钢铁企业车间内铁路设计

张尚炜

铁路运输在钢铁企业的生产运营活动中一直发挥着难以替代的重要作用。自新中国钢铁工业发展至今，铁路运输仍然有着无法替代的生产优势。随着生产技术的不断发展，皮带运输机、输送辊道、汽车、轨道车辆等的运输设备也趋向大型化、重型化、自动化、智能化、集成化。各种运输方式在钢铁企业的各环节生产活动中的作用也发生了较大的变化，铁路运输在铁水、冶金渣等特殊物料以及大宗物料的运输地位仍无法撼动。车间内铁路设计又是钢铁企业全厂铁路运输系统中的重要组成部分。

1 钢铁企业的铁路运输

1.1 钢铁企业铁路运输的重要性

钢铁联合企业是原料加工企业，生产规模大，生产所需的原料、燃料数量庞大，品种繁多。一般情况下，工业企业原、燃料的运入，生产的成品运出以及在生产过程中各车间之间原、燃料和半成品的输送，灰、渣的输送，甚至在生产工艺各工序之间物料的移动，均离不开运输。钢铁企业每吨钢的厂内外运输量约达20 t，其中厂外运输量达6 t左右。据不完全统计，单是冶金企业的运输量就占全国铁路货运量的20%左右。全国尚有许许多多的工业企业，国家铁路货物装卸量70%发生于工业铁路［1］。可见，工业铁路运输在整个国家综合运输网中所占的地位较高。铁路运输具有安全程度高、运输速度快、运输距离长、运输能力强、运输成本低等优点，并且具有污染小、潜能大、不受天气条件影响的优势，是公路、水运、航空、管道运输所无法比拟的。

1.2 钢铁企业铁路运输的发展趋势

虽然各大钢铁厂铁路运输情况不尽相同，但是随着主体设备和工艺的现代化程度不断提高，主业生产规模不断扩大，冶金运输技术与冶金技术共同发展，钢铁企业铁路运输演变的总趋势为：运输设备由小型向大型、专用或共用发展；驾驶配置由多人向单乘制发展；铁路运输向重载化方向发展；铁路信号向微机联锁方向发展；调车通讯向无线化方向发展；运输组织向信息化管理方向发展。

2 钢铁企业车间内铁路分类

大中型钢铁企业车间内铁路的布置在总平面布置中占有很重要的地位，往往车间内铁路线的布置影响整个厂区的占地面积和用地形状，决定全厂总平面布置方案。钢铁冶金企业车间内铁路设计与车间生产工艺布置密不可分，结合钢铁企业生产、运输特点，企业各车间内铁路设计有所不同。

根据铁路运输服务主体不同，车间内铁路分为主体生产单元车间内铁路和辅助设施车间内铁路。主体生产单元车间内铁路主要承担大宗原、燃料运输，半成品、成品运输以及特种物料（如铁水、冶金渣等）运输等。钢铁企业主体生产单元车间主要包括：原料场翻车机室、高炉出铁场下、炼钢铁水接受跨、热轧原料库、冷轧原料库、成品库、铸铁车间等。辅助生产设施车间是主体生产设施配套的辅助性生产设施，如仓库、解冻库、修罐库、机车车辆修理库等采用铁路运输的辅助设施。

根据铁路线路布置形式，分为尽头式车间内铁路和贯通式车间内铁路。车间内铁路采用尽头式或是贯通式，主要依据生产工艺以及运输组织需要进行布置。

图1 车间内尽头式和贯通式铁路布置

根据车间内铁路的道床型式，分为整体道床式铁路和普通道砟式铁路。两种型式的选取主要取决于以下因素：1）车间内的环境及美观度要求。车间内铁路采用整体式道床结构，可以提高环境卫生、增强美观度。2）车间内跨铁路运输通道要求。虽然两种型式对人员的跨行便利没有明显差异，但是采用整体式道床结构可以满足车间内车辆跨铁路两侧的平面交叉运输需求。3）车间内铁路设施维护要求。整体道床一般采用钢筋混凝土结构型式，地基处理较普通的道砟式铁路设计要求更高，完成后的整体道床式铁路维护工作量较小，使用寿命较普通道砟式铁路长。4）车间内铁路造价限制的要求。在地质条件相同的情况下，车间内铁路采用钢筋混凝土整体式道床结构，造价约是普通道砟式铁路的2～3倍。5）车间内铁路路床基础地质条件要求。如车间内地质条件较差，且不适合桩基，则铁路基础按深挖换填方式进行预处理，采用普通道砟式结构铁路加强日常的检测、检修和维护。

根据车间内同一作业区配套铁路线的多少，分为单线布置和多线布置。两种布置形式主要取决于生产工艺及运输组织的要求。

根据铁路系统自身的特点分为铁路自备车间内铁路和服务车间内铁路。铁路系统自备车间包括：机车中检库、机车整备库、机车修理库、车辆修理库等。铁路自备车间主要满足机车车辆的修理、整备、检修、停放等各种作业。一般采用整体道床式结构，服务车间内铁路一般根据不同要求采用整体式道床结构或是道砟式结构。

3 钢铁企业车间内铁路布置

3.1 运输组织

车间内铁路运输组织与车间生产任务、物料特点、生产协作关系、车间生产工艺布置、运量等因素密切相关。

铁路运输组织需在满足车间生产工艺要求下进行车间内铁路设计。比如机车修理库，车间内部铁路的布置主要取决于修理库承担的生产任务、工艺布置、需要修理机车数量、生产辅助功能等，这些因素要求决定了车间内铁路的股道数量、长度、线间距、铁路结构型式等；同时，车间内部的铁路布置又实现了主体生产要求，两者相辅相成。如炼钢铁水跨，车间内部铁路的长度、数量等取决于炼钢生产工艺的要求，铁路线长度既要满足铁水量运输要求，也要符合炼钢车间工艺布置的要求。铁路股道数取决于铁水调度的周期、铁路运输组织方式，车间内铁路线间距要求又影响车间总平面布置，所以车间内铁路的运输组织需要结合主体生产工艺要求完成。

3.2 铁路布置的设计原则

车间内铁路布置除需要满足生产工艺的要求外，其铁路设计还应遵循以下主要原则：1）铁路标准选取安全可靠、经济合理、技术先进。2）合理选择铁路运输组织方式，使其不但满足车间内部工艺要求，还需满足全厂铁路运输组织方式的要求。3）车间内铁路设计与车间生产工艺相配合，力求做到相关车间连接方便、布置紧凑、运距短，尤其是特种物料、长大件的运输，如铁水运输，原、燃料运输等。4）合理考虑车间内铁路装卸的机械化、自动化装备需求。5）避免人流、物流频繁交叉，避免车流与生产工序的干扰。6）为远期生产发展留有余地，使铁路设计满足后期生产工艺的发展需求。7）注意环境保护，减少污染，如机车修理库的检修地坑配套设置油水分离池。7）考虑其他专业的设计要求，其他设施与铁路的相关因素，如水平净距、净空、路基处理要求与车间厂房柱基础的关系。

3.3 设计步骤

根据车间生产工艺要求，以及全厂铁路运输组织方式，按照以下步骤完成车间内铁路设计。

第一步，根据车间内生产工艺确定的车间总平面布置，确定车间内装卸区与全厂铁路运输的物流方向，制定铁路线进入车间装卸区的基本运输组织方式。

第二步，根据生产车间的工艺总图布置、车间铁路运输量，确定车间内铁路线的长度、股道数。线路的长度既要满足装卸的作业要求，也要满足铁路线的布置要求。尽头式车间内部铁路车挡前应有10 m的附加长度；在困难条件下附加长度可小于10 m，但应采取安全措施。车挡后部的安全距离在车间外≮15 m，在车间内≮6 m，在安全距离内严禁修建建筑物、构筑物和安装设备［2］。

第三步，完成车间内铁路线路设计方案后，根据整体式道床结构和普通道砟式结构两种方式的特点，按照项目的具体要求确定道床结构型式。

第四步，确定车间内铁路轨道结构的钢轨连接方式，采用普通道砟式结构铁路的钢轨连接方式与室外相同，采用整体式道床结构的连接方式工程应用方式比较多样。其中包括以下3类。

第1类，混凝土枕预埋在钢筋混凝土整体式道床结构内，这种方式对枕木的施工安装要求标准较高，见图1 a。

第2类，在钢筋混凝土整体道床结构上预留螺栓孔，施工中的方孔或圆孔均只能上下同径，后期固定螺栓的抗拔性较差。通过其他措施可以减少这种方式的不足，比如更换性能更好的锚固剂或增设二次浇筑层的方式来增强轨距挡板的固定和螺栓的抗拔性，见图1b。

第3类，在钢筋混凝土中预埋钢垫板，钢轨通过在垫板上焊接扣件来固定。该种方式减少了预埋混凝土枕方式的施工难度，方式更加灵活，施工精度基本同一般的钢筋砼施工要求，是目前整体道床施工简便、钢轨安装方便、精度控制较高的方法。该方式配合目前的Ⅲ型弹条扣件更能发挥方案的优越性，见图1 c。

图2 整体式道床结构的钢轨连接方式

3.4 设计注意事项

1）车间大门尺寸需要根据铁路限界标准向建筑专业提出要求。直线段进入车间时应满足建构筑物水平接近限界要求以及净空要求；曲线段进车间时，大门宽度需要按照直线段最小要求加宽，大门加宽按照下列公式计算[2]。

曲线内侧加宽应按下式计算：

曲线外侧加宽应按下式计算：

曲线内外侧加宽应按下式计算：

式中：R为曲线半径，m；H为计算点自轨面算起的高度，mm；h为外轨超高，mm。

2）车间内铁路线的有效长度计算，除考虑计算到车挡前10 m附加距离的规范要求外，还应考虑车间内吊车的走行极限以及吊车抓钩的作业范围。

3）需要与车间工艺专业共同确定车间内铁路线周围的生产活动与铁路线的距离是否存在安全隐患，以及提出必要的防护措施。

4）根据需要，考虑是否在车间内设置铁路车辆启停声光报警装置，以提高车间内铁路运输和生产活动中设备和人员的安全。

5）采用普通道砟结构的车间内部铁路，根据通行要求、美观度等选择是否面层需要加铺“预制块面层+砂质填充层”的结构层。

6）有铁路进入车间的室内外高差宜为0.5 m[2]，该规定是考虑有铁路引入的建筑物一般有道路引入，将室内外高差定为0.5 m即可满足车间引道纵坡要求，且利于室外铁路路基排水。

3.5 车间内铁路布置的调整

车间内铁路线的调整主要为施工中纠偏的调整，以及车间生产设施配套改造的铁路线调整两种情况。两种调整基本采用相同的设计依据。

在车间内铁路调整的设计中，主要考虑线路的数量、长度、定位、轨面标高、轨道铺面等内容，铁路的轨道结构设计一般不作为铁路调整的主要内容。在车间内铁路布置的调整中主要考虑以下几点因素。1）铁路股道数的增加或有效长度的增加均要结合工艺总平面布置统一考虑，须同时满足铁路装卸区的安全防护要求。2）车间内铁路线的数量和定位调整设计，除满足车间工艺布置外，与室外铁路的连接方式对现有运输组织的影响也是决定调整方案是否可行的关键因素。3）车间内轨面标高的调整直接影响车间内地坪高度以及车间内跨铁路平交通道。4）车间内铁路改造时，由于运输通道、卫生环保、美观度等要求，需要在明道砟铁路顶面铺设“预制块面层+砂石垫层”结构层或进行整体道床式结构改造。

4 结语

铁路与车间的无缝对接可以减少倒运次数，降低企业生产成本，增加铁路运输效率，增强企业运营效益。车间内铁路的合理设计不仅可以保障生产、加强生产安全、增强运输可靠度，还可以有效的发挥铁路运输在降低企业生产经营成本中的作用。

参考文献：

［1］雷明.工业企业总平面设计［M］.西安：西安陕西科学技术出版社，1998．

［2］中国冶金建设协会.GB 50603—2010钢铁企业总图运输设计规范［S］．北京：中国计划出版社，2011．