SQS-300型隧道橋梁清篩車技術方案及應用

高春雷 徐其瑞 張寶明 陳斌 邢磊 何國華

1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中國國家鐵路集團有限公司工電部，北京 100084；3.中國鐵建高新裝備股份有限公司，昆明 650215；4.金鷹重型工程機械股份有限公司，湖北襄陽 441000

我國正線鐵路路基及部分橋梁地段廣泛采用大型養路機械對有砟軌道進行養護維修。部分橋梁及隧道受內部輪廓的制約，國內現有清篩車無法進行機械化清篩，主要依靠人工作業。由于施工人數多，作業人員組成復雜，管理困難，安全生產隱患大，且人工清篩不徹底、不均勻，如遇板結嚴重地段，人員不能及時展開作業。另外，在隧道內進行機械化清篩作業時受通風、除塵、發動機尾氣排放等技術條件的限制，施工環境差，危害作業人員健康，是目前線路機械化大中修作業的盲區，成為制約機械化維修的最大瓶頸。

我國現有鋪設有砟軌道的單線隧道7 000余座，全長約4 876 km。其中隧道內坡度s≤6‰的線路長為2 555 km，占52.3%；6‰＜s≤12‰、12‰＜s≤20‰、20‰＜s≤24‰的線路分別為1 662、558、81 km，s≤24‰的線路占99.6%；s＞24‰的線路僅20 km。

隧道中枕木端至側溝或電纜槽的空間可供清篩車進行作業，其橫向距離即清篩車作業面寬度，決定了可選用的清篩車挖掘寬度。對武漢局、西安局、廣州局、昆明局四個鐵路局集團公司管內單線隧道數據進行匯總，其清篩車作業面寬度可匹配不同挖掘寬度清篩車的單線隧道長度及占比見表1。

表1 匹配不同挖掘寬度清篩車的單線隧道長度及占比

我國現有鋪設有砟軌道的橋梁包括單線鐵路橋梁和雙線鐵路橋梁，其中雙線鐵路橋梁和2005年以后修建的單線鐵路橋梁（道砟槽頂面外緣寬度為4.9 m）中清篩車作業面寬度不受限。2005年以前修建的橋梁道砟槽頂面外緣寬度為3.9 m，現有29 066座，總長2 537 763 m，占全路單線鐵路橋梁總長的15.4%。

我國現有清篩車主要有中型清篩車、大型清篩車、邊坡清篩車和道岔清篩車，只能清篩正線和部分道岔區線路。其中可用于線路清篩的QS-450型清篩車最大、最小挖掘寬度分別為4 200、3 900 mm，作業效率450 m3/h；QS-650型清篩車最大、最小挖掘寬度分別為5 030、4 030 mm，作業效率650 m3/h［1］。國內外沒有專用于清篩隧道、橋梁的清篩車。

由于現有線路清篩車均不適用于作業面寬度小于3 900 mm的線路，須研制新型清篩車來進行隧道、橋梁線路的道床清篩。綜合考慮全路隧道、橋梁整體技術參數和清篩車結構布置，將隧道橋梁清篩車的最小挖掘寬度定為Ⅱ型枕3 100 mm、Ⅲ型枕3 200 mm，作業坡度定為24‰，這樣就能夠清篩采用現有清篩車無法清篩的55.72%的單線隧道（作業面寬度3 100～3 900 mm）和15.4%的單線鐵路橋梁（道砟槽頂面外緣寬度3.9 m）。據此，中國鐵道科學研究院集團有限公司聯合主機制造企業通過數值仿真和簡統化設計，研制出適合于國內施工組織模式、滿足國內鐵路隧道橋梁機械化清篩要求的SQS-300型隧道橋梁清篩車。

1 技術方案

SQS-300型隧道橋梁清篩車主要用于作業空間較小的隧道、橋梁等有砟線路機械化清篩作業，也可用于站線清篩。作業時無需拆解道床上部鋼軌與軌枕，通過軌枕下的挖掘扒鏈將已臟污的道砟挖起，并將篩分后的潔凈道砟回填至道床，污土則通過污土輸送帶拋送到線路一側或與清篩車連掛的物料運輸車上。

SQS-300型隧道橋梁清篩車主要功能包括道砟挖掘、輸送、篩分、儲存、回填，前后起撥道，作業后線路橫平調整，排風，降塵，發動機尾氣凈化等。整車采用液壓驅動的方式，由車體、走行系統、挖掘裝置、篩分裝置、主輔起撥道裝置、道砟輸送系統、排水溝挖掘裝置、風機、噴淋裝置等組成。主要技術參數見表2。

表2 SQS-300型隧道橋梁清篩車主要技術參數

根據挖掘裝置的不同，SQS-300型隧道橋梁清篩車有傾斜式和垂直式兩種，分別采用傾斜式挖掘裝置和垂直式挖掘裝置，如圖1所示。

圖1 SQS-300型隧道橋梁清篩車結構示意

2 創新性功能與特點

1）挖掘寬度小，適應性更廣，實現了挖掘寬度較小的隧道、橋梁等有砟線路機械化清篩作業，填補了該領域的空白。

2）采用簡統化設計。

3）首創的垂直式挖掘裝置采用扒板方向與連接銷軸平行的特殊扒鏈結構，傾斜式挖掘裝置通過降低挖掘裝置作業時的傾斜角度并將導輪及拐角導槽枕底放置，減小了挖掘寬度［2］，最小挖掘寬度3 100 mm（Ⅱ型枕）、3 200 mm（Ⅲ型枕）。

4）挖掘深度可在軌枕底面以下200～300 mm內調整，并配有顯示挖掘深度的監視裝置。

5）垂直式挖掘車采用落砟斗和潔砟帶進行儲砟，傾斜式挖掘車采用就地回填加擺動回填輸送帶的方式，大幅減少了人工輔助，縮短了輔助作業時間。

6）研制的具有自動控制功能的主輔起撥道裝置，可進行線路挖掘前后起撥道作業，配合橫平測量及里程測量裝置、分砟犁與回填裝置，保障篩后道砟均勻地回填到線路鋼軌兩側以及軌道中心的位置，解決了堆砟問題，實現作業后線路水平和軌向良好。起撥道裝置起撥道能力強，能夠在不拆除護軌的情況下進行起道和撥道作業。

7）研制了適用于橋梁兩側排水溝區域道砟挖掘的排水溝挖掘裝置，可挖掘和疏通排水溝槽道砟。

8）設計水霧噴淋裝置，改善現場作業環境［3］。

9）研制了通風裝置和發動機尾氣凈化裝置，使施工時隧道內的發動機尾氣排放減少，提高清篩車后部施工區域空氣質量，改善施工人員工作環境［4-5］。

10）具有完全自主知識產權的分布式網絡控制系統，具有設備狀態監測及報警、各系統參數顯示等智能化控制功能。

3 施工組織方案

3.1 隧道機械化清篩施工組織方案

在隧道內進行清篩作業時，主要工程內容包括灑水降塵、通風排毒、施工輔助照明、機械清篩道床、大型養路機械搗固及穩定、棄土（棄料）倒運整理、擰緊扣件、方正軌枕、撤除墊板、補充石砟、整理道床等。另外，協助單位負責探挖道床內隱蔽設備、管線以及拆除安裝有礙施工的既有設施設備［6］。

機械清篩設備基本編組順序為：（軌道車1+灑水車）+（風機平板車1+物料運輸車1+物料運輸車2+物料運輸車3+SQS-300型隧道橋梁清篩車）+搗固車+動力穩定車+（風機平板車2+軌道車2）。其中括號內表示一組不可拆分的固定編組。

對于1 000～2 000 m的中長隧道，需要增加風機數量，編組為：（軌道車1+灑水車）+（風機平板車1+物料運輸車1+物料運輸車2+物料運輸車3+SQS-300型隧道橋梁清篩車）+搗固車+（動力穩定車+風機平板車2）+（風機平板車3+軌道車2）。

對于3 000～6 000 m及以上的長隧道，根據隧道長度，風機數量進一步增加。編組為：（軌道車1+灑水車）+（風機平板車1+風機平板車2+軌道車2）+（風機平板車3+物料運輸車1+物料運輸車2+物料運輸車3+SQS-300型隧道橋梁清篩車）+搗固車+（動力穩定車+風機平板車4）+（風機平板車5+軌道車3）+（風機平板車6+軌道車4）。

3.2 橋梁機械化清篩施工組織方案

在橋梁上進行清篩作業時，主要工程內容包括橋梁狀態勘察、機械清篩道床、大型養路機械搗固及穩定、棄土（棄料）倒運整理、擰緊扣件、方正軌枕、撤除墊板、補充石砟、整理道床等。另外，協助單位負責探挖道床內隱蔽設備、管線以及拆除安裝有礙施工的既有設施設備。

機械清篩設備編組為：軌道車+（物料運輸車1+物料運輸車2+物料運輸車3+SQS-300型隧道橋梁清篩車）+搗固車+動力穩定車。

4 現場應用

2021年1月25日，在成都局成昆線新莊隧道利用SQS-300型垂直式隧道橋梁清篩車進行了清篩作業，如圖2所示。作業區段線路板結嚴重。最小挖掘寬度3 200 mm（Ⅲ型枕），挖掘深度為枕下200 mm；作業里程204 m，歷時90 min，作業效率300 m3/h。整車作業性能穩定。

圖2 隧道內清篩作業現場

2020年12月至2021年5月，先后在西安局襄渝線、太原局大秦線利用SQS-300型傾斜式隧道橋梁清篩車開展清篩作業，如圖3（a）所示，共清篩橋梁上線路超過10 km。2020年12月至2021年5月，先后在成都局成昆線、太原局大秦線利用SQS-300型垂直式隧道橋梁清篩車開展清篩作業，如圖3（b）所示，共清篩橋梁上線路約5 km。橋梁上清篩時最小挖掘寬度為3 200 mm（Ⅲ型枕），挖掘深度為枕下200 mm，作業效率300 m3/h。整車作業性能穩定。

圖3 橋梁上清篩作業現場

排水溝挖掘裝置松砟作業現場如圖4所示。該裝置能夠對排水溝槽道砟進行挖掘和疏通，減少人工挖掘工作量。

圖4 排水溝挖掘裝置松砟作業

投入應用一年多以來，SQS-300型傾斜式隧道橋梁清篩車運行里程11 160 km，作業時間113 h；SQS-300型垂直式隧道橋梁清篩車運行里程10 326 km，作業時間233 h。通過解體檢查，樣車技術狀態正常，整車及關鍵零部件性能良好，滿足運用要求，運用考核和解體檢查合格。

5 結語

為解決既有線隧道橋梁機械化清篩難題而研制的SQS-300型隧道橋梁清篩車可實現作業面寬度較小的隧道、橋梁等有砟線路的機械化清篩作業。該清篩車最小挖掘寬度為3 100 mm（Ⅱ型枕）、3 200 mm（Ⅲ型枕）。采用道砟綜合回填技術，大幅減少了人工輔助，縮短了輔助作業時間。設計了具有自動控制功能的主輔起撥道裝置，可進行線路挖掘前后起撥道作業，配合橫平測量及里程測量裝置、分砟犁與回填裝置，實現了作業后線路水平和軌向良好。設計了排水溝挖掘裝置，實現了橋梁兩側排水溝槽道砟的挖掘和疏通。通過水霧噴淋、發動機尾氣凈化、通風裝置，改善了現場作業環境。

經現場應用結果表明，鐵路隧道橋梁線路機械化清篩施工組織方案合理可行，車輛性能良好。新型隧道橋梁清篩車的成功研制，填補了目前線路機械化大修隧道、橋梁清篩作業的空白，進一步提升了我國養路機械技術裝備水平，有助于提高線路維修質量，保障鐵路運輸安全。