鐵路隧道橋梁機械化清篩作業(yè)裝備研究

倪忠偉 姜 雷 何國華

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南 昆明 654300）

1 研究背景及意義

有砟軌道養(yǎng)護主要包括清篩、搗固、穩(wěn)定、配砟、焊軌、銑磨等工作，目前我國正線鐵路路基及大部分橋梁地段（除個別橋梁外）廣泛采用大型養(yǎng)路機械對有砟軌道進(jìn)行養(yǎng)護維修[1]。

但是既有線部分橋梁和隧道，尤其是隧道，因其內(nèi)部輪廓的限制，可用作業(yè)空間狹小，國內(nèi)現(xiàn)有清篩機不能進(jìn)入作業(yè)。目前國內(nèi)大部分隧道和部分橋梁清篩工作基本上還是采用人工作業(yè)，由于施工人數(shù)大，作業(yè)人員組成復(fù)雜，組織困難，生產(chǎn)安全隱患大，同時人工隧道橋梁清篩還存在著作業(yè)環(huán)境差、作業(yè)效率低及作業(yè)質(zhì)量難以保證的問題，隧道橋梁清篩是目前線路機械化大中修作業(yè)的空白點和盲區(qū)，既有線隧道橋梁清篩已經(jīng)成為制約機械化維修的最大瓶頸。

基于既有線隧道橋梁養(yǎng)護現(xiàn)狀，深入既有線隧道橋梁線路機械化養(yǎng)修作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究，研究適合國內(nèi)施工組織模式、滿足國內(nèi)鐵路隧道橋梁機械化清篩要求的清篩機，有助于解決隧道橋梁機械化清篩難題，提高我國鐵路線路維修質(zhì)量和養(yǎng)路機械技術(shù)裝備水平，具有重要的科學(xué)意義和工程價值。

2 國內(nèi)外隧道橋梁機械清篩的現(xiàn)狀

目前，奧地利PLASSER公司研制有一種裝備履帶走行的集換枕、換軌、枕底挖掘于一體的綜合維修機組RU800S，可以進(jìn)行隧道橋梁清篩，但由于該機功能多，車輛編組煩瑣，需要較長輔助作業(yè)時間，不適合目前中國鐵路利用“天窗”作業(yè)模式。國外還沒有專門開發(fā)適應(yīng)我國國內(nèi)隧道橋梁清篩作業(yè)的清篩機。

圖1 Plasser公司RU800S綜合維修機組

圖2 鐵建裝備改造的隧道清篩機

鐵建裝備曾在QS450Ⅱ基礎(chǔ)上改制有SQS300清篩機 （該機還不成熟，僅生產(chǎn)了樣機），襄樊金鷹有QS450型清篩機，該機型最小挖掘?qū)挾? 500 mm，可以適應(yīng)于一小部分隧道清篩，但是大部分隧道還是不能清篩。因此，目前國內(nèi)外專屬隧道清篩機械尚屬于空白[2]。

3 國內(nèi)既有線隧道橋梁調(diào)研

通過對武漢、昆明、成都、西安、太原局走訪及京九線隧道、大秦線隧道調(diào)研，得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)鐵建設(shè)〔2012〕159 號文件要求，2012 年7月20之后所，新建隧道都需符合大型清篩機作業(yè)空間要求；

（2）現(xiàn)有的清篩機軌枕下底梁的挖掘方式不能適應(yīng)既有線隧道內(nèi)作業(yè)，必須設(shè)計一種其他形式的挖掘方式來適應(yīng)隧道內(nèi)清篩作業(yè)；

（3）隧道襯砌基本上全部都是混合襯砌，一座隧道既有直墻襯砌又有曲墻襯砌，直墻襯砌的空間條件比曲墻襯砌的空間條件要好，因此，應(yīng)主要以曲墻襯砌空間尺寸為設(shè)計依據(jù)[3]；

（4）采用既有清篩機可以清篩機挖掘?qū)挾? 900 mm以上的隧道，占武漢、昆明、成都、西安四個鐵路局單線隧道的23.3%或全線隧道的15.05%；

（5）如果將隧道橋梁清篩機最小挖掘?qū)挾仍O(shè)定為3 050 mm，則能夠清篩82.9%的單線隧道或87.32%的全線隧道。如果將隧道橋梁清篩機最小挖掘?qū)挾仍O(shè)定為3 100 mm，則能夠清篩79.03%的單線隧道或84.47%的全線隧道；

（6）截至2012年年底，全路標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路共有橋梁48 905座、1 263 804延長米，1990年后建設(shè)的橋梁占全部橋梁的63.2%，是既有鐵路橋梁的主要組成部分，2000年后，隨著鐵路大規(guī)模建設(shè)的開展，橋梁占比達(dá)到了41.5%；截至2012年年底，全路標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路共有涵渠158 327座、3 690 260延長米，1990年以后建設(shè)的涵渠占全部涵渠的52.8%[4]；

（7）道砟槽頂面外緣寬4.9 m的單線鐵路橋梁和雙線鐵路橋梁，現(xiàn)有清篩機可以清篩作業(yè)；

（8）道砟槽頂面外緣寬3.9 m的單線鐵路橋梁，現(xiàn)有清篩機不能作業(yè)，挖掘?qū)挾? 100 mm的挖掘裝置可以進(jìn)入作業(yè)；

（9）采用清篩機進(jìn)行隧道、橋梁清篩時，需在作業(yè)前對隧道、橋梁進(jìn)行全面勘察，掌握現(xiàn)場實際道床斷面尺寸，道砟深度，病害情況等，然后制訂相應(yīng)的清篩方案。

4 必要的前期試驗研究

依據(jù)鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃2013G007-B既有線隧道內(nèi)線路機械化養(yǎng)護作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究課題，鐵建裝備開始研制一種能適應(yīng)狹窄作業(yè)空間的挖掘裝置，該挖掘裝置采用垂直式布局，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，突破了奧地利PLASSER公司傾斜式布局的清篩挖掘作業(yè)專利保護。通過工作裝置中試試驗和后期的裝機試驗，驗證了垂直式挖掘裝置設(shè)計合理，各動作部件動作靈活，挖掘效率能滿足設(shè)計要求，各部位結(jié)構(gòu)強度符合作業(yè)要求。

5 隧道橋梁機械化作業(yè)裝備研究

5.1 任務(wù)來源

依據(jù)中國鐵路總公司《適用于既有鐵路隧道橋梁清篩機關(guān)鍵技術(shù)研究》（2017G003-E)科技開發(fā)合同，鐵建裝備開始對隧道橋梁清篩車整機進(jìn)行研究。

圖3 現(xiàn)場隧道調(diào)研

圖4 挖掘裝置作業(yè)試驗

5.2 設(shè)計方案

隧道橋梁清篩車由單機構(gòu)成，從中部開始前半部分布置了主要的工作裝置，后半部分布置了動力裝置。整機的走行及工作裝置都采用液壓驅(qū)動的方式。司機室空調(diào)、電熱玻璃、增壓除塵裝置、射流風(fēng)機由發(fā)電機組供電直接驅(qū)動。整機主要由車架、污土帶、旋轉(zhuǎn)污土輸送帶、測量裝置、轉(zhuǎn)向架、噴淋系統(tǒng)、振動篩、混砟輸送帶、作業(yè)司機室、潔砟輸送帶、挖掘裝置、主起撥道裝置、柴油箱及供油系統(tǒng)、液壓油箱、動力系統(tǒng)、動力間、功能間、輔助起撥道及分砟犁、輔助發(fā)電機組、風(fēng)機系統(tǒng)、排水溝挖掘裝置等組成。隧道橋梁清篩車具有篩分功能，能夠?qū)⑼诰虺龅呐K污石砟篩分處理，篩分后滿足要求的石砟進(jìn)行回填。

5.3 功能特點

隧道橋梁清篩車主要用于鐵路既有線路隧道及橋梁的道砟清篩作業(yè)，能適應(yīng)隧道和橋梁上的狹窄作業(yè)空間，最小挖掘?qū)挾? 100 mm（Ⅱ型枕），能完成起道、撥道、扒砟、清篩、回填、排污等工作。

隧道橋梁清篩車配有挖掘測量裝置，可以檢測挖掘?qū)Р劬嗾砟径祟^的距離，防止作業(yè)過程中導(dǎo)槽碰到枕木端頭；挖掘深度能調(diào)整，自軌枕底面向下200～300 mm，并配有顯示挖掘深度的監(jiān)視裝置；挖掘裝置采用扒板式挖掘鏈，一次完成道床枕底挖掘，挖掘升、降導(dǎo)槽的導(dǎo)輪采用集中自動潤滑。

隧道橋梁清篩車配有橫平測量及里程測量裝置，可以為振動篩調(diào)平及輔助起撥道裝置起道提供數(shù)據(jù)；配有輔助起撥道及分砟犁，道砟回填能保證清潔的道砟均勻地回填到線路,防止出現(xiàn)反超高；配有排水溝挖掘裝置，實現(xiàn)橋梁兩側(cè)排水溝區(qū)域的道砟挖掘，恢復(fù)道床排水性能；配有風(fēng)機系統(tǒng)，實現(xiàn)通風(fēng)換氣，改善作業(yè)環(huán)境，緊急著火時實現(xiàn)排煙的目的。

圖5 隧道橋梁清篩車整車結(jié)構(gòu)組成

5.4 運用情況

隧道橋梁清篩車已完成樣車試制，在廠內(nèi)進(jìn)行了挖掘作業(yè)試驗，試驗表明各工作裝置、各系統(tǒng)工作可靠，性能良好，挖掘?qū)挾?、挖掘深度及挖掘效率滿足設(shè)計要求。接下來將到用戶現(xiàn)場線路上進(jìn)一步試驗考核。

圖6 隧道橋梁清篩車作業(yè)試驗

6 結(jié)語

隧道橋梁清篩車是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的具備綜合性能的清篩車型，代表清篩車型的最高水平，其研制是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，但是樣車的試制成功只是第一步，后續(xù)還需要對隧道清篩車不斷優(yōu)化改進(jìn)。我們堅信有朝一日，既有鐵路隧道橋梁清篩一定能全面實現(xiàn)機械化作業(yè)，提高我國鐵路線路維修質(zhì)量和養(yǎng)路機械技術(shù)裝備水平，為鐵路安全運營提供可靠保證。