羅麗軍

(中鐵十四局集團房橋有限公司，北京 102400)

1 概述

中鐵十四局集團有限公司貴南高鐵項目經理部河池軌枕生產基地(以下簡稱軌枕廠)位于廣西壯族自治區(qū)河池市東江鎮(zhèn)福來屯，占地5 hm2，緊鄰金宜一級公路，軌枕廠設軌枕生產線一條、桁架鋼筋生產線兩條、生產線班次為兩班(白班/夜班)，擁有模具240套、養(yǎng)護坑12個，主要承擔貴南高鐵廣西段DK196+418～DK509+540里程范圍內的88.9萬根雙塊式軌枕預制任務。雙塊式軌枕產品中在混凝土塊上出現(xiàn)的常見的質量問題有：軌枕的斷面出現(xiàn)裂縫、軌枕表面有大量氣孔、蜂窩、出現(xiàn)麻面、產生龜裂、軌枕的混凝土發(fā)生離析、軌枕掉邊掉角等[1]。此外，在軌枕其他部位上出現(xiàn)的常見產品質量問題還有：軌枕套管位置下沉、鋼筋桁架尺寸誤差較大或變形等[2]。套管下沉的現(xiàn)象是雙塊式軌枕生產過程中一項較為嚴重的質量問題，輕則需要對軌枕修理，重則直接導致軌枕報廢，若不及時解決此問題，將給企業(yè)帶來高額的成本壓力。

2 軌枕套管下沉的特征

2.1 套管下沉的幾種形式

混凝土軌枕的結構型式分為兩大類：一類是整體式，另一類是雙塊式[3]。我國的雙塊式無砟軌道研究應用已近20 a，雙塊式無砟軌道以其結構簡單、施工方便、經濟性好等優(yōu)點，逐漸成為我國高速鐵路主要軌道形式之一[4]。SK-2型雙塊式混凝土軌枕是雙塊式無砟道床主要構件之一，主要應用于武廣、蘭新第二雙線、滬漢蓉、杭深、向蒲、合福、成渝、大西、鄭萬、張吉懷等鐵路[5]。其是由兩塊表面平整的混凝土塊和預埋在混凝土塊內的鋼筋桁架連接而成[6]。雙塊式無砟軌道質量是否合格很大一部分因素為雙塊式軌枕質量是否符合要求。

軌枕生產檢查過程中發(fā)現(xiàn)，無砟軌道雙塊式軌枕套管下沉是影響軌枕質量的重要因素之一，套管下沉主要有以下幾種形式：

1)套管水平下沉:預埋套管的凸起高度小于-1 mm(見圖1)。

2)套管歪斜下沉：預埋套管距軌槽面120 mm深處偏離中心線距離小于2 mm[7](見圖2)。

2.2 施工工藝現(xiàn)狀

國內軌道交通產業(yè)智能制造技術在不斷創(chuàng)新，但自主開發(fā)能力仍較薄弱，缺乏世界一流的研發(fā)資源和技術知識，對國外先進技術的消化、吸收、創(chuàng)新不足。目前，行業(yè)內的生產線在實際應用中不是很成熟。

通過對國內軌枕生產廠家及智能生產線廠家的了解，目前張吉懷吉首軌枕場、黃黃項目(黃岡至黃梅)軌枕場有較為先進的生產線設備：自動清模設備、自動噴涂設備、螺旋筋及套管安裝設備、箍筋與桁架筋自動入模設備、自動布料機、自動溫控設備、自動翻模設備、自動脫模設備、3D掃描及噴碼設備、自動蓋蓋設備、自動碼垛設備，均建設了一套信息數(shù)據采集中心。在行業(yè)智能化的大趨勢下，軌枕場引進智能化生產設備，同時與設備廠家一同在生產過程中不斷對設備進行升級改造。

軌枕場套管安裝作業(yè)主要由套管螺旋筋自動組裝設備和套管自動安裝設備完成。其主要由螺旋筋加工成型機、六軸機械人、螺旋筋上料系統(tǒng)、套管上料系統(tǒng)、螺旋筋套管裝配系統(tǒng)、全自動套管鎖付系統(tǒng)、桁架機械人、視覺識別系統(tǒng)組成。套管分揀機構會將套管按照指定的方向和位置自動分揀出來，六軸機器人把螺旋筋設備生產出螺旋筋抓取后與套管組合，由螺旋筋套管裝配設備自動旋轉組裝到套管上。桁架機器人通過視覺系統(tǒng)分別識別出套管組件位置和模具腔內的安裝位置，通過位置補正程序，將套管組件精準地安裝模具中。同時智能彈簧套管復檢系統(tǒng)也將檢測出套管組件是否安裝到位,對套管安裝質量進行復檢監(jiān)控。該設備集螺旋筋制作，螺旋筋、套管組合、安裝于一體，大大降低勞動強度，安裝精準、質量穩(wěn)定可靠。

3 軌枕套管下沉成因分析

3.1 定位錐與套管不匹配

軌枕廠采用D1型預埋套管，其原材料為玻璃纖維增強聚酰胺66[8]，其外觀、尺寸、性能均滿足TB/T 3395.3—2015 高速鐵路扣件 第3部分：彈條Ⅴ型扣件[9]要求。

1)軌枕場定位錐前后采用了兩個不同廠家的產品，一種為下端口直徑略小于套管內徑下限定位錐，另一種為下端口直徑等于套管內徑的定位錐，其與套管安裝緊固后狀態(tài)如圖3～圖5所示。

由圖4,圖5可知下端口直徑略小于套管內徑的定位錐較下端口直徑等于套管內徑的定位錐其與模板的貼合程度更高，呈現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因在于：套管、定位錐在生產過程中的尺寸控制是有一定范圍波動的，如采用同一直徑尺寸作為標準，內徑下限的套管與端口直徑上限定位錐是無法匹配的，會出現(xiàn)套管下沉的現(xiàn)象。

2)定位錐在生產過程中經循環(huán)多次使用后產生磨損、變形等，導致套管安裝時，套管還未達到緊固狀態(tài)就脫扣滑絲。

3.2 定位錐邊緣殘渣未清理干凈

軌枕廠模具清理采用模具清理-智能精準打磨設備系統(tǒng)，空模具被輸送到清理打磨工位后，模具由工業(yè)級機器人進行模具內壁與底部大面積打磨，此打磨方式能快速對磨具進行全方位打磨，但定位錐與模板貼合位置的沾灰清理不到位，灰漿堆積于定位錐下，安裝預埋套管時，受灰漿影響，套管未能與模板貼合，使成品軌枕套管下沉(見圖6)。

3.3 預埋套管安裝不到位

軌枕廠預埋套管安裝采用全自動預埋套管及螺旋筋安裝設備(見圖7)，該設備為兩臺機器上同時拾取已組裝的套管螺旋筋，定位至模具相應位置后，將套管旋轉扭入定位錐。設備扭矩參數(shù)可人為修改，在生產過程中如果設置的扭矩過小，在進行澆筑振搗時，套管將被振動松脫而產生軌枕套管下沉，但如果生產過程中設置扭矩過大，套管安裝時套管與定位錐會產生脫扣現(xiàn)象，在經振搗后，也將導致軌枕套管下沉。

3.4 振搗時間過度或頻率過高

軌枕廠澆筑振搗分兩次振搗，振搗時，模具會產生高頻率震動，使剛澆筑的混凝土均勻分布，此過程將可能會對套管與模具結合的松緊度產生影響(見表1)。

軌枕廠使用單一變量法在保證混凝土狀態(tài)(坍落度、含氣量等)的前提下對使用不同扭矩安裝的套管模擬其在模具中的振搗，進而分析振搗對套管下沉的影響。

由表1可知，振搗對套管與模具的松緊度相關性不大，得出振搗對套管下沉影響較小，幾乎可以忽略，對此，本文不做深入研究。

表1 振動對套管松緊度的影響

4 解決方案

從以上分析可以看出造成軌枕套管下沉主要有以下幾方面原因：

1)定位錐與套管不匹配；2)定位錐邊緣殘渣未清理干凈；3)預埋套管安裝不到位。

針對以上原因，主要采取以下幾種方案：

1)針對定位錐與套管不匹配的情況:a.選購與套管匹配的定位錐時，在保證螺距、長度等外觀尺寸符合要求的前提下，選用下端口直徑略小于套管內徑的定位錐用于施工；b.對于個別下端口直徑略大的定位錐可對其進行打磨，縮減其直徑；c.人工復查套管安裝的松緊程度，及時更換損耗過度的定位錐。

2)針對定位錐邊緣殘渣未清理干凈的情況:增設人工精確打磨工序，即將智能機器自動打磨后的模具進行人工復檢，其主要對智能機器自動打磨的死角進一步清理，確保模具型腔內壁、拐角、定位錐與模具接觸面無殘灰。

3)針對預埋套管安裝不到位的情況：軌枕場分別使用10個,12個,16個循環(huán)的定位錐進行相關實驗，分別以一模16個套管為一組，共30組實驗，尋求適當?shù)呐ぞ刂?，調整設備扭矩參數(shù)，使安裝的套管能緊密與模具貼合且不脫扣。扭矩對套管安裝松緊度統(tǒng)計見表2。

表2 扭矩對套管安裝松緊度統(tǒng)計

由以上試驗數(shù)據可以看出，使用10個循環(huán)的定位錐在對應套管自動安裝設備設置扭矩大于1.8 N·m時，套管與模具貼合情況較好，當扭矩大于2.8 N·m時，開始出現(xiàn)套管脫扣現(xiàn)象；使用12個循環(huán)的定位錐在對應套管自動安裝設備設置扭矩大于12.0 N·m時，套管與模具貼合情況較好，當扭矩大于2.5 N·m時，開始出現(xiàn)套管脫扣現(xiàn)象；使用16個循環(huán)的定位錐在對應套管自動安裝設備設置扭矩大于2.0 N·m時，套管與模具貼合情況較好，當扭矩大于2.3 N·m時，開始出現(xiàn)套管脫扣現(xiàn)象；綜合以上情況，結合定位錐成本考慮，當選用不超過16個循環(huán)的定位錐，設置自動安裝套管設備扭矩為2.1 N·m～2.2 N·m時，安裝效果最佳。

5 結語

通過采取定位錐與套管的匹配度、定位錐邊緣殘渣清理、套管安裝力矩大小調整的措施，河池軌枕廠軌枕套管下沉得到了有效的控制并處于穩(wěn)定狀態(tài)，套管下沉的不合格率由原來的7‰ 降至 0.5‰ ，為工程節(jié)約成本約170余萬元，經濟效益顯著，且為雙塊式軌枕生產積累了豐富寶貴經驗。雙塊式軌枕智能化生產技術是一項新課題，其生產的各個環(huán)節(jié)的技術參數(shù)或者控制要點等在軌枕生產領域內尚需不斷探索[10-12]。