鐵路隧道橋梁機械化清篩作業裝備研究

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

有砟軌道養護主要包括清篩、搗固、穩定、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）廣泛采用大型養路機械對有砟軌道進行養護維修[1]。

但是既有線部分橋梁和隧道，尤其是隧道，因其內部輪廓的限制，可用作業空間狹小，國內現有清篩機不能進入作業。目前國內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，由于施工人數大，作業人員組成復雜，組織困難，生產安全隱患大，同時人工隧道橋梁清篩還存在著作業環境差、作業效率低及作業質量難以保證的問題，隧道橋梁清篩是目前線路機械化大中修作業的空白點和盲區，既有線隧道橋梁清篩已經成為制約機械化維修的最大瓶頸。

基于既有線隧道橋梁養護現狀，深入既有線隧道橋梁線路機械化養修作業關鍵技術研究，研究適合國內施工組織模式、滿足國內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量和養路機械技術裝備水平，具有重要的科學意義和工程價值。

2 國內外隧道橋梁機械清篩的現狀

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，需要較長輔助作業時間，不適合目前中國鐵路利用“天窗”作業模式。國外還沒有專門開發適應我國國內隧道橋梁清篩作業的清篩機。

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基礎上改制有SQS300清篩機 （該機還不成熟，僅生產了樣機），襄樊金鷹有QS450型清篩機，該機型最小挖掘寬度3 500 mm，可以適應于一小部分隧道清篩，但是大部分隧道還是不能清篩。因此，目前國內外專屬隧道清篩機械尚屬于空白[2]。

3 國內既有線隧道橋梁調研

通過對武漢、昆明、成都、西安、太原局走訪及京九線隧道、大秦線隧道調研，得出以下結論：

（1）根據鐵建設〔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空間要求；

（2）現有的清篩機軌枕下底梁的挖掘方式不能適應既有線隧道內作業，必須設計一種其他形式的挖掘方式來適應隧道內清篩作業；

（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，應主要以曲墻襯砌空間尺寸為設計依據[3]；

（4）采用既有清篩機可以清篩機挖掘寬度3 900 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寬度設定為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寬度設定為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，全路標準軌距鐵路共有橋梁48 905座、1 263 804延長米，1990年后建設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，隨著鐵路大規模建設的開展，橋梁占比達到了41.5%；截至2012年年底，全路標準軌距鐵路共有涵渠158 327座、3 690 260延長米，1990年以后建設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，現有清篩機可以清篩作業；

（8）道砟槽頂面外緣寬3.9 m的單線鐵路橋梁，現有清篩機不能作業，挖掘寬度3 100 mm的挖掘裝置可以進入作業；

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

4 必要的前期試驗研究

依據鐵路總公司科技研究開發計劃2013G007-B既有線隧道內線路機械化養護作業關鍵技術研究課題，鐵建裝備開始研制一種能適應狹窄作業空間的挖掘裝置，該挖掘裝置采用垂直式布局，具有完全自主知識產權，突破了奧地利PLASSER公司傾斜式布局的清篩挖掘作業專利保護。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計合理，各動作部件動作靈活，挖掘效率能滿足設計要求，各部位結構強度符合作業要求。

5 隧道橋梁機械化作業裝備研究

5.1 任務來源

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

圖3 現場隧道調研

圖4 挖掘裝置作業試驗

5.2 設計方案

隧道橋梁清篩車由單機構成，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動的方式。司機室空調、電熱玻璃、增壓除塵裝置、射流風機由發電機組供電直接驅動。整機主要由車架、污土帶、旋轉污土輸送帶、測量裝置、轉向架、噴淋系統、振動篩、混砟輸送帶、作業司機室、潔砟輸送帶、挖掘裝置、主起撥道裝置、柴油箱及供油系統、液壓油箱、動力系統、動力間、功能間、輔助起撥道及分砟犁、輔助發電機組、風機系統、排水溝挖掘裝置等組成。隧道橋梁清篩車具有篩分功能，能夠將挖掘出的臟污石砟篩分處理，篩分后滿足要求的石砟進行回填。

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，能適應隧道和橋梁上的狹窄作業空間，最小挖掘寬度3 100 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，可以檢測挖掘導槽距枕木端頭的距離，防止作業過程中導槽碰到枕木端頭；挖掘深度能調整，自軌枕底面向下200～300 mm，并配有顯示挖掘深度的監視裝置；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、降導槽的導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，可以為振動篩調平及輔助起撥道裝置起道提供數據；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,防止出現反超高；配有排水溝挖掘裝置，實現橋梁兩側排水溝區域的道砟挖掘，恢復道床排水性能；配有風機系統，實現通風換氣，改善作業環境，緊急著火時實現排煙的目的。

圖5 隧道橋梁清篩車整車結構組成

5.4 運用情況

隧道橋梁清篩車已完成樣車試制，在廠內進行了挖掘作業試驗，試驗表明各工作裝置、各系統工作可靠，性能良好，挖掘寬度、挖掘深度及挖掘效率滿足設計要求。接下來將到用戶現場線路上進一步試驗考核。

圖6 隧道橋梁清篩車作業試驗

6 結語

隧道橋梁清篩車是一種結構復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性的工作，但是樣車的試制成功只是第一步，后續還需要對隧道清篩車不斷優化改進。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機械化作業，提高我國鐵路線路維修質量和養路機械技術裝備水平，為鐵路安全運營提供可靠保證。