CRTSⅠ雙塊式無砟軌道智能化施工成套裝備研究

趙 博

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 工程概況

鄭萬高鐵全長818 km，設(shè)計時速350 km，起于鄭州，經(jīng)過湖北、重慶，終點到達(dá)重慶萬州，是我國“八縱八橫”高鐵網(wǎng)京昆通道的重要組成部分。鄭萬高鐵軌道主要以CRTSⅠ雙塊式無砟軌道為主，為實現(xiàn)無砟軌道智能建造目標(biāo)，提升無砟軌道施工質(zhì)量，先后研發(fā)以新型嵌套式軌排為主體，多種智能化施工輔助裝備，在分枕工序、粗鋪工序和施工精調(diào)工序進(jìn)行針對性升級，分別研制出軌排鋪裝機、智能化分枕平臺和智能化軌排精調(diào)機[1-3]。

2 傳統(tǒng)雙塊式無砟軌道施工存在的主要問題

傳統(tǒng)雙塊式無砟軌道施工裝備存在人工散枕精度難控制、工序復(fù)雜、施工精度低后續(xù)維護(hù)成本高等問題。軌排框架法施工工藝雖然較為成熟，但整體施工流程需要大量人工參與，遠(yuǎn)未達(dá)到自動化和智能化需求。例如，人工分枕直接在隔離層上作業(yè)，不滿足規(guī)范作業(yè)要求，同時分枕勞動強度高；人工精調(diào)人為因素干擾較大，精度難以保證，見圖1、圖2。

圖1 人工分枕

圖2 人工精調(diào)

在CRTSⅠ雙塊式無砟軌道施工中，分枕工序、粗鋪工序和精調(diào)工序是保證雙塊式無砟軌道施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，這些工序需要大量人工參與，由于現(xiàn)場人工勞動素養(yǎng)參差不齊，施工質(zhì)量無法有效保證。為實現(xiàn)以工裝保工藝、以工藝保質(zhì)量，在關(guān)鍵工序工裝亟需升級換代[4-5]。

3 雙塊式無砟軌道智能化施工成套裝備

3.1 新型嵌套軌排

傳統(tǒng)雙塊式無砟道床施工采用組合式軌排框架施工，精調(diào)作業(yè)時軌向與高程調(diào)節(jié)相互干擾，鎖定工序繁瑣，且耗費了大量人工，精調(diào)質(zhì)量及精調(diào)時間不可控，不僅降低了精調(diào)效率，也增加了操作工人的勞動強度。為提高雙塊式無砟軌道施工精調(diào)精度，研發(fā)了新型嵌套式軌排。新型嵌套軌排包括工具軌、組合托梁體、高低螺桿、防護(hù)墻固定座、鎖定裝置等組成。組合托梁體由內(nèi)外套組成，內(nèi)外套通過十字銷軸在豎向螺桿處連接，內(nèi)套相對外套可相對滑動而不影響豎向高程。其主要技術(shù)參數(shù)見表1。新型嵌套式軌排現(xiàn)場應(yīng)用如圖3 所示。

表1 嵌套式軌排主要技術(shù)參數(shù)

圖3 新型嵌套式軌排

3.1.1 嵌套式軌排優(yōu)點

（1）嵌套式軌排將軌向調(diào)節(jié)方式更改為單側(cè)向的軌向調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整，同時，軌向調(diào)節(jié)螺桿具有軌向鎖定功能，無需繼續(xù)鎖定，方便快捷，施工速度快，調(diào)節(jié)精度高；

（2）嵌套式軌排通過托梁內(nèi)外套滑動的方式實現(xiàn)軌向調(diào)整，徹底顛覆此前軌道幾何形位調(diào)整的固有思維，將軌向與高程獨立調(diào)節(jié)，實現(xiàn)軌向與高程的調(diào)節(jié)互不干涉；

（3）配合智能化精調(diào)機的使用，該新型嵌套式無砟軌道排架大大縮短了道床施工中的精調(diào)工序施作時間。

3.1.2 嵌套式軌排缺點

（1）嵌套式軌排自重稍重，為后續(xù)響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，需優(yōu)化托梁結(jié)構(gòu)，壓縮鋼材使用量；

（2）嵌套式軌排加工及組裝工序復(fù)雜，下一步有必要優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低加工成本。

3.2 智能自動分枕平臺

智能自動分枕平臺是雙塊式無砟軌道施工軌排組裝工序的專用設(shè)備，其主要技術(shù)參數(shù)見表2，現(xiàn)場應(yīng)用如圖4、圖5 所示。分枕平臺采用自動控制模式，在操作前將軌枕間距輸入到程序當(dāng)中，使用時選擇需要的一種模式即可實現(xiàn)自動布枕。自動分枕機采用智能化控制，按預(yù)設(shè)軌排組裝模式自動分枕，以滿足高速鐵路路、橋、隧不同地段軌道結(jié)構(gòu)對軌枕間距要求，特別是橋梁地段為適應(yīng)不同梁段不同的軌枕布置需求。

表2 分枕平臺主要技術(shù)參數(shù)

圖4 智能化自動分枕平臺

圖5 智能化自動分枕平臺

3.2.1 分枕平臺優(yōu)點

（1）提供一種分枕平臺，避免人工直接在土工布上分枕，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化施工；

（2）實現(xiàn)軌枕自動分開目的，避免人工分枕需要密集勞動力；

（3）降低勞動強度，軌排組裝時采用專用吊具倒運軌枕，提高軌排組裝速度；

（4）分枕作業(yè)采用一鍵分枕，實現(xiàn)智能化施工。

3.2.2 分枕平臺缺點

（1）吊運軌枕落放至分枕平臺時，軌枕橫向定位容易卡主；

（2）電氣控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，控制精度未達(dá)到要求；

（3）自重較重，現(xiàn)場倒運不方便；

（4）軌排組裝時，軌枕橫向微調(diào)較費時。

3.3 智能軌排鋪裝機

智能鋪裝機是軌排運輸專用設(shè)備，配備軌排專用吊具，相比單梁門吊，鋪裝機在進(jìn)行軌排倒運時吊裝更加平穩(wěn)。鋪裝機主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 鋪裝機主要技術(shù)參數(shù)

3.3.1 鋪裝機優(yōu)點

（1）施工采用四點起吊方式，整個起吊過程較平穩(wěn)，且可實現(xiàn)單點點動和四點聯(lián)動功能；

（2）軌排鋪裝機大車走行系統(tǒng)和小車走行系統(tǒng)能夠控制軌排縱向和橫向位置度精調(diào)，保證了軌排落在分枕平臺上的精度，無需大量人工進(jìn)行粗調(diào)；

（3）施工物流組織有序，可配備兩臺鋪裝機，一臺用于空軌排的倒運，另一臺用于組合軌排的倒運，工序之間保持一定間距，保證工序之間作業(yè)的時間差，可大大提高施工的效率；

（4）鋪裝機拆除吊具后，還可作為普通門式起重機，可用于現(xiàn)場散裝物料的倒運。

3.3.2 鋪裝機缺點

（1）整機結(jié)構(gòu)自重較重，會對鋪裝機軌道底部支撐墻不利；

（2）功能較多，遙控器比較復(fù)雜，對操作人員有一定要求；

3.4 智能精調(diào)機

CRTSI 型雙塊式無砟軌道智能精調(diào)機主要適用于雙塊式無砟軌道施工精調(diào)作業(yè)。智能精調(diào)機通過數(shù)據(jù)地址讀取方式提取軌檢小車測量數(shù)據(jù)，通過CAN總線方式將精調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送至執(zhí)行機構(gòu)，見圖6 所示。其主要技術(shù)參數(shù)見表4。

圖6 軌排精調(diào)機

表4 智能精調(diào)機主要技術(shù)參數(shù)

智能精調(diào)機主要包括測量數(shù)據(jù)識別系統(tǒng)、精調(diào)系統(tǒng)、伺服執(zhí)行機構(gòu)及自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)軌道測量數(shù)據(jù)自動讀取，自動傳輸，滿足隨測隨調(diào)，無需反復(fù)調(diào)整。軌排智能精調(diào)軟件控制界面見圖7 所示。其中，為實現(xiàn)抽取軌檢小車測量數(shù)據(jù)，在測量數(shù)據(jù)窗口文字空白窗口數(shù)據(jù)輸入新建的施工測量窗口名稱；左軌、右軌和中心空白窗口會實時跟隨軌檢小車測量數(shù)據(jù)；精調(diào)作業(yè)時，可選擇一鍵精調(diào)或先高程精調(diào)后橫向精調(diào)作業(yè)模式[6-9]。

圖7 軌排精調(diào)機精調(diào)界面

3.4.1 智能精調(diào)機優(yōu)點

（1）精調(diào)軟件采用數(shù)據(jù)地址讀取技術(shù)，實時從數(shù)據(jù)庫中抽取測量數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的實時跟蹤，保證精調(diào)數(shù)據(jù)的正確率為100%；

（2）精調(diào)過程全部由電腦控制，無人為干擾，可實現(xiàn)軌排軌向和高程的自動精調(diào)，大幅降低工人的勞動強度；

（3）軌道幾何形位數(shù)據(jù)的調(diào)整由傳統(tǒng)的單點調(diào)整升級為多點調(diào)整，實現(xiàn)軌向和高程調(diào)整的多點聯(lián)動，精調(diào)效率高，軌道平順性好。

3.4.2 軌排精調(diào)機缺點（1）整機自重較重，對測量數(shù)據(jù)可能會發(fā)生干擾；（2）精調(diào)完畢后數(shù)據(jù)采集時，精調(diào)機暫時無法讀取測量數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行后續(xù)微調(diào)；

（3）由于加工精度和現(xiàn)場工況較復(fù)雜，現(xiàn)階段還未實現(xiàn)自動對位代替人工對位。

4 結(jié)束語

CRTSⅠ雙塊式無砟軌道智能化成套裝備在鄭萬高速鐵路無砟軌道建造成功應(yīng)用，極大地提高了高速鐵路無砟軌道施工質(zhì)量，推動了我國高速鐵路智能化建造水平。同時，針對成套設(shè)備存在的不足，需要進(jìn)一步借用新一代信息技術(shù)力量，為高速鐵路智能建造賦能，實現(xiàn)高速鐵路數(shù)字化、智能化和信息化建造目標(biāo)。