側(cè)切式清篩技術(shù)分析及應(yīng)用展望

楊 斌，王發(fā)燈，王 鵬

(1．昆明中鐵大型養(yǎng)路機械集團有限公司，云南 昆明 650215;2．中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

側(cè)切式清篩技術(shù)分析及應(yīng)用展望

楊 斌1，王發(fā)燈2，王 鵬2

(1．昆明中鐵大型養(yǎng)路機械集團有限公司，云南 昆明 650215;2．中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

分析并總結(jié)了我國線路清篩作業(yè)的現(xiàn)狀和需求，介紹了國內(nèi)外清篩技術(shù)的研究和應(yīng)用，提出側(cè)切式清篩技術(shù)是一個新的發(fā)展方向，最后探討了側(cè)切式清篩機在不同線路上的作業(yè)模式。研究表明，側(cè)切式清篩機可以適用于各種形式的道岔清篩，能應(yīng)用于雙線隧道的清篩，在輔以撥道作業(yè)的情況下，還能解決部分單線直墻襯砌隧道清篩作業(yè)這一難題，具有良好的應(yīng)用前景。

側(cè)切式清篩技術(shù) 道岔 隧道 作業(yè)模式

在我國，鐵路線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)現(xiàn)有的大中型養(yǎng)路機械并不能完全滿足線路養(yǎng)護現(xiàn)場作業(yè)需求。尤其是在隧道內(nèi)，清篩作業(yè)環(huán)境差，效率低，人工勞動強度大且作業(yè)質(zhì)量難以保證。側(cè)切式清篩機能夠完成隧道內(nèi)道砟清篩作業(yè)，國外已經(jīng)研制使用了相關(guān)技術(shù)。因此，研究和分析側(cè)切式清篩機技術(shù)，有助于提高我國鐵路線路維修質(zhì)量及養(yǎng)路機械技術(shù)裝備水平。

1 國內(nèi)線路清篩技術(shù)現(xiàn)狀

保持道床彈性和排水良好是清篩作業(yè)的主要目的。國內(nèi)鐵路線路形式多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，正線、邊坡、道岔、橋梁、隧道清篩作業(yè)環(huán)境和要求迥異［1］，給清篩技術(shù)帶來很大的難題，需要不同的清篩機來滿足不同線路的清篩作業(yè)需求。中型、大型清篩機，邊坡清篩機和現(xiàn)有道岔清篩機只能清篩正線和部分道岔區(qū)線路，主要機型有奧地利普拉塞的 FRM 80S型邊坡清篩機、HRM2004CH型高效清篩機，美國KERSHAW公司和LORAM公司的邊坡清篩機，以及昆明中鐵自主研發(fā)的BS-550 邊坡清篩機［2］。

1983年7月，原鐵道部引進奧地利普拉塞公司的RM76型清篩機。1987年昆明中鐵率先在國內(nèi)試制成功QQS-300型全斷面道砟清篩機。自此我國開始了鐵路線路機械化清篩作業(yè)的歷史進程。隨后，昆明中鐵通過引進國外先進技術(shù)、消化吸收再創(chuàng)新，打破國外技術(shù)壁壘，全面掌握了國外先進技術(shù)，積累了一批自有技術(shù)和核心技術(shù)，開發(fā)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品，如國產(chǎn)化RM80型道砟清篩機、QQS-550型全斷面清篩機、QQS-450型全斷面清篩機等［3］。

除昆明中鐵以外，我國各鐵路局還自行研制了多種清篩機械，如分別用于鐵路單線和復(fù)線地段道床清篩作業(yè)的XZQ-S(XZQ-S2)型單(雙)變小型枕底清篩機和QQS-300型中型清篩機。這兩種機械無作業(yè)走行驅(qū)動裝置，區(qū)間運行依靠軌道車或機車牽引。此外，還自行研制了大型軌行式全斷面清篩機，如柳州鐵路局LZ-80型、上海鐵路局ND-80型、沈陽鐵路局雙扒鏈型、濟南鐵路局JQY-1型清篩機等。

經(jīng)過30多年的發(fā)展，通過技術(shù)引進和二次創(chuàng)新，我國已形成以大型清篩機械為主的機械化清篩新格局。我國大型清篩機械不但在裝備水平上而且在運用技術(shù)上均獲得了重大進展，對減輕線路工人作業(yè)的勞動強度，提高道砟清篩質(zhì)量和作業(yè)效率起到了積極作用［4］。然而，目前國內(nèi)隧道清篩工作基本上還是采用人工作業(yè)，國內(nèi)外專屬隧道清篩機械尚屬空白［5］。岔區(qū)線路繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清篩技術(shù)的應(yīng)用也處于起步階段。

2 側(cè)切式清篩技術(shù)分析

2.1 側(cè)切式清篩機介紹

側(cè)切式清篩機是在側(cè)切式挖掘技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的清篩機，雖然整機結(jié)構(gòu)不同，基本原理均是采用刀板挖掘裝置進行道床枕底挖掘［6］。國外目前有兩種技術(shù)較為成熟的側(cè)切式清篩機。一種是美國HARSCO公司生產(chǎn)的 GO4S-Ⅲ-C型邊坡、道岔一體式清篩機(圖1)，它采用斗輪與底切挖掘裝置相配合的清篩作業(yè)方法。該清篩機的挖掘裝置設(shè)計了懸臂支撐梁，用來控制斗輪挖掘機構(gòu)與刀板挖掘機構(gòu)在挖掘作業(yè)時的左右橫移和上下升降。

圖1 GO4S-Ⅲ-C型清篩機

另一種是奧地利普拉塞公司的URM700型道岔清篩機(圖2)。它裝備了旋轉(zhuǎn)式的枕底挖掘裝置，左右對稱布置一組扒鏈式的邊坡挖掘裝置。在進行道岔挖掘時，先用邊坡挖掘裝置開挖出一條溝槽，然后將側(cè)切刀板放下，從枕底切入，進行枕底挖掘，實現(xiàn)連續(xù)清篩作業(yè)，可節(jié)省清篩作業(yè)的準備工作時間。該清篩機還在側(cè)切刀板遠端設(shè)置了定位加強裝置，能夠很好地解決刀板遠端切削強度不足的問題。

圖2 URM700道岔清篩機

中國鐵道科學(xué)研究院與昆明中鐵正在聯(lián)合研制的CQS-300型側(cè)切式全斷面道床清篩機如圖3所示。該清篩機主要由前后司機室、挖掘裝置、道砟輸送裝置、篩分裝置、污土輸送裝置、車架和兩個三軸轉(zhuǎn)向架等部件組成。它采用刀板枕底挖掘與斗輪挖掘提升相結(jié)合的方式作業(yè)。挖掘裝置通過刀板切入枕底，將枕底道砟挖掘并排出至邊坡處，然后利用斗輪挖掘裝置將道砟挖掘提升至道砟輸送裝置，通過輸送帶將道砟傳送到篩分裝置，道砟經(jīng)過篩分后，干凈的道砟回填至道床，污土通過主污土帶傳送到車體后方并拋出道床外面。

圖3 CQS-300型側(cè)切式清篩機

2.2 側(cè)切式清篩技術(shù)特點

側(cè)切式清篩技術(shù)主要用于解決多種形式、復(fù)雜地段道岔的清篩作業(yè)問題，可適用于正線、邊坡，兼顧橋梁和隧道清篩，具備高效、穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點，詳述如下:

1)輔助作業(yè)時間短、輔助施工人員較少，不需人工預(yù)先開挖工作斷面;

2)可單邊獨立作業(yè)(道岔清篩)或雙邊同時作業(yè)(邊坡清篩);

3)作業(yè)方式靈活快速、不需要拆除轉(zhuǎn)轍機等設(shè)備，能適應(yīng)多種形式道岔的清篩;

4)可方便地為大型全斷面枕底清篩機挖掘安裝底梁用的攏口;

5)能適應(yīng)部分橋梁和隧道地段清篩。

3 側(cè)切式清篩技術(shù)應(yīng)用展望

3.1 道岔清篩作業(yè)

我國鐵路岔區(qū)線路復(fù)雜，要求道岔清篩機的作業(yè)模式能適應(yīng)多樣的道岔形式。

1)單渡線施工作業(yè)模式

單渡線是鐵路運營線路最為普遍的一種道岔形式［7］(圖4)。側(cè)切式道岔清篩機由于左右對稱各布置一組斗輪挖掘裝置和刀板式枕底挖掘裝置，可通過2次施工全面覆蓋整組道岔，且工作裝置不侵入鄰線，不影響鄰線運營。施工時整機無需調(diào)頭。

圖4 單渡線道岔施工(單位:mm)

2)站線施工作業(yè)模式

我國典型站線布局如圖5所示，線路建設(shè)時未考慮大型養(yǎng)路機械施工要求，1，3號道岔或2，4號道岔的距離較近，傳統(tǒng)道岔清篩機的展寬有限，不能全部覆蓋三線施工，需要拆接4次，施工相對繁瑣，勞動強度大。側(cè)切式道岔清篩機采用直股單向的作業(yè)模式。清篩機沿著作業(yè)方向始終行駛在直股線路上，進入4號道岔時，沿著作業(yè)方向左側(cè)的挖掘裝置進行挖掘作業(yè)，挖掘刀板從左至右切入枕底;進入2號道岔時，沿著作業(yè)方向右側(cè)的挖掘裝置進行挖掘作業(yè)，挖掘刀板從右至左切入枕底。同樣的作業(yè)模式適用于1，3號道岔，從而完成全部4組道岔清篩。

圖5 站線施工模式

3)交叉渡線、對稱道岔等施工作業(yè)模式

在駝峰編組場內(nèi)主要采用雙開對稱道岔和對稱三開道岔。而我國在站場設(shè)計中，還常將交叉渡線與復(fù)式交分道岔組合使用，如圖6、圖7所示。這些道岔的道床維護保養(yǎng)多采用人工及小型機具輔助施工模式，作業(yè)效率較低［8］。側(cè)切式道岔清篩機左右對稱的挖掘裝置，通過類似于前述站線作業(yè)模式，可以有效地解決此類型道岔及道岔組合的機械化清篩問題。

圖6 交叉渡線道岔(單位:mm)

圖7 復(fù)雜道岔(單位:mm)

3.2 正線清篩作業(yè)

側(cè)切式清篩機進行正線清篩作業(yè)時，出入施工現(xiàn)場不需配備輔助人員，施工組織模式相對簡單，對需要臨時清篩的道床可做到及時處理并快速離開。傳統(tǒng)清篩機作業(yè)前需要預(yù)先開挖工作端面，以便將扒鏈穿入連接成整體才能進行施工作業(yè)，如圖8(a);側(cè)切式清篩機作業(yè)時無需人工開挖工作端面，利用斗輪挖出溝槽放下刀板，刀板切入枕底便直接進入施工狀態(tài)，更適宜我國開“天窗”的作業(yè)模式，如圖8(b)。

3.3 道床邊坡清篩作業(yè)

側(cè)切式清篩機兩側(cè)均布挖掘裝置，可根據(jù)工務(wù)施工需要進行單側(cè)或雙側(cè)邊坡清篩作業(yè)，如圖9所示。

圖8 正線清篩作業(yè)前

圖9 邊坡清篩

3.4 橋隧道床清篩作業(yè)

我國鐵路橋梁、隧道形式多樣，數(shù)量較多，現(xiàn)有的清篩機因結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，不能進行有效的清篩作業(yè)。橋梁的作業(yè)條件優(yōu)于隧道，多數(shù)的橋梁可以采用現(xiàn)有的清篩機作業(yè)，若設(shè)備能應(yīng)用于隧道清篩作業(yè)，則適用于橋梁。

TB 10003—2005《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》［9］中第8.0.4條規(guī)定，軌枕端頭至側(cè)溝、電纜槽間的道砟寬度不應(yīng)小于200 mm，靠近道床一側(cè)的側(cè)溝墻身應(yīng)增設(shè)構(gòu)造鋼筋。即隧道設(shè)計建造時，軌枕端頭至側(cè)溝、電纜槽間的道砟寬度≥200 mm就符合標準要求。而國內(nèi)現(xiàn)有清篩機，以QS650型為代表，其挖掘機構(gòu)輸砟導(dǎo)槽寬度尺寸最小為550 mm，如要進行清篩作業(yè)，枕木端頭距各種鐵路設(shè)施的距離要大于550 mm。

復(fù)線隧道枕木端至側(cè)溝或電纜槽距離小于400 mm，如使用QS650型清篩機進行清篩作業(yè)，需多次撥道。側(cè)切式清篩機采用自兩線間用刀板切入枕底的方式進行枕底挖掘，不必進行撥道作業(yè)，可有效解決復(fù)線隧道清篩作業(yè)問題，如圖10所示。

圖10 復(fù)線隧道側(cè)切式清篩機施工示意(單位:mm)

單線直墻襯砌隧道如圖11(a)所示［10］，其最小凈寬b=4 900 mm，若軌枕采用Ⅱ型軌枕(長2 500 mm)，則軌枕頭距兩側(cè)障礙物距離分別為500，900 mm;若軌枕采用Ⅲ型軌枕(長2 600 mm)，則軌枕頭距兩側(cè)障礙物最小距離分別為450，850 mm。側(cè)切式清篩機特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計輔以撥道作業(yè)，用刀板切入枕底的方式進行枕底挖掘，可有效解決此類型的隧道清篩作業(yè)問題，如圖11(b)所示。

圖11 單線直墻襯砌隧道斷面及側(cè)切式清篩機作業(yè)示意

4 結(jié)語

我國鐵路隧道內(nèi)清篩作業(yè)環(huán)境差，效率低，人工勞動強度大且作業(yè)質(zhì)量難以保證，國內(nèi)現(xiàn)有的大中型養(yǎng)路機械并不能滿足現(xiàn)場作業(yè)需求。

側(cè)切式清篩機是在側(cè)切式挖掘技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的清篩機，它采用刀板枕底挖掘與斗輪挖掘提升相結(jié)合的方式進行作業(yè)。致力于解決多種形式、復(fù)雜地段道岔的清篩作業(yè)問題，具備高效、穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點。

側(cè)切式清篩機采用自兩線間用刀板切入枕底的方式進行枕底挖掘，不必進行撥道作業(yè)，可有效地解決復(fù)線隧道清篩作業(yè)問題;若輔以撥道作業(yè)，可進行單線直墻襯砌隧道內(nèi)的道砟清篩作業(yè)。

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U216．63+2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．37

1003-1995(2015)07-0130-04

2015-03-20;

2015-04-25

中國鐵道科學(xué)研究院基金項目(2014YJ021)

楊斌(1970— )，男，云南昆明人，高級工程師。

(責(zé)任審編 李付軍)