浅析铁路轨道施工技术进展及智能建造技术研究难点

崔成

中国铁路工程的建设经历了从数量、规模到质量、效益的发展转变，且当前施工技术正在从传统施工方式向智能建造方式转变。随着自动化、智能化技术在各领域的推广应用，智能建造技术在铁路轨道工程领域的应用也开始了相关研究并取得了阶段性成果，但是其深入研究和全面推广仍有很多技术难点需要突破。基于此，本文简要介绍了国内轨枕、轨道板预制和有砟、无砟轨道铁路铺轨方面智能建造技术的研究和应用现状，根据现场反馈的信息和对智能化建造技术的认知，就铁路轨道智能建造技术研究的技术路线、技术难点、应用前景等提出了一定的建议，以期推动铁路智能建造技术的发展。

智能建造;铁路轨道;轨枕、轨道板预制;有砟、无砟轨道;铁路铺轨、技术难点

铁路是我国交通的大动脉，其规模和技术体现了国家经济的实力和科技的水平。我国现已成为世界上高铁运营里程最多、运行时速最高、在建项目最多的国家。中国高铁已成为一张亮丽的名片，充分体现了习近平总书记“推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变”的重要指示精神，同时为推动铁路技术转向升级，打造中国品牌指明了方向。中国铁路建造技术已经从原始的人工方式发展为机械化、自动化施工，并正在向自动化、智能化技术迈进。

我国早期的铁路轨道施工技术落后，以人力为主，辅以少量的小型机具设备。铁路铺轨时需要人工抬摆枕木、钢轨，人工钉道或安装扣件，部分道砟也需要人力补充，因此劳动强度大、安全风险高、施工进度慢。七十年代，开始应用铺轨机，实现了铁路铺轨施工的半机械化作业，但轨排生产、上砟养路等环节仍以人工为主，机械化程度低;大范围应用预应力钢筋混凝土轨枕及配套的定型钢轨扣配件，轨枕在工厂内预制生产，隶属于铁路局管理，通过铁路运输，（如图1-3）。

八十年代至九十年代，铁路铺轨普遍使用，还研发了集T梁架设和铺轨功能的铺架机，铁路铺轨施工的综合进度指标明显提升，应用往复式轨排生产线使轨排生产的劳动强度进一步降低，线路采用K车补砟、人工小型内燃捣鼓机作业，人员劳动强度得到降低，除了道岔及特殊工况外，铁路铺轨作业基本实现了初步的机械化。轨枕仍在轨枕厂生产，铁路运输为主，轨枕定型产品种类少，生产工艺有所改进，（如图4-6）。

新线建设中无砟轨道和无缝线路很少应用，相应的施工技术仍处于空白状态。

进入二十一世纪，以秦沈客运专线为标志，我国的铁路轨道施工技术进入新阶段。秦沈客专首次采用新线一次性铺设无缝线路新技术并按设计时速开通，彻底颠覆了以往先铺设有缝线路，开通运营临管运输，工程交验正式运营、线路稳定后既有线换铺无缝线路等传统的轨道施工观念。引进了当时世界上先进的单枕连续法铺轨机组、大型机械化养路机组，建设了工地焊轨厂，首次铺设大号码高速铁路道岔，试铺了长枕埋入式和单元板式无砟轨道，采用紧密流水法施工工艺，顺利实现了按设计时速开通的目标，为中国铁路建设树立了新标杆，（如图7-9）

我国真正意义上的高速铁路建设是以有砟轨道为主的石太客专、无砟轨道为代表的京津城际为开端，铁路轨道施工技术在秦沈客专基础上得到新的提升。武广客专、郑西客专、京沪高铁等先后建设，轨道结构形式也从单一的有砟轨道拓展到多种形式的无砟轨道，高速铁路轨道施工技术也从引进成套技术与设备，经过消化吸收和科技创新，逐步形成了轨道结构种类最多、环境适应性最广、建造技术配套最全、施工成本相对最低的中国特色建造技术。

有砟轨道施工以换铺法和单枕法为主，在国外单枕法铺轨设备的基础上，为适应我国500m长钢轨的技术标准，自主研发了CPG500型铺轨机组，捣固车、稳定车、配砟车、道岔捣固车等大型养路机械以及移动式焊轨机实现了国产化并有砟轨道施工中普遍应用，高铁有砟轨道精调整理中普遍使用新一代的DWL（捣固与稳定联合作业）机组，线路轨道在开通前使用钢轨打磨列车实现了预打磨，有砟轨道线路施工技术与装备水平达到了世界先进水平，（如图10-13）。

有砟轨道的道岔仍采取原位铺设为主的工藝，道岔精调以人工调整为主，个别铁路局曾引进国外的道岔换铺设备，但是受既有线施工场地条件和要点施工限制，没有得到推广。国内道岔施工技术总体上机械化、自动化、智能化程度低，较国外先进技术相比仍相对落后（如图14）。

国内铁路无砟轨道结构形式主要有CRTSⅠ型双块式、板式，CRTSⅡ型双块式、板式，CRTSⅢ型板式等，无砟道岔主要有轨枕埋入式、板式等。不同的轨道结构形式适应不同的运营条件和施工条件，采用相对应的成套工装工艺进行施工。相对而言，CRTSⅡ型双块式无砟轨道施工的机械化、自动化程度最高。目前国内无砟轨道采用最多的是CRTSⅠ型双块式和CRTSⅢ型板式两种无砟轨道结构形式，道岔以轨枕埋入式为主，（如图15-17）。

为了适应大规模的铁路建设需要，轨枕的预制已不再局限于铁路局的生产厂供应，通过在现场新建轨枕厂、轨道板厂等大临设施，轨枕、轨道板预制实现了工厂化生产，机械化程度和信息化水平持续提升，正在向智能工厂迈进，（如图18-21）。

根据铁路中长期发展规划，国内铁路建设将继续维持在一定的规模，市域铁路、城际铁路近期将爆发式增长，高速铁路向中西部地区延伸，铁路之间的联络线、铁水联运铁路等提上日程，路网结构日臻完善，以川藏铁路为代表的高难度铁路开工建设，伴随着人口老龄化和人工成本的快速增长，能保证施工安全、作业高效、工程优质的铁路智能建造技术的研究应用和施工技术再创新已刻不容缓，国内部分相关的科研院所、施工企业、装备制造厂商已开展相关工作。

铁路轨道施工技术的总体发展趋势有以下几个方面：

（5）铁路轨道施工管理标准化、智能化提升。当前国内铁路施工项目的管理基本实现了信息化，但各种管理软件平台五花八门，各种管理方面的信息和施工过程中的数据无法完全贯通，因此需要整合现有管理软件平台或开发适应于模块化管理的专业软件平台。

轨枕预制国内早已实现了工厂化，其以环形流水生产线为主。以中铁三局为例，在智能化轨枕厂的发展历程中，通过对原有轨枕生产工艺、装备的多次升级改造，打造了黄黄铁路蕲春智能化轨枕生产车间，达到了国内领先水平。蕲春轨枕厂采用流水机组法生产，轨枕养护改进为坑式养护窑分仓智能养护，12道主要生产工序全部机械化、自动化，螺旋筋套管安装、桁架箍筋安装、混凝土精准布料、轨枕出入窑、轨枕外形与几何尺寸检测、注油盖、轨枕缓存等工序应用了视觉识别、激光扫描、算法分析等智能控制技术。生产管理中，在建设单位要求的管理平台基础上，引进了MES、SCADA、PHM等先进的管理系统。

目前軌枕预制智能建造技术研究的难点在于部分智能设备工作的稳定性、技术参数的可靠性有待进一步改善，喷砂工艺清模能耗过大需要改进，轨枕缓存没有分仓养护，轨枕的物流智能管理水平低。轨枕裂纹检测单纯依靠视觉识别技术，对裂纹判别的可信度偏低，应研究基于超声波探测技术的专用检测设备，（如图22）。

当前轨道板预制正在逐步推广流水机组法。采用流水机组法后部分工序实现了智能化，如CRTSⅢ型板生产中，脱模、清模、套管螺旋筋安装、预应力钢筋预紧和张拉、钢筋绝缘检测、蒸养等智能化水平已较高，混凝土精准布料和振捣工位有待提升。但钢筋笼绑扎工序仍以人工为主，实现机械化、自动化还很难，（如图23）。

有砟轨道智能建造技术长期以来发展缓慢，主要原因是轨道结构形式、扣件类型固化，机械铺轨时自下而上、自始至终的顺序施工方式，决定了其施工工艺很难有大的突破。只能在铺轨机械设备、线路大机整道等方面做一些减少作业人员、提高作业精度、保证工程质量的改进。目前国内有些施工单位正在联合相关科研院所、设备厂商做相关研究，难度较大的课题有：

1. 有砟、无砟通用智能牵引车，解决山区铁路隧道外有砟、隧道内无砟相互交替的工况下作业精度和效率问题。研究中存在的问题是设备拟附加自主巡航走行、钢轨自动抓取、自动投放与回收滚轮等功能，设备结构尺寸较大、自重较大，与现场的作业条件要求有差距，实际效果有待验证。该项研究虽然可以提升智能化水平，但是造价较高，性价比较差，（如图24-25）。

目前国内无砟轨道智能建造技术的研究以双块式、CRTSⅢ型板式无砟轨道为主攻方向，兼顾无砟道岔智能精调等技术的研究。

1. 双块式无砟轨道。在以往双块式无砟轨道轨排框架法、轨排架法的基础上，重点在成套的施工技术装备，在机械化、自动化及智能化等方面做提升。在轨排组装、轨排运输、轨排粗铺、轨排智能精调、混凝土智能浇筑振捣、自动找平抹面、工地智能养护等方面，以中国中铁为代表的建筑央企联合相关院所、厂商做了系统的研究与开发，研制了成套的施工装备，在高铁项目进行了试用和验证。部分功能还需要完善，如轨排智能精调、混凝土智能浇筑振捣等环节，在精度、效率、质量等方面未达到预期目标。在有效工期短，进度要求高，作业环境差异大的情况下，现有的智能建造技术还不能很好的适应，相关单位仍在继续探索。

1. 钢轨焊接。铁路项目的500m长钢轨焊接在国铁集团的焊轨基地完成，各焊轨基地一直在不断地进行技术改造与升级。施工单位完成现场的钢轨焊接，道岔内采用铝热焊工艺，焊头数量较少，对智能化升级没有强劲的需求。线路采用移动焊轨机闪光接触焊工艺，配套使用工地上打磨、矫直、正火、探伤等设备。目前国内各单位在信息化方面做了许多研究工作，但需要在钢轨焊接、钢轨正火、自动打磨、焊头探伤与检测等方面继续深化智能化技术的研究。

市域、城际铁路的施工条件苛刻，部分城市在轨道施工期间仍不具备与既有线接轨的条件，必须采用在现场设小型焊轨基地，将短定尺轨焊接成非标准长度长轨的方式解决。对现场小型焊轨基地建设及小型焊轨生产线生产技术与装备的适应性改造升级将是下一步研究工作的重点。

中铁大桥院秦顺全院士提出的“无应力状态法”在桥梁设计与施工监控中发挥了重要作用，借鉴“无应力状态法”的理念，结合铁科院研发的应力放散锁定监控系统的应用，采用智能化的长度测量、钢轨长度标定、钢轨应力应变测量、钢轨位移监测等仪器设备和先进的监控手段，研究500m长钢轨直接放散锁定的施工工艺和作业标准，完全有可能达到原来放散锁定工艺要求的“无缝线路的实际锁定轨温准确、均匀”的技术要求。

纵览国内铁路轨道施工技术的发展历程，分析铁路轨道智能建造技术的现状和面临的挑战，智能建造技术的研究、应用任重道远、势在必行。

1. 做好顶层设计，科学整合资源，加强统筹协调，主攻关键技术。国内铁路轨道智能建造技术的研究中，国铁集团、铁路科研院所、设计院、施工企业、装备制造厂商及高等院校等均有参与，但是顶层设计缺失，研究路线模糊，研究团队各自为战力量分散，研究方向及内容雷同或低端重复，核心技术缺失，知识产权界定不清，研究成果或新的施工技术与装备缺乏应用验证。

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The construction of railway projects in China has undergone development and transformation from quantity， scale to quality and efficiency， and the current construction technology is changing from traditional construction methods to intelligent construction methods. With the promotion and application of automation and intelligent technology in various fields， the application of intelligent construction technology in the field of railway track engineering has also begun relevant research and achieved phased results， but its in-depth research and comprehensive promotion still have many technical difficulties that need to be broken through. . Based on this， this article briefly introduces the research and application status of intelligent construction technology in domestic sleepers， prefabricated track slabs and track laying of ballasted and non-ballasted railways. The technical route， technical difficulties， and application prospects of intelligent construction technology research put forward certain suggestions in order to promote the development of railway intelligent construction technology.

Intelligent construction; Railway track; Prefabrication of sleeper and track plate; Ballastless and Ballastless track; Railway track laying， technical difficulties