝
槽道型鋼采用連續(xù)壓展一次成型工藝,關(guān)鍵工序過程如下:
(1)將150X150mm鋼坯送入加熱爐加熱70min~120min,加熱至1120℃~1180℃度,使鋼中合金元素充分溶解或析出。
(2)將加熱的鋼坯送入軋機進行控制軋制,開軋溫度1110℃~1150℃,軋制道次7道次,軋制成預(yù)埋槽展開截面坯,截面坯的溫度為980℃~1050℃。
(3)將預(yù)埋槽展開截面坯送入彎曲機進行控制彎曲,經(jīng)4-13道彎曲,制成半閉口預(yù)埋槽成品。
(4)將預(yù)埋槽成品送入冷床冷卻到常溫,然后進行切倍尺、矯直。
(5)將預(yù)埋槽成品進行固溶處理,提高綜合機械性能和抗腐蝕性能,然后進行酸洗,制成槽道型鋼。
2.3.3 預(yù)埋槽道制造工藝
預(yù)埋槽道制造工藝流程見圖2。
圖1 預(yù)埋槽道制造工藝流程圖
關(guān)鍵過程如下:
(1)對定尺型鋼進行沖孔,沖孔使用壓力沖孔機,沖孔時使用特制的模具,模具分上模和下模,上模為圓柱形,下模為凹形,凹坑深1mm~4mm,沖孔時,上模從型鋼上底開口處穿過,從下底內(nèi)表面沖過成孔,并在下底外表面制成凸臺,凸臺高1mm~4mm,直徑比圓孔大4mm~20mm。
(2)對沖孔后型鋼進行熱錨接,熱錨使用熱錨機,熱錨機由感應(yīng)加熱器、夾緊機構(gòu)和壓下機構(gòu)組成。鉚釘采用“T”字型,與槽道型鋼相同材質(zhì)。因不銹鋼槽道與混凝土的粘結(jié)強度偏低,鉚釘長度需要比碳鋼長3mm~6mm。鉚接時,先將錨釘頭部加熱到溫度950℃~1010℃,加熱時間6s~16s,然后將鉚釘頭部插入型鋼下底內(nèi),啟動壓力鉚接機,將錨釘頭部壓扁,完成錨接,制成直形槽道。
(3)將鉚接后槽道送入多輥彎弧機進行彎弧。彎弧時,一側(cè)壓輪壓在背部,另一個輪子壓在槽內(nèi),每三個輪子組成一個彎弧區(qū),最終達到要求的弧度制成弧形不銹鋼槽道。
(4)將槽道進行鈍化,制成不銹鋼槽道。
(5)對槽道進行包裝,包裝時,棉條與槽體側(cè)面間隙不得大于1mm、棉條超過槽體頂面0.5mm~1.0mm;棉條與端蓋之間、棉條與棉條之間必須靠嚴,之間的最大間隙不得超過1mm。
端蓋與槽體必須靠嚴,之間的最大間隙不得超過1mm;封口膠條要占中并粘貼牢固,繞過槽體的長度在10mm~15mm之間,防止?jié)仓炷習(xí)r漏漿。
含鈮2205Nb不銹鋼預(yù)埋槽道,于2019年6月2日應(yīng)用于太原地下管廊工程上,該工程使用CAY38X23Z型號,用于固定管廊中的電纜、各種管線。經(jīng)過18個月運行,該不銹鋼預(yù)埋槽道沒有發(fā)現(xiàn)任何問題,取得了良好效果。與碳鋼預(yù)埋槽道相比,不銹鋼預(yù)埋槽道性能具有以下特點:
(1)優(yōu)良的抗腐蝕能力,降低維護費用,延長使用壽命。
(2)對高溫與低溫環(huán)境具有良好的適應(yīng)性,提高隧道耐火能力。
(3)在大氣環(huán)境和腐蝕性介質(zhì)作用下,無需特殊防護。
遼寧中車軌道交通裝備有限公司,通過多年的產(chǎn)研合作開發(fā)和試驗改進,攻克了含鈮雙相不銹鋼2205 Nb的冶煉、槽道型鋼生產(chǎn)和預(yù)埋槽道制造等多個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵核心技術(shù),開發(fā)出含鈮不銹鋼預(yù)埋槽道,現(xiàn)已生產(chǎn)5200米并用于高鐵車廂、太原管廊工程、蕪湖地鐵等工程,得到了市場的廣泛認可,可以預(yù)見,不久的將來高鐵、地鐵、地下管廊、玻璃幕墻等工程將全面使用該產(chǎn)品,市場容量達到千億元以上。