付余，徐玉勝，張二海

（1. 杭州浙達(dá)精益機電技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310012；2. 中國鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計院，廣東 深圳 518000）

CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升設(shè)備方案設(shè)計

付余1，徐玉勝2，張二海2

（1. 杭州浙達(dá)精益機電技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310012；2. 中國鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計院，廣東 深圳 518000）

針對CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升現(xiàn)行工藝難以滿足當(dāng)前病害整治實際需求，提出應(yīng)引入現(xiàn)代化大型機械設(shè)備并研發(fā)與之配套的整治技術(shù)。在總結(jié)分析CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升及糾偏工藝存在問題的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)設(shè)計思路及方案：借助已獲得上道資質(zhì)的軌道車或牽引設(shè)備作為動力源，在其拖掛的平板車上集成軌道結(jié)構(gòu)整體抬升糾偏所需的機具和裝置，形成小編組以達(dá)到整治設(shè)備上道作業(yè)的最終目的。該方案未改變平板車原有性質(zhì)，無需經(jīng)過上道車輛的審批程序，可節(jié)省大量時間。

無砟軌道；整體抬升；糾偏；設(shè)備

0 引言

CRTSⅡ型無砟軌道是目前國內(nèi)高速鐵路鋪設(shè)里程最長的軌道結(jié)構(gòu)，開通運營數(shù)年后，因施工預(yù)壓期短、交叉工程施工和區(qū)域沉降等因素影響，部分線路的局部地段出現(xiàn)下沉現(xiàn)象[1-2]。當(dāng)沉降量產(chǎn)生的軌道不平順在扣件調(diào)整能力范圍內(nèi)時，通過扣件調(diào)高順坡的方式消除影響；一旦沉降量超出扣件的調(diào)整范圍，則需借助軌道抬升的手段加以整治[3-4]。目前，針對CRTSⅡ型無砟軌道的抬升方法是在底座板與基床表層之間填充高強發(fā)泡材料，借助材料反應(yīng)后產(chǎn)生的膨脹壓力實現(xiàn)軌道板結(jié)構(gòu)的抬升[5]。該方法已在京津城際、京滬高鐵、蘭新高鐵和廣深港高鐵等多條線路上得到成功應(yīng)用，并取得良好的治理效果。

然而，受高鐵“天窗點”維修制度的限制，現(xiàn)行工藝在應(yīng)用過程中暴露出現(xiàn)場安全管控難度大、作業(yè)質(zhì)量難以保持一致、作業(yè)效率低以及工人勞動強度大等諸多問題。究其根本原因，主要是傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式與高鐵要求實現(xiàn)“天窗點”內(nèi)快速養(yǎng)護(hù)維修之間的矛盾所致。要想在有限的施工“天窗”內(nèi)安全高效地完成作業(yè)任務(wù)，有必要參照既有線養(yǎng)護(hù)維修的成功經(jīng)驗，引入適用于CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升及糾偏的現(xiàn)代化大型機械設(shè)備，并開展與之配套的快速整治技術(shù)研究。借助大型設(shè)備的自動化、高效化和集成化優(yōu)勢，全面提升施工安全和作業(yè)質(zhì)量，在大幅提高作業(yè)效率的同時降低人工成本。

1 現(xiàn)行抬升糾偏工藝及存在問題

1.1 現(xiàn)行工藝

CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升糾偏現(xiàn)行工藝的作業(yè)流程見圖1[5-7]，大致可分為施工準(zhǔn)備工作、注膠抬升糾偏、軌道測量和軌道順坡4個步驟：（1）施工準(zhǔn)備主要是完成鉆孔、管線保護(hù)、安裝注膠管和安裝調(diào)試注膠設(shè)備等幾項工作；（2）注膠時按照先兩側(cè)邊孔封閉側(cè)縫，后中間孔抬升注膠，再通過邊孔注膠對軌道結(jié)構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)，整個過程需通過實時測量來調(diào)節(jié)注膠壓力、注膠量以控制軌道的抬升量；（3）注膠抬升作業(yè)前、中、后都需要對軌道高程、中線等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，以確保軌道幾何狀態(tài)不發(fā)生變化；（4）軌道結(jié)構(gòu)抬升后，通過調(diào)整扣件對線路進(jìn)行順坡，并在順坡結(jié)束后再次利用軌檢小車進(jìn)行復(fù)檢。

圖1 CRTSⅡ型無砟軌道抬升糾偏工藝流程

1.2 存在問題

（1）作業(yè)效率低，勞動強度大?，F(xiàn)行工藝的大部分作業(yè)流程都要依靠人工完成（見圖2），尤其是鉆孔工序費時費力，目前只能借助手持工具或小型設(shè)備施工，不僅作業(yè)效率低，且工人體力勞動繁重。

（2）作業(yè)質(zhì)量難以保持一致。鉆孔作業(yè)目前依靠人工利用手持工具完成，鉆孔的尺寸規(guī)格因工人的操作水平和習(xí)慣而難以保持一致，對后續(xù)的注膠作業(yè)質(zhì)量存在一定影響。

（3）現(xiàn)場安全管控難度大，人工成本高。無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升這類施工在高鐵維修中屬大修范疇，不僅工藝復(fù)雜、流程多，而且往往為了加快施工進(jìn)度和充分利用有限的施工“天窗”，動輒就會出現(xiàn)超過百人同時上道作業(yè)的現(xiàn)象（見圖3），加大了現(xiàn)場安全的管控難度。此外，人工成本較高，施工企業(yè)利潤較低。

圖2 現(xiàn)場人工鉆孔

圖3 超過百名工人在現(xiàn)場作業(yè)

2 抬升設(shè)備的方案設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

根據(jù)中國鐵路總公司對上道設(shè)備的管理規(guī)定，自帶動力的設(shè)備上道作業(yè)必須通過審批，程序繁瑣且周期長。為了簡化審批環(huán)節(jié)，設(shè)計方案的整體思路是借助已獲得上道資質(zhì)的軌道車或牽引設(shè)備作為動力源，在其拖掛的平板車上集成軌道結(jié)構(gòu)整體抬升糾偏所需的機具和裝置，形成小編組來達(dá)到整治設(shè)備上道作業(yè)的最終目的。

影響作業(yè)效率的“瓶頸”主要體現(xiàn)在鉆孔環(huán)節(jié)，以處理一段60 m沉降區(qū)間為例，注膠孔和封閉孔的總數(shù)將近70個，人工鉆孔不僅效率低，而且各個鉆孔的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)難以保持一致，鉆孔過程中經(jīng)常出現(xiàn)的卡鉆現(xiàn)象也會使作業(yè)效率大打折扣。此外，施工監(jiān)測同樣依靠人工完成，為確保注膠不會對軌道幾何狀態(tài)產(chǎn)生影響，注膠作業(yè)前、中、后都需采用電子水準(zhǔn)儀對線路的軌距、水平、方向和高低參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測，不僅環(huán)節(jié)多，而且由不同的作業(yè)組承擔(dān)注膠和監(jiān)測作業(yè)，不利于信息的及時傳遞和反饋。鑒于上述問題，嘗試從鉆孔和監(jiān)測2個環(huán)節(jié)入手，充分利用設(shè)備的機械化、集成化優(yōu)勢提升作業(yè)效率，從而達(dá)到快速整治的目的。

2.2 設(shè)計方案

為避免鉆孔、注膠等作業(yè)工序的相互干擾，方案采用模塊化的設(shè)計理念，即按照CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升的作業(yè)流程將整治設(shè)備劃分為3個主要功能模塊：鉆孔車、注膠車和監(jiān)測系統(tǒng)。為了提高設(shè)備的集成化程度，監(jiān)測系統(tǒng)將安置在注膠車上（見圖4、圖5）。

2.2.1 工作原理

（1）當(dāng)軌道車牽引載有鉆孔車和注膠車的平板車抵達(dá)作業(yè)現(xiàn)場后，鉆孔車和注膠車首先通過導(dǎo)軌裝置自行下滑至軌道后，軌道車牽引平板車駛離作業(yè)區(qū)。作業(yè)車上、下平板車示意見圖6。

（2）鉆孔車行駛到作業(yè)位置后，作業(yè)車兩側(cè)的夾持裝置在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下夾緊底座板兩側(cè)，使其保持固定。

（3）鉆孔時，注膠孔和封閉孔分別由安裝在鉆孔車兩側(cè)的傾斜排鉆和中間的垂直排鉆完成，完成一組鉆孔后，電機驅(qū)動鉆孔車自動行走至下一組孔位實施鉆孔作業(yè)，如此往復(fù)。電機驅(qū)動示意見圖7。

（4）鉆孔車完成一組鉆孔任務(wù)后，注膠車下管對封閉孔注膠密封，一次可完成14個孔的注膠作業(yè)，之后進(jìn)入下一組孔位，再完成下一批封閉孔的注膠密封，如此往復(fù)。

圖4 鉆孔車、注膠車三維效果圖

圖5 集成在注膠車上的監(jiān)測系統(tǒng)

圖6 作業(yè)車上、下平板車示意圖

圖7 電機驅(qū)動示意圖

（5）完成所有封閉孔的注膠后，注膠車返回初始作業(yè)點，通過中間注膠孔實施注膠抬升。在整個注膠過程中，集成在注膠車上的監(jiān)測系統(tǒng)將根據(jù)工務(wù)部門預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)對線路的軌距、水平、方向和高低參數(shù)等進(jìn)行實時監(jiān)測，并實現(xiàn)與注膠量和注膠壓力的聯(lián)動。當(dāng)線路參數(shù)變化接近設(shè)定值時，注膠裝置將通過降低注膠壓力減小注膠量或停止注膠，從而避免人工操作存在的精準(zhǔn)性、不確定性差等問題。

2.2.2 方案特點

（1）鉆孔車和注膠車依靠由軌道車牽引的平板車到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場，進(jìn)場后通過平板車上的起落板導(dǎo)軌裝置下放至軌道上開始作業(yè)，作業(yè)完成后以同樣方式返回平板車駛離現(xiàn)場。該方案未改變平板車原有性質(zhì)，無需經(jīng)過上道車輛的審批程序，可節(jié)省大量時間，且基本不損耗天窗時間，方便快捷。

（2）作業(yè)過程中，按工藝要求需要，首先對兩側(cè)封閉孔注膠，之后再返回起始作業(yè)點實施注膠抬升。由于兩作業(yè)車完成各自任務(wù)所需時間不同，實行單獨控制有利于形成流水作業(yè)，提高作業(yè)效率。

（3）將鉆孔車和注膠車設(shè)置為不同的功能模塊，可有效避免鉆孔過程中產(chǎn)生的振動或擺動對監(jiān)測系統(tǒng)的影響甚至損害。

2.3 與現(xiàn)行整治方法比較

（1）鉆孔車采用排鉆設(shè)計，一次即可完成2個中間孔和4個邊孔的鉆設(shè)，可以保證鉆孔質(zhì)量的一致性，在大幅提高作業(yè)效率和質(zhì)量的同時還可減少人工用量，節(jié)省人工成本。

（2）注膠車上除集注膠機、空壓機用于注膠和吹孔之外，還兼有運輸材料的作用。作業(yè)車的自行走功能可方便地將材料運至各作業(yè)工點，大大減輕工人的作業(yè)負(fù)擔(dān)。

（3）注膠車上集成的自動監(jiān)測系統(tǒng)可對注膠抬升作業(yè)前、中、后的軌道幾何參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，有效保證軌道幾何狀態(tài)的安全性。此外，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)與注膠設(shè)備的聯(lián)動，即通過反饋的測量數(shù)據(jù)對注膠壓力和注膠量等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行控制，確保施工作業(yè)不會對軌道結(jié)構(gòu)造成影響。

3 結(jié)論與展望

（1）依靠傳統(tǒng)人工作業(yè)方式對無砟軌道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修已難以適應(yīng)當(dāng)前高鐵快速發(fā)展的需要，參照既有線大型養(yǎng)路機械的發(fā)展歷程可知，采用現(xiàn)代化大型機械施工取代人工作業(yè)已成為高鐵病害整治的研究方向。唯有借助大型設(shè)備的機械化、自動化和集成化優(yōu)勢，才能從根本上解決無砟軌道病害整治中存在的施工質(zhì)量差、作業(yè)效率低和勞動強度大等問題。

（2）針對CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升現(xiàn)行整治措施中存在的問題，從制約作業(yè)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，提出采用專用整治設(shè)備解決問題的設(shè)計思路，并給出設(shè)計方案。

（3）雖然給出CRTSⅡ型無砟軌道結(jié)構(gòu)抬升設(shè)備的初步設(shè)計方案，但開展此類研究的最終目的是要將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，即研制出能夠真正實現(xiàn)病害快速整治的作業(yè)設(shè)備。因此，下一步將依托已取得的研究成果，通過與軌道車廠家的密切合作，力爭在短期內(nèi)加工制造出病害整治樣車，并在完成試驗段測試的基礎(chǔ)上盡快實現(xiàn)設(shè)備的上道作業(yè)。

[1] 王五一，楊金元. 技術(shù)創(chuàng)新的注膠法整治鐵路無砟軌道道床下沉技術(shù)研究[N]. 科技日報，2014-10-27(12).

[2] 胡偉松. 京津城際鐵路沉降現(xiàn)狀分析及應(yīng)對策略[J].科技資訊，2014(4)：90-91.

[3] 陳一脈. CRTS-II型板式無砟軌道抬板維修方案研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2014.

[4] 鄭新國，劉競，李書明，等．高速鐵路沉降無砟軌道結(jié)構(gòu)注漿整體抬升修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 鐵道建筑，2015(1)：93-97.

[5] 張國全．高速鐵路無砟軌道整體抬升技術(shù)探析[J].山西建筑，2016(6)：139-141.

[6] 中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所. CRTS-II型板式無砟軌道沉降注膠抬升修復(fù)技術(shù)研究報告[R].北京，2013.

[7] 黃家聰，陳一脈，陳浩，等. 抬板法在CRTSⅡ型板式無砟軌道維修中的應(yīng)用[J]. 中國鐵路，2015(8)：78-81.

責(zé)任編輯 李葳

Scheme Design for Structure Uplifting Equipment of CRTSⅡ Type Ballastless Tracks

FU Yu1，XU Yusheng2，ZHANG Erhai2
（1. Hangzhou Zheda Jingyi Electromechanical Technology Co Ltd，Hangzhou Zhejiang 310012，China；2. Shenzhen Research and Design Institute，China Academy of Railway Sciences，Shenzhen Guangdong 518000，China）

To address the problem that the existing structure uplifting process of CRTSⅡ ballastless tracks is unable to satisfy the actual needs of current damage renovation, it is proposed in this article to introduce large advanced machinery and equipment and develop supporting technologies of damage renovation. After summarizing and analyzing the problems existing in structure uplifting and deviation rectification process of CRTS? type ballastless tracks, the corresponding design idea and scheme is put forward: take rail cars or traction devices qualif ed for on-track operation as the power producer, and integrate the machines, tools and devices required for the overall uplifting and deviation rectification of track structures on the flatbed trailer driven by them to form a small marshalling for the f nal purpose of putting the rectif cation equipment into on-track operation The original attribute of the f atbed trailer has not been changed in this scheme. Thus it does not need to go through the examination and approval procedures of vehicles which are about to run on tracks and can save a lot of time.

ballastless tracks；overall uplifting；deviation rectif cation；equipment

U213.2

A

1001-683X（2017）04-0072-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.072

2017-01-13

中國鐵道科學(xué)研究院科技研究開發(fā)計劃項目（1451SZ6604）

付余（1980—），男，工程師，本科。E-mail：13157188293@126.com