高春雷 徐其瑞 張寶明 陳斌 邢磊 何國(guó)華

1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工電部，北京 100084；3.中國(guó)鐵建高新裝備股份有限公司，昆明 650215；4.金鷹重型工程機(jī)械股份有限公司，湖北襄陽(yáng) 441000

我國(guó)正線(xiàn)鐵路路基及部分橋梁地段廣泛采用大型養(yǎng)路機(jī)械對(duì)有砟軌道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。部分橋梁及隧道受內(nèi)部輪廓的制約，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有清篩車(chē)無(wú)法進(jìn)行機(jī)械化清篩，主要依靠人工作業(yè)。由于施工人數(shù)多，作業(yè)人員組成復(fù)雜，管理困難，安全生產(chǎn)隱患大，且人工清篩不徹底、不均勻，如遇板結(jié)嚴(yán)重地段，人員不能及時(shí)展開(kāi)作業(yè)。另外，在隧道內(nèi)進(jìn)行機(jī)械化清篩作業(yè)時(shí)受通風(fēng)、除塵、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放等技術(shù)條件的限制，施工環(huán)境差，危害作業(yè)人員健康，是目前線(xiàn)路機(jī)械化大中修作業(yè)的盲區(qū)，成為制約機(jī)械化維修的最大瓶頸。

我國(guó)現(xiàn)有鋪設(shè)有砟軌道的單線(xiàn)隧道7 000余座，全長(zhǎng)約4 876 km。其中隧道內(nèi)坡度s≤6‰的線(xiàn)路長(zhǎng)為2 555 km，占52.3%；6‰＜s≤12‰、12‰＜s≤20‰、20‰＜s≤24‰的線(xiàn)路分別為1 662、558、81 km，s≤24‰的線(xiàn)路占99.6%；s＞24‰的線(xiàn)路僅20 km。

隧道中枕木端至側(cè)溝或電纜槽的空間可供清篩車(chē)進(jìn)行作業(yè)，其橫向距離即清篩車(chē)作業(yè)面寬度，決定了可選用的清篩車(chē)挖掘?qū)挾?。?duì)武漢局、西安局、廣州局、昆明局四個(gè)鐵路局集團(tuán)公司管內(nèi)單線(xiàn)隧道數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，其清篩車(chē)作業(yè)面寬度可匹配不同挖掘?qū)挾惹搴Y車(chē)的單線(xiàn)隧道長(zhǎng)度及占比見(jiàn)表1。

表1 匹配不同挖掘?qū)挾惹搴Y車(chē)的單線(xiàn)隧道長(zhǎng)度及占比

我國(guó)現(xiàn)有鋪設(shè)有砟軌道的橋梁包括單線(xiàn)鐵路橋梁和雙線(xiàn)鐵路橋梁，其中雙線(xiàn)鐵路橋梁和2005年以后修建的單線(xiàn)鐵路橋梁（道砟槽頂面外緣寬度為4.9 m）中清篩車(chē)作業(yè)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(xiàn)有29 066座，總長(zhǎng)2 537 763 m，占全路單線(xiàn)鐵路橋梁總長(zhǎng)的15.4%。

我國(guó)現(xiàn)有清篩車(chē)主要有中型清篩車(chē)、大型清篩車(chē)、邊坡清篩車(chē)和道岔清篩車(chē)，只能清篩正線(xiàn)和部分道岔區(qū)線(xiàn)路。其中可用于線(xiàn)路清篩的QS-450型清篩車(chē)最大、最小挖掘?qū)挾确謩e為4 200、3 900 mm，作業(yè)效率450 m3/h；QS-650型清篩車(chē)最大、最小挖掘?qū)挾确謩e為5 030、4 030 mm，作業(yè)效率650 m3/h［1］。國(guó)內(nèi)外沒(méi)有專(zhuān)用于清篩隧道、橋梁的清篩車(chē)。

由于現(xiàn)有線(xiàn)路清篩車(chē)均不適用于作業(yè)面寬度小于3 900 mm的線(xiàn)路，須研制新型清篩車(chē)來(lái)進(jìn)行隧道、橋梁線(xiàn)路的道床清篩。綜合考慮全路隧道、橋梁整體技術(shù)參數(shù)和清篩車(chē)結(jié)構(gòu)布置，將隧道橋梁清篩車(chē)的最小挖掘?qū)挾榷棰蛐驼? 100 mm、Ⅲ型枕3 200 mm，作業(yè)坡度定為24‰，這樣就能夠清篩采用現(xiàn)有清篩車(chē)無(wú)法清篩的55.72%的單線(xiàn)隧道（作業(yè)面寬度3 100～3 900 mm）和15.4%的單線(xiàn)鐵路橋梁（道砟槽頂面外緣寬度3.9 m）。據(jù)此，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司聯(lián)合主機(jī)制造企業(yè)通過(guò)數(shù)值仿真和簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)，研制出適合于國(guó)內(nèi)施工組織模式、滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)鐵路隧道橋梁機(jī)械化清篩要求的SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)。

1 技術(shù)方案

SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)主要用于作業(yè)空間較小的隧道、橋梁等有砟線(xiàn)路機(jī)械化清篩作業(yè)，也可用于站線(xiàn)清篩。作業(yè)時(shí)無(wú)需拆解道床上部鋼軌與軌枕，通過(guò)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(guò)污土輸送帶拋送到線(xiàn)路一側(cè)或與清篩車(chē)連掛的物料運(yùn)輸車(chē)上。

SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)主要功能包括道砟挖掘、輸送、篩分、儲(chǔ)存、回填，前后起撥道，作業(yè)后線(xiàn)路橫平調(diào)整，排風(fēng)，降塵，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化等。整車(chē)采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式，由車(chē)體、走行系統(tǒng)、挖掘裝置、篩分裝置、主輔起撥道裝置、道砟輸送系統(tǒng)、排水溝挖掘裝置、風(fēng)機(jī)、噴淋裝置等組成。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)挖掘裝置的不同，SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)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(chē)結(jié)構(gòu)示意

2 創(chuàng)新性功能與特點(diǎn)

1）挖掘?qū)挾刃。m應(yīng)性更廣，實(shí)現(xiàn)了挖掘?qū)挾容^小的隧道、橋梁等有砟線(xiàn)路機(jī)械化清篩作業(yè)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。

2）采用簡(jiǎn)統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

3）首創(chuàng)的垂直式挖掘裝置采用扒板方向與連接銷(xiāo)軸平行的特殊扒鏈結(jié)構(gòu)，傾斜式挖掘裝置通過(guò)降低挖掘裝置作業(yè)時(shí)的傾斜角度并將導(dǎo)輪及拐角導(dǎo)槽枕底放置，減小了挖掘?qū)挾龋?］，最小挖掘?qū)挾? 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(nèi)調(diào)整，并配有顯示挖掘深度的監(jiān)視裝置。

5）垂直式挖掘車(chē)采用落砟斗和潔砟帶進(jìn)行儲(chǔ)砟，傾斜式挖掘車(chē)采用就地回填加擺動(dòng)回填輸送帶的方式，大幅減少了人工輔助，縮短了輔助作業(yè)時(shí)間。

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

7）研制了適用于橋梁兩側(cè)排水溝區(qū)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(shè)計(jì)水霧噴淋裝置，改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境［3］。

9）研制了通風(fēng)裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化裝置，使施工時(shí)隧道內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放減少，提高清篩車(chē)后部施工區(qū)域空氣質(zhì)量，改善施工人員工作環(huán)境［4-5］。

10）具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、各系統(tǒng)參數(shù)顯示等智能化控制功能。

3 施工組織方案

3.1 隧道機(jī)械化清篩施工組織方案

在隧道內(nèi)進(jìn)行清篩作業(yè)時(shí)，主要工程內(nèi)容包括灑水降塵、通風(fēng)排毒、施工輔助照明、機(jī)械清篩道床、大型養(yǎng)路機(jī)械搗固及穩(wěn)定、棄土（棄料）倒運(yùn)整理、擰緊扣件、方正軌枕、撤除墊板、補(bǔ)充石砟、整理道床等。另外，協(xié)助單位負(fù)責(zé)探挖道床內(nèi)隱蔽設(shè)備、管線(xiàn)以及拆除安裝有礙施工的既有設(shè)施設(shè)備［6］。

機(jī)械清篩設(shè)備基本編組順序?yàn)椋海ㄜ壍儡?chē)1+灑水車(chē)）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)1+物料運(yùn)輸車(chē)1+物料運(yùn)輸車(chē)2+物料運(yùn)輸車(chē)3+SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)）+搗固車(chē)+動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)2+軌道車(chē)2）。其中括號(hào)內(nèi)表示一組不可拆分的固定編組。

對(duì)于1 000～2 000 m的中長(zhǎng)隧道，需要增加風(fēng)機(jī)數(shù)量，編組為：（軌道車(chē)1+灑水車(chē)）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)1+物料運(yùn)輸車(chē)1+物料運(yùn)輸車(chē)2+物料運(yùn)輸車(chē)3+SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)）+搗固車(chē)+（動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)+風(fēng)機(jī)平板車(chē)2）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)3+軌道車(chē)2）。

對(duì)于3 000～6 000 m及以上的長(zhǎng)隧道，根據(jù)隧道長(zhǎng)度，風(fēng)機(jī)數(shù)量進(jìn)一步增加。編組為：（軌道車(chē)1+灑水車(chē)）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)1+風(fēng)機(jī)平板車(chē)2+軌道車(chē)2）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)3+物料運(yùn)輸車(chē)1+物料運(yùn)輸車(chē)2+物料運(yùn)輸車(chē)3+SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)）+搗固車(chē)+（動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)+風(fēng)機(jī)平板車(chē)4）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)5+軌道車(chē)3）+（風(fēng)機(jī)平板車(chē)6+軌道車(chē)4）。

3.2 橋梁機(jī)械化清篩施工組織方案

在橋梁上進(jìn)行清篩作業(yè)時(shí)，主要工程內(nèi)容包括橋梁狀態(tài)勘察、機(jī)械清篩道床、大型養(yǎng)路機(jī)械搗固及穩(wěn)定、棄土（棄料）倒運(yùn)整理、擰緊扣件、方正軌枕、撤除墊板、補(bǔ)充石砟、整理道床等。另外，協(xié)助單位負(fù)責(zé)探挖道床內(nèi)隱蔽設(shè)備、管線(xiàn)以及拆除安裝有礙施工的既有設(shè)施設(shè)備。

機(jī)械清篩設(shè)備編組為：軌道車(chē)+（物料運(yùn)輸車(chē)1+物料運(yùn)輸車(chē)2+物料運(yùn)輸車(chē)3+SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)）+搗固車(chē)+動(dòng)力穩(wěn)定車(chē)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2021年1月25日，在成都局成昆線(xiàn)新莊隧道利用SQS-300型垂直式隧道橋梁清篩車(chē)進(jìn)行了清篩作業(yè)，如圖2所示。作業(yè)區(qū)段線(xiàn)路板結(jié)嚴(yán)重。最小挖掘?qū)挾? 200 mm（Ⅲ型枕），挖掘深度為枕下200 mm；作業(yè)里程204 m，歷時(shí)90 min，作業(yè)效率300 m3/h。整車(chē)作業(yè)性能穩(wěn)定。

圖2 隧道內(nèi)清篩作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

2020年12月至2021年5月，先后在西安局襄渝線(xiàn)、太原局大秦線(xiàn)利用SQS-300型傾斜式隧道橋梁清篩車(chē)開(kāi)展清篩作業(yè)，如圖3（a）所示，共清篩橋梁上線(xiàn)路超過(guò)10 km。2020年12月至2021年5月，先后在成都局成昆線(xiàn)、太原局大秦線(xiàn)利用SQS-300型垂直式隧道橋梁清篩車(chē)開(kāi)展清篩作業(yè)，如圖3（b）所示，共清篩橋梁上線(xiàn)路約5 km。橋梁上清篩時(shí)最小挖掘?qū)挾葹? 200 mm（Ⅲ型枕），挖掘深度為枕下200 mm，作業(yè)效率300 m3/h。整車(chē)作業(yè)性能穩(wěn)定。

圖3 橋梁上清篩作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

排水溝挖掘裝置松砟作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。該裝置能夠?qū)ε潘疁喜鄣理倪M(jìn)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(yè)

投入應(yīng)用一年多以來(lái)，SQS-300型傾斜式隧道橋梁清篩車(chē)運(yùn)行里程11 160 km，作業(yè)時(shí)間113 h；SQS-300型垂直式隧道橋梁清篩車(chē)運(yùn)行里程10 326 km，作業(yè)時(shí)間233 h。通過(guò)解體檢查，樣車(chē)技術(shù)狀態(tài)正常，整車(chē)及關(guān)鍵零部件性能良好，滿(mǎn)足運(yùn)用要求，運(yùn)用考核和解體檢查合格。

5 結(jié)語(yǔ)

為解決既有線(xiàn)隧道橋梁機(jī)械化清篩難題而研制的SQS-300型隧道橋梁清篩車(chē)可實(shí)現(xiàn)作業(yè)面寬度較小的隧道、橋梁等有砟線(xiàn)路的機(jī)械化清篩作業(yè)。該清篩車(chē)最小挖掘?qū)挾葹? 100 mm（Ⅱ型枕）、3 200 mm（Ⅲ型枕）。采用道砟綜合回填技術(shù)，大幅減少了人工輔助，縮短了輔助作業(yè)時(shí)間。設(shè)計(jì)了具有自動(dòng)控制功能的主輔起撥道裝置，可進(jìn)行線(xiàn)路挖掘前后起撥道作業(yè)，配合橫平測(cè)量及里程測(cè)量裝置、分砟犁與回填裝置，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)后線(xiàn)路水平和軌向良好。設(shè)計(jì)了排水溝挖掘裝置，實(shí)現(xiàn)了橋梁兩側(cè)排水溝槽道砟的挖掘和疏通。通過(guò)水霧噴淋、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化、通風(fēng)裝置，改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，鐵路隧道橋梁線(xiàn)路機(jī)械化清篩施工組織方案合理可行，車(chē)輛性能良好。新型隧道橋梁清篩車(chē)的成功研制，填補(bǔ)了目前線(xiàn)路機(jī)械化大修隧道、橋梁清篩作業(yè)的空白，進(jìn)一步提升了我國(guó)養(yǎng)路機(jī)械技術(shù)裝備水平，有助于提高線(xiàn)路維修質(zhì)量，保障鐵路運(yùn)輸安全。