SQS-300型隧道桥梁清筛车技术方案及应用

高春雷 徐其瑞 张宝明 陈斌 邢磊 何国华

1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081；2.中国国家铁路集团有限公司工电部，北京 100084；3.中国铁建高新装备股份有限公司，昆明 650215；4.金鹰重型工程机械股份有限公司，湖北襄阳 441000

我国正线铁路路基及部分桥梁地段广泛采用大型养路机械对有砟轨道进行养护维修。部分桥梁及隧道受内部轮廓的制约，国内现有清筛车无法进行机械化清筛，主要依靠人工作业。由于施工人数多，作业人员组成复杂，管理困难，安全生产隐患大，且人工清筛不彻底、不均匀，如遇板结严重地段，人员不能及时展开作业。另外，在隧道内进行机械化清筛作业时受通风、除尘、发动机尾气排放等技术条件的限制，施工环境差，危害作业人员健康，是目前线路机械化大中修作业的盲区，成为制约机械化维修的最大瓶颈。

我国现有铺设有砟轨道的单线隧道7 000余座，全长约4 876 km。其中隧道内坡度s≤6‰的线路长为2 555 km，占52.3%；6‰＜s≤12‰、12‰＜s≤20‰、20‰＜s≤24‰的线路分别为1 662、558、81 km，s≤24‰的线路占99.6%；s＞24‰的线路仅20 km。

隧道中枕木端至侧沟或电缆槽的空间可供清筛车进行作业，其横向距离即清筛车作业面宽度，决定了可选用的清筛车挖掘宽度。对武汉局、西安局、广州局、昆明局四个铁路局集团公司管内单线隧道数据进行汇总，其清筛车作业面宽度可匹配不同挖掘宽度清筛车的单线隧道长度及占比见表1。

表1 匹配不同挖掘宽度清筛车的单线隧道长度及占比

我国现有铺设有砟轨道的桥梁包括单线铁路桥梁和双线铁路桥梁，其中双线铁路桥梁和2005年以后修建的单线铁路桥梁（道砟槽顶面外缘宽度为4.9 m）中清筛车作业面宽度不受限。2005年以前修建的桥梁道砟槽顶面外缘宽度为3.9 m，现有29 066座，总长2 537 763 m，占全路单线铁路桥梁总长的15.4%。

我国现有清筛车主要有中型清筛车、大型清筛车、边坡清筛车和道岔清筛车，只能清筛正线和部分道岔区线路。其中可用于线路清筛的QS-450型清筛车最大、最小挖掘宽度分别为4 200、3 900 mm，作业效率450 m3/h；QS-650型清筛车最大、最小挖掘宽度分别为5 030、4 030 mm，作业效率650 m3/h［1］。国内外没有专用于清筛隧道、桥梁的清筛车。

由于现有线路清筛车均不适用于作业面宽度小于3 900 mm的线路，须研制新型清筛车来进行隧道、桥梁线路的道床清筛。综合考虑全路隧道、桥梁整体技术参数和清筛车结构布置，将隧道桥梁清筛车的最小挖掘宽度定为Ⅱ型枕3 100 mm、Ⅲ型枕3 200 mm，作业坡度定为24‰，这样就能够清筛采用现有清筛车无法清筛的55.72%的单线隧道（作业面宽度3 100～3 900 mm）和15.4%的单线铁路桥梁（道砟槽顶面外缘宽度3.9 m）。据此，中国铁道科学研究院集团有限公司联合主机制造企业通过数值仿真和简统化设计，研制出适合于国内施工组织模式、满足国内铁路隧道桥梁机械化清筛要求的SQS-300型隧道桥梁清筛车。

1 技术方案

SQS-300型隧道桥梁清筛车主要用于作业空间较小的隧道、桥梁等有砟线路机械化清筛作业，也可用于站线清筛。作业时无需拆解道床上部钢轨与轨枕，通过轨枕下的挖掘扒链将已脏污的道砟挖起，并将筛分后的洁净道砟回填至道床，污土则通过污土输送带抛送到线路一侧或与清筛车连挂的物料运输车上。

SQS-300型隧道桥梁清筛车主要功能包括道砟挖掘、输送、筛分、储存、回填，前后起拨道，作业后线路横平调整，排风，降尘，发动机尾气净化等。整车采用液压驱动的方式，由车体、走行系统、挖掘装置、筛分装置、主辅起拨道装置、道砟输送系统、排水沟挖掘装置、风机、喷淋装置等组成。主要技术参数见表2。

表2 SQS-300型隧道桥梁清筛车主要技术参数

根据挖掘装置的不同，SQS-300型隧道桥梁清筛车有倾斜式和垂直式两种，分别采用倾斜式挖掘装置和垂直式挖掘装置，如图1所示。

图1 SQS-300型隧道桥梁清筛车结构示意

2 创新性功能与特点

1）挖掘宽度小，适应性更广，实现了挖掘宽度较小的隧道、桥梁等有砟线路机械化清筛作业，填补了该领域的空白。

2）采用简统化设计。

3）首创的垂直式挖掘装置采用扒板方向与连接销轴平行的特殊扒链结构，倾斜式挖掘装置通过降低挖掘装置作业时的倾斜角度并将导轮及拐角导槽枕底放置，减小了挖掘宽度［2］，最小挖掘宽度3 100 mm（Ⅱ型枕）、3 200 mm（Ⅲ型枕）。

4）挖掘深度可在轨枕底面以下200～300 mm内调整，并配有显示挖掘深度的监视装置。

5）垂直式挖掘车采用落砟斗和洁砟带进行储砟，倾斜式挖掘车采用就地回填加摆动回填输送带的方式，大幅减少了人工辅助，缩短了辅助作业时间。

6）研制的具有自动控制功能的主辅起拨道装置，可进行线路挖掘前后起拨道作业，配合横平测量及里程测量装置、分砟犁与回填装置，保障筛后道砟均匀地回填到线路钢轨两侧以及轨道中心的位置，解决了堆砟问题，实现作业后线路水平和轨向良好。起拨道装置起拨道能力强，能够在不拆除护轨的情况下进行起道和拨道作业。

7）研制了适用于桥梁两侧排水沟区域道砟挖掘的排水沟挖掘装置，可挖掘和疏通排水沟槽道砟。

8）设计水雾喷淋装置，改善现场作业环境［3］。

9）研制了通风装置和发动机尾气净化装置，使施工时隧道内的发动机尾气排放减少，提高清筛车后部施工区域空气质量，改善施工人员工作环境［4-5］。

10）具有完全自主知识产权的分布式网络控制系统，具有设备状态监测及报警、各系统参数显示等智能化控制功能。

3 施工组织方案

3.1 隧道机械化清筛施工组织方案

在隧道内进行清筛作业时，主要工程内容包括洒水降尘、通风排毒、施工辅助照明、机械清筛道床、大型养路机械捣固及稳定、弃土（弃料）倒运整理、拧紧扣件、方正轨枕、撤除垫板、补充石砟、整理道床等。另外，协助单位负责探挖道床内隐蔽设备、管线以及拆除安装有碍施工的既有设施设备［6］。

机械清筛设备基本编组顺序为：（轨道车1+洒水车）+（风机平板车1+物料运输车1+物料运输车2+物料运输车3+SQS-300型隧道桥梁清筛车）+捣固车+动力稳定车+（风机平板车2+轨道车2）。其中括号内表示一组不可拆分的固定编组。

对于1 000～2 000 m的中长隧道，需要增加风机数量，编组为：（轨道车1+洒水车）+（风机平板车1+物料运输车1+物料运输车2+物料运输车3+SQS-300型隧道桥梁清筛车）+捣固车+（动力稳定车+风机平板车2）+（风机平板车3+轨道车2）。

对于3 000～6 000 m及以上的长隧道，根据隧道长度，风机数量进一步增加。编组为：（轨道车1+洒水车）+（风机平板车1+风机平板车2+轨道车2）+（风机平板车3+物料运输车1+物料运输车2+物料运输车3+SQS-300型隧道桥梁清筛车）+捣固车+（动力稳定车+风机平板车4）+（风机平板车5+轨道车3）+（风机平板车6+轨道车4）。

3.2 桥梁机械化清筛施工组织方案

在桥梁上进行清筛作业时，主要工程内容包括桥梁状态勘察、机械清筛道床、大型养路机械捣固及稳定、弃土（弃料）倒运整理、拧紧扣件、方正轨枕、撤除垫板、补充石砟、整理道床等。另外，协助单位负责探挖道床内隐蔽设备、管线以及拆除安装有碍施工的既有设施设备。

机械清筛设备编组为：轨道车+（物料运输车1+物料运输车2+物料运输车3+SQS-300型隧道桥梁清筛车）+捣固车+动力稳定车。

4 现场应用

2021年1月25日，在成都局成昆线新莊隧道利用SQS-300型垂直式隧道桥梁清筛车进行了清筛作业，如图2所示。作业区段线路板结严重。最小挖掘宽度3 200 mm（Ⅲ型枕），挖掘深度为枕下200 mm；作业里程204 m，历时90 min，作业效率300 m3/h。整车作业性能稳定。

图2 隧道内清筛作业现场

2020年12月至2021年5月，先后在西安局襄渝线、太原局大秦线利用SQS-300型倾斜式隧道桥梁清筛车开展清筛作业，如图3（a）所示，共清筛桥梁上线路超过10 km。2020年12月至2021年5月，先后在成都局成昆线、太原局大秦线利用SQS-300型垂直式隧道桥梁清筛车开展清筛作业，如图3（b）所示，共清筛桥梁上线路约5 km。桥梁上清筛时最小挖掘宽度为3 200 mm（Ⅲ型枕），挖掘深度为枕下200 mm，作业效率300 m3/h。整车作业性能稳定。

图3 桥梁上清筛作业现场

排水沟挖掘装置松砟作业现场如图4所示。该装置能够对排水沟槽道砟进行挖掘和疏通，减少人工挖掘工作量。

图4 排水沟挖掘装置松砟作业

投入应用一年多以来，SQS-300型倾斜式隧道桥梁清筛车运行里程11 160 km，作业时间113 h；SQS-300型垂直式隧道桥梁清筛车运行里程10 326 km，作业时间233 h。通过解体检查，样车技术状态正常，整车及关键零部件性能良好，满足运用要求，运用考核和解体检查合格。

5 结语

为解决既有线隧道桥梁机械化清筛难题而研制的SQS-300型隧道桥梁清筛车可实现作业面宽度较小的隧道、桥梁等有砟线路的机械化清筛作业。该清筛车最小挖掘宽度为3 100 mm（Ⅱ型枕）、3 200 mm（Ⅲ型枕）。采用道砟综合回填技术，大幅减少了人工辅助，缩短了辅助作业时间。设计了具有自动控制功能的主辅起拨道装置，可进行线路挖掘前后起拨道作业，配合横平测量及里程测量装置、分砟犁与回填装置，实现了作业后线路水平和轨向良好。设计了排水沟挖掘装置，实现了桥梁两侧排水沟槽道砟的挖掘和疏通。通过水雾喷淋、发动机尾气净化、通风装置，改善了现场作业环境。

经现场应用结果表明，铁路隧道桥梁线路机械化清筛施工组织方案合理可行，车辆性能良好。新型隧道桥梁清筛车的成功研制，填补了目前线路机械化大修隧道、桥梁清筛作业的空白，进一步提升了我国养路机械技术装备水平，有助于提高线路维修质量，保障铁路运输安全。