CRTSⅠ雙塊式無砟軌道智能化施工成套裝備研究

趙 博

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

1 工程概況

鄭萬高鐵全長818 km，設計時速350 km，起于鄭州，經過湖北、重慶，終點到達重慶萬州，是我國“八縱八橫”高鐵網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，為實現無砟軌道智能建造目標，提升無砟軌道施工質量，先后研發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工序進行針對性升級，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機[1-3]。

2 傳統雙塊式無砟軌道施工存在的主要問題

傳統雙塊式無砟軌道施工裝備存在人工散枕精度難控制、工序復雜、施工精度低后續維護成本高等問題。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，遠未達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，不滿足規范作業要求，同時分枕勞動強度高；人工精調人為因素干擾較大，精度難以保證，見圖1、圖2。

圖1 人工分枕

圖2 人工精調

在CRTSⅠ雙塊式無砟軌道施工中，分枕工序、粗鋪工序和精調工序是保證雙塊式無砟軌道施工質量的關鍵工序，這些工序需要大量人工參與，由于現場人工勞動素養參差不齊，施工質量無法有效保證。為實現以工裝保工藝、以工藝保質量，在關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

傳統雙塊式無砟道床施工采用組合式軌排框架施工，精調作業時軌向與高程調節相互干擾，鎖定工序繁瑣，且耗費了大量人工，精調質量及精調時間不可控，不僅降低了精調效率，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精度，研發了新型嵌套式軌排。新型嵌套軌排包括工具軌、組合托梁體、高低螺桿、防護墻固定座、鎖定裝置等組成。組合托梁體由內外套組成，內外套通過十字銷軸在豎向螺桿處連接，內套相對外套可相對滑動而不影響豎向高程。其主要技術參數見表1。新型嵌套式軌排現場應用如圖3 所示。

表1 嵌套式軌排主要技術參數

圖3 新型嵌套式軌排

3.1.1 嵌套式軌排優點

（1）嵌套式軌排將軌向調節方式更改為單側向的軌向調節螺桿調整，同時，軌向調節螺桿具有軌向鎖定功能，無需繼續鎖定，方便快捷，施工速度快，調節精度高；

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

（3）配合智能化精調機的使用，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，為后續響應國家節能減排的號召，需優化托梁結構，壓縮鋼材使用量；

（2）嵌套式軌排加工及組裝工序復雜，下一步有必要優化生產工藝，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備，其主要技術參數見表2，現場應用如圖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中，使用時選擇需要的一種模式即可實現自動布枕。自動分枕機采用智能化控制，按預設軌排組裝模式自動分枕，以滿足高速鐵路路、橋、隧不同地段軌道結構對軌枕間距要求，特別是橋梁地段為適應不同梁段不同的軌枕布置需求。

表2 分枕平臺主要技術參數

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，實現標準化、規范化施工；

（2）實現軌枕自動分開目的，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）分枕作業采用一鍵分枕，實現智能化施工。

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）電氣控制系統不穩定，控制精度未達到要求；

（3）自重較重，現場倒運不方便；

（4）軌排組裝時，軌枕橫向微調較費時。

3.3 智能軌排鋪裝機

智能鋪裝機是軌排運輸專用設備，配備軌排專用吊具，相比單梁門吊，鋪裝機在進行軌排倒運時吊裝更加平穩。鋪裝機主要技術參數見表3。

表3 鋪裝機主要技術參數

3.3.1 鋪裝機優點

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

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

（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，可用于現場散裝物料的倒運。

3.3.2 鋪裝機缺點

（1）整機結構自重較重，會對鋪裝機軌道底部支撐墻不利；

（2）功能較多，遙控器比較復雜，對操作人員有一定要求；

3.4 智能精調機

CRTSI 型雙塊式無砟軌道智能精調機主要適用于雙塊式無砟軌道施工精調作業。智能精調機通過數據地址讀取方式提取軌檢小車測量數據，通過CAN總線方式將精調數據發送至執行機構，見圖6 所示。其主要技術參數見表4。

圖6 軌排精調機

表4 智能精調機主要技術參數

智能精調機主要包括測量數據識別系統、精調系統、伺服執行機構及自動控制系統，實現軌道測量數據自動讀取，自動傳輸，滿足隨測隨調，無需反復調整。軌排智能精調軟件控制界面見圖7 所示。其中，為實現抽取軌檢小車測量數據，在測量數據窗口文字空白窗口數據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據；精調作業時，可選擇一鍵精調或先高程精調后橫向精調作業模式[6-9]。

圖7 軌排精調機精調界面

3.4.1 智能精調機優點

（1）精調軟件采用數據地址讀取技術，實時從數據庫中抽取測量數據，從而實現對測量數據的實時跟蹤，保證精調數據的正確率為100%；

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

（3）軌道幾何形位數據的調整由傳統的單點調整升級為多點調整，實現軌向和高程調整的多點聯動，精調效率高，軌道平順性好。

3.4.2 軌排精調機缺點（1）整機自重較重，對測量數據可能會發生干擾；（2）精調完畢后數據采集時，精調機暫時無法讀取測量數據，無法進行后續微調；

（3）由于加工精度和現場工況較復雜，現階段還未實現自動對位代替人工對位。

4 結束語

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用，極大地提高了高速鐵路無砟軌道施工質量，推動了我國高速鐵路智能化建造水平。同時，針對成套設備存在的不足，需要進一步借用新一代信息技術力量，為高速鐵路智能建造賦能，實現高速鐵路數字化、智能化和信息化建造目標。