铁路隧道桥梁机械化清筛作业装备研究

倪忠伟 姜 雷 何国华

（中国铁建高新装备股份有限公司，云南 昆明 654300）

1 研究背景及意义

有砟轨道养护主要包括清筛、捣固、稳定、配砟、焊轨、铣磨等工作，目前我国正线铁路路基及大部分桥梁地段（除个别桥梁外）广泛采用大型养路机械对有砟轨道进行养护维修[1]。

但是既有线部分桥梁和隧道，尤其是隧道，因其内部轮廓的限制，可用作业空间狭小，国内现有清筛机不能进入作业。目前国内大部分隧道和部分桥梁清筛工作基本上还是采用人工作业，由于施工人数大，作业人员组成复杂，组织困难，生产安全隐患大，同时人工隧道桥梁清筛还存在着作业环境差、作业效率低及作业质量难以保证的问题，隧道桥梁清筛是目前线路机械化大中修作业的空白点和盲区，既有线隧道桥梁清筛已经成为制约机械化维修的最大瓶颈。

基于既有线隧道桥梁养护现状，深入既有线隧道桥梁线路机械化养修作业关键技术研究，研究适合国内施工组织模式、满足国内铁路隧道桥梁机械化清筛要求的清筛机，有助于解决隧道桥梁机械化清筛难题，提高我国铁路线路维修质量和养路机械技术装备水平，具有重要的科学意义和工程价值。

2 国内外隧道桥梁机械清筛的现状

目前，奥地利PLASSER公司研制有一种装备履带走行的集换枕、换轨、枕底挖掘于一体的综合维修机组RU800S，可以进行隧道桥梁清筛，但由于该机功能多，车辆编组烦琐，需要较长辅助作业时间，不适合目前中国铁路利用“天窗”作业模式。国外还没有专门开发适应我国国内隧道桥梁清筛作业的清筛机。

图1 Plasser公司RU800S综合维修机组

图2 铁建装备改造的隧道清筛机

铁建装备曾在QS450Ⅱ基础上改制有SQS300清筛机 （该机还不成熟，仅生产了样机），襄樊金鹰有QS450型清筛机，该机型最小挖掘宽度3 500 mm，可以适应于一小部分隧道清筛，但是大部分隧道还是不能清筛。因此，目前国内外专属隧道清筛机械尚属于空白[2]。

3 国内既有线隧道桥梁调研

通过对武汉、昆明、成都、西安、太原局走访及京九线隧道、大秦线隧道调研，得出以下结论：

（1）根据铁建设〔2012〕159 号文件要求，2012 年7月20之后所，新建隧道都需符合大型清筛机作业空间要求；

（2）现有的清筛机轨枕下底梁的挖掘方式不能适应既有线隧道内作业，必须设计一种其他形式的挖掘方式来适应隧道内清筛作业；

（3）隧道衬砌基本上全部都是混合衬砌，一座隧道既有直墙衬砌又有曲墙衬砌，直墙衬砌的空间条件比曲墙衬砌的空间条件要好，因此，应主要以曲墙衬砌空间尺寸为设计依据[3]；

（4）采用既有清筛机可以清筛机挖掘宽度3 900 mm以上的隧道，占武汉、昆明、成都、西安四个铁路局单线隧道的23.3%或全线隧道的15.05%；

（5）如果将隧道桥梁清筛机最小挖掘宽度设定为3 050 mm，则能够清筛82.9%的单线隧道或87.32%的全线隧道。如果将隧道桥梁清筛机最小挖掘宽度设定为3 100 mm，则能够清筛79.03%的单线隧道或84.47%的全线隧道；

（6）截至2012年年底，全路标准轨距铁路共有桥梁48 905座、1 263 804延长米，1990年后建设的桥梁占全部桥梁的63.2%，是既有铁路桥梁的主要组成部分，2000年后，随着铁路大规模建设的开展，桥梁占比达到了41.5%；截至2012年年底，全路标准轨距铁路共有涵渠158 327座、3 690 260延长米，1990年以后建设的涵渠占全部涵渠的52.8%[4]；

（7）道砟槽顶面外缘宽4.9 m的单线铁路桥梁和双线铁路桥梁，现有清筛机可以清筛作业；

（8）道砟槽顶面外缘宽3.9 m的单线铁路桥梁，现有清筛机不能作业，挖掘宽度3 100 mm的挖掘装置可以进入作业；

（9）采用清筛机进行隧道、桥梁清筛时，需在作业前对隧道、桥梁进行全面勘察，掌握现场实际道床断面尺寸，道砟深度，病害情况等，然后制订相应的清筛方案。

4 必要的前期试验研究

依据铁路总公司科技研究开发计划2013G007-B既有线隧道内线路机械化养护作业关键技术研究课题，铁建装备开始研制一种能适应狭窄作业空间的挖掘装置，该挖掘装置采用垂直式布局，具有完全自主知识产权，突破了奥地利PLASSER公司倾斜式布局的清筛挖掘作业专利保护。通过工作装置中试试验和后期的装机试验，验证了垂直式挖掘装置设计合理，各动作部件动作灵活，挖掘效率能满足设计要求，各部位结构强度符合作业要求。

5 隧道桥梁机械化作业装备研究

5.1 任务来源

依据中国铁路总公司《适用于既有铁路隧道桥梁清筛机关键技术研究》（2017G003-E)科技开发合同，铁建装备开始对隧道桥梁清筛车整机进行研究。

图3 现场隧道调研

图4 挖掘装置作业试验

5.2 设计方案

隧道桥梁清筛车由单机构成，从中部开始前半部分布置了主要的工作装置，后半部分布置了动力装置。整机的走行及工作装置都采用液压驱动的方式。司机室空调、电热玻璃、增压除尘装置、射流风机由发电机组供电直接驱动。整机主要由车架、污土带、旋转污土输送带、测量装置、转向架、喷淋系统、振动筛、混砟输送带、作业司机室、洁砟输送带、挖掘装置、主起拨道装置、柴油箱及供油系统、液压油箱、动力系统、动力间、功能间、辅助起拨道及分砟犁、辅助发电机组、风机系统、排水沟挖掘装置等组成。隧道桥梁清筛车具有筛分功能，能够将挖掘出的脏污石砟筛分处理，筛分后满足要求的石砟进行回填。

5.3 功能特点

隧道桥梁清筛车主要用于铁路既有线路隧道及桥梁的道砟清筛作业，能适应隧道和桥梁上的狭窄作业空间，最小挖掘宽度3 100 mm（Ⅱ型枕），能完成起道、拨道、扒砟、清筛、回填、排污等工作。

隧道桥梁清筛车配有挖掘测量装置，可以检测挖掘导槽距枕木端头的距离，防止作业过程中导槽碰到枕木端头；挖掘深度能调整，自轨枕底面向下200～300 mm，并配有显示挖掘深度的监视装置；挖掘装置采用扒板式挖掘链，一次完成道床枕底挖掘，挖掘升、降导槽的导轮采用集中自动润滑。

隧道桥梁清筛车配有横平测量及里程测量装置，可以为振动筛调平及辅助起拨道装置起道提供数据；配有辅助起拨道及分砟犁，道砟回填能保证清洁的道砟均匀地回填到线路,防止出现反超高；配有排水沟挖掘装置，实现桥梁两侧排水沟区域的道砟挖掘，恢复道床排水性能；配有风机系统，实现通风换气，改善作业环境，紧急着火时实现排烟的目的。

图5 隧道桥梁清筛车整车结构组成

5.4 运用情况

隧道桥梁清筛车已完成样车试制，在厂内进行了挖掘作业试验，试验表明各工作装置、各系统工作可靠，性能良好，挖掘宽度、挖掘深度及挖掘效率满足设计要求。接下来将到用户现场线路上进一步试验考核。

图6 隧道桥梁清筛车作业试验

6 结语

隧道桥梁清筛车是一种结构复杂的具备综合性能的清筛车型，代表清筛车型的最高水平，其研制是一项具有挑战性的工作，但是样车的试制成功只是第一步，后续还需要对隧道清筛车不断优化改进。我们坚信有朝一日，既有铁路隧道桥梁清筛一定能全面实现机械化作业，提高我国铁路线路维修质量和养路机械技术装备水平，为铁路安全运营提供可靠保证。