橋上新建雙線鐵路有砟軌道500 m長(zhǎng)軌鋪設(shè)技術(shù)

李浩宇 潘志剛

（1.中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006；2.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司工程質(zhì)量監(jiān)督管理局 北京 100844）

1 引言

目前，國(guó)內(nèi)橋上新建雙線鐵路有砟軌道500 m長(zhǎng)鋼軌的鋪設(shè)施工作業(yè)，在Ⅰ線無(wú)縫線路鋪軌施工中多采用有軌運(yùn)輸架梁和換鋪500 m長(zhǎng)鋼軌的模式［1］，即換鋪法；在Ⅱ線500 m長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)施工中，一般采用人工直接鋪設(shè)的施工方法或采用WZ500C鋪軌機(jī)進(jìn)行鋪設(shè)［2-4］。但是傳統(tǒng)人工直鋪的方式，由于鋼軌長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，容易形成硬彎和扭曲，損傷鋼軌，施工精度降低，影響軌道幾何形位。同時(shí)人員需求量較大、作業(yè)效率較低，難以滿足施工進(jìn)度需求，對(duì)后續(xù)施工工序制約較大。而且在施工過(guò)程中還存在長(zhǎng)鋼軌側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，對(duì)施工不利［5-6］。而采用WZ500C鋪軌機(jī)進(jìn)行500 m長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)時(shí)，基礎(chǔ)建設(shè)投資大，同時(shí)需要牽引機(jī)車和長(zhǎng)鋼軌運(yùn)輸車配合，投入的大型設(shè)備較多，成本高，且易受軌道及線下附屬施工交叉干擾的影響，無(wú)法連續(xù)作業(yè)［7-9］。

基于目前橋上新建雙線鐵路有砟軌道500 m長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)施工現(xiàn)狀，如何減少用工量、提高效率、降低成本、保證安全是迫切需要解決的問(wèn)題。本文依托新建唐山至曹妃甸鐵路工程項(xiàng)目，利用對(duì)現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)和工裝設(shè)備開發(fā)應(yīng)用等手段，提出了Ⅰ線采用換鋪法、Ⅱ線采用人工配合機(jī)械進(jìn)行500 m長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)的理念，并開發(fā)了相關(guān)的配套設(shè)備，取得了良好的效果。

2 橋上新建雙線鐵路有砟軌道500 m長(zhǎng)軌鋪設(shè)技術(shù)優(yōu)化

進(jìn)行橋上新建雙線鐵路有砟軌道500 m長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)施工，對(duì)工效、安全、成本等進(jìn)行綜合分析，本文提出了Ⅰ線采用換鋪法、Ⅱ線采用人工配合機(jī)械鋪設(shè)的理念。即Ⅰ線施工采用邊鋪邊架，最終完成全線架梁施工，之后利用Ⅰ線作為Ⅱ線運(yùn)輸軌枕、道砟、500 m長(zhǎng)鋼軌等物料的通道，Ⅱ線采用人工配合自主研制的機(jī)械設(shè)備鋪設(shè)500 m長(zhǎng)鋼軌的技術(shù)改進(jìn)方案。

2.1 技術(shù)方案

（1）利用架橋機(jī)完成全線（Ⅰ、Ⅱ線）架梁作業(yè)，與此同時(shí)Ⅰ線軌排鋪設(shè)作業(yè)也已完成；（2）Ⅰ線軌排采用換鋪法完成500 m長(zhǎng)鋼軌的安裝就位作業(yè)；（3）借助已完成的Ⅰ線作為通道運(yùn)輸Ⅱ線軌枕，卸于Ⅰ、Ⅱ線間相應(yīng)位置，采用人工鋪設(shè)軌枕［10］；（4）借助已完成的Ⅰ線作為通道運(yùn)輸500 m長(zhǎng)軌，卸于相應(yīng)位置；（5）借助已完成的Ⅰ線作為撥軌入槽機(jī)械的行駛通道，人工配合機(jī)械撥移500 m長(zhǎng)鋼軌至Ⅱ線相應(yīng)位置安裝就位。

2.2 Ⅰ線換鋪法施工技術(shù)

近年來(lái)，橋梁已成為我國(guó)鐵路常用的形式之一。對(duì)于國(guó)內(nèi)有砟軌道鐵路，為滿足沿途橋梁的架設(shè)，一般采用先鋪設(shè)Ⅰ線25 m軌排形成工程線，待全線梁體架設(shè)完成后，拆除25 m鋼軌，換鋪500 m長(zhǎng)軌，即換鋪法［11］。

國(guó)內(nèi)普通鐵路橋梁多采用定型跨度（32 m、24 m等）的預(yù)制T梁，而鐵路標(biāo)準(zhǔn)鋼軌長(zhǎng)度為25 m，兩者之間不匹配。采用TJ165型鐵路架橋機(jī)或其他類似鐵路架橋機(jī)進(jìn)行T形梁架設(shè)時(shí)，往往架梁和鋪軌同步完成，且架橋機(jī)必須行走至每一孔梁的梁端位置才能完成過(guò)孔作業(yè)。因此，在每次架橋機(jī)就位（在橋頭或梁端）時(shí)，都須使用非標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的短軌排臨時(shí)拼接。在鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)軌排時(shí)，根據(jù)其與梁端相差的距離，采用1 m、1.5 m、2 m、3.5 m、4 m共 5段非標(biāo)準(zhǔn)短軌排，按表1進(jìn)行搭配和組裝。

表1 臨時(shí)軌排配置 m

在整個(gè)架梁鋪設(shè)過(guò)程中，非標(biāo)準(zhǔn)軌排的鋪設(shè)、拆除都需借助架橋機(jī)進(jìn)行，將多余的非標(biāo)準(zhǔn)軌排移動(dòng)到Ⅱ線存放。在Ⅱ線架設(shè)輪胎式小型龍門吊，根據(jù)Ⅰ線的需要吊運(yùn)非標(biāo)準(zhǔn)軌排，吊運(yùn)至鋪設(shè)地點(diǎn)時(shí)再借助架橋機(jī)進(jìn)行鋪設(shè)。待Ⅰ線全線梁體、軌排鋪架完成后，拆除25 m鋼軌，換鋪500 m長(zhǎng)軌。

2.3 Ⅱ線人工配合機(jī)械施工技術(shù)

在唐曹鐵路項(xiàng)目Ⅱ線鋪設(shè)施工時(shí)，基于傳統(tǒng)人工撥軌入槽方式的弊端（人員需求量大、作業(yè)效率較低，難以滿足施工進(jìn)度需求，對(duì)后續(xù)施工工序制約較大）［12-14］，Ⅱ線采用人工配合自主研制的機(jī)械鋪設(shè)施工。其基本施工步驟為：施工準(zhǔn)備→布枕、勻枕→長(zhǎng)軌大列卸放長(zhǎng)鋼軌→人工配合機(jī)械撥長(zhǎng)軌入槽→調(diào)整軌縫→調(diào)整軌下膠墊→安裝扣件、扣件復(fù)緊→施工完成。

自主研制的設(shè)備為“長(zhǎng)鋼軌輔助撥軌作業(yè)頭裝置”，利用此裝置配合軌道車和可操控的機(jī)械臂可完成撥軌入槽。即500 m長(zhǎng)鋼軌從該作業(yè)頭裝置的一端套入，通過(guò)中心軸和中心連接結(jié)構(gòu)等部件與折疊式機(jī)械臂連接，機(jī)械臂固定在平板車上。軌道車、平板車、機(jī)械臂、作業(yè)頭相互配合，即通過(guò)人工操控機(jī)械臂和作業(yè)頭，控制長(zhǎng)鋼軌水平、垂直方向位移，通過(guò)軌道車牽引平板車，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌的自動(dòng)、快速撥移入槽。

2.3.1 機(jī)械撥軌入槽作業(yè)頭裝置

該作業(yè)頭裝置由鋼制框架、水平輥輪、豎向輥輪、中心軸、連接結(jié)構(gòu)等部件組成，通過(guò)與機(jī)械臂連接操作使用，如圖1所示。

圖1 撥軌作業(yè)頭與機(jī)械臂

2.3.2 作業(yè)原理

（1）將長(zhǎng)鋼軌從一端套入鋼制框架內(nèi)，鋼制框架內(nèi)設(shè)置3個(gè)（上方豎向布置2個(gè)、下方橫向布置1個(gè)，見(jiàn)圖1）輥輪，分別對(duì)鋼軌側(cè)面、底部進(jìn)行水平及垂直方向限位，作業(yè)頭可通過(guò)輥輪沿長(zhǎng)鋼軌方向運(yùn)動(dòng)。

（2）作業(yè)頭通過(guò)中心軸、中心連接結(jié)構(gòu)等部件與折疊式機(jī)械臂連接。機(jī)械臂固定在平板車上，通過(guò)人工操控機(jī)械臂進(jìn)而控制作業(yè)頭的方式實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌水平和垂直方向的移動(dòng)，通過(guò)軌道車牽引平板車在Ⅰ線上行駛，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌的快速撥移入槽。

（3）作業(yè)頭可繞中心軸水平旋轉(zhuǎn)，油缸安裝在機(jī)械臂頭部，并與作業(yè)頭中心連接結(jié)構(gòu)連接，通過(guò)油缸可控制作業(yè)頭圍繞中心連接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，可靈活實(shí)現(xiàn)曲線地段等工況下的長(zhǎng)軌撥接施工。

（4）設(shè)置共計(jì)4個(gè)機(jī)械臂安裝在兩個(gè)平板車上，將長(zhǎng)鋼軌套入作業(yè)頭，操控機(jī)械臂將其調(diào)整到合適位置，啟動(dòng)軌道車帶動(dòng)機(jī)械臂、作業(yè)頭前行，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌自動(dòng)入槽。

2.3.3 使用方法

（1）施工前準(zhǔn)備階段，通過(guò)Ⅰ線完成Ⅱ線軌枕散鋪、長(zhǎng)鋼軌卸放、扣件擺放工作。

（2）軌道車在Ⅰ線與長(zhǎng)鋼軌軌頭對(duì)位，操控機(jī)械臂與長(zhǎng)鋼軌一頭對(duì)齊。

（3）將長(zhǎng)鋼軌臨時(shí)提起、底部墊方木后，控制機(jī)械臂人工配合使長(zhǎng)鋼軌套入1號(hào)作業(yè)頭內(nèi)，如圖2所示。

（4）驅(qū)動(dòng)軌道車前行，至2號(hào)作業(yè)頭與軌頭平齊處，依次完成2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)作業(yè)頭套入，如圖3所示。

圖2 鋼軌套入1號(hào)作業(yè)頭

圖3 鋼軌套入4號(hào)作業(yè)頭

（5）操控4個(gè)機(jī)械臂調(diào)整作業(yè)頭位置，使長(zhǎng)鋼軌由兩線之間逐步過(guò)渡至最佳落槽位置，如圖4所示。

（6）保持機(jī)械臂與作業(yè)頭位置不動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軌道車前行，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌自動(dòng)入槽。

（7）4號(hào)作業(yè)頭后緊跟2～4名工人隨時(shí)盯控入槽狀態(tài)，必要時(shí)進(jìn)行小幅度人工撥軌，如圖5所示。

圖4 操控機(jī)械臂使鋼軌入槽

圖5 工人檢查入槽效果

（8）長(zhǎng)軌撥軌入槽的同時(shí)，安排后續(xù)扣件安裝等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)施工流水作業(yè)，提高長(zhǎng)軌撥軌入槽和直鋪?zhàn)鳂I(yè)效率。

2.3.4 作業(yè)效果

該作業(yè)頭裝置與機(jī)械臂、軌道車、平板車等相互配合，通過(guò)人工操控機(jī)械臂、作業(yè)頭實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌水平及垂直方向位移控制，通過(guò)軌道車牽引平板車，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)鋼軌的自動(dòng)、快速撥移入槽。此方法顯著降低了人工撥軌過(guò)程中長(zhǎng)軌側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)，大幅度提升了長(zhǎng)軌入槽作業(yè)效率，節(jié)省了勞動(dòng)力，確保了長(zhǎng)軌直鋪施工進(jìn)度，及時(shí)為后續(xù)各工序施工創(chuàng)造了良好的作業(yè)面。如表2所示，與傳統(tǒng)人工撥軌入槽相比，其工效水平和安全風(fēng)險(xiǎn)都有顯著的改善。

表2 傳統(tǒng)人工撥軌與人工配合機(jī)械臂撥軌施工對(duì)照

3 工程實(shí)例及應(yīng)用情況

由中鐵十七局集團(tuán)有限公司施工的新建唐山至曹妃甸正線軌道工程采用重型軌道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為一次性鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路的有砟軌道，線路全長(zhǎng)91.329 km，需鋪設(shè)P60-500 m U75V長(zhǎng)鋼軌162.143 km，架橋36座。

該工程橋上新建雙線鐵路有砟軌道施工Ⅰ線采用換鋪法，即采用架橋機(jī)先鋪設(shè)25 m軌排形成工程線，待全線梁體架設(shè)完成后，拆除25 m鋼軌，換鋪500 m長(zhǎng)軌。Ⅱ線軌道鋪設(shè)采用人工配合機(jī)械直鋪的方式進(jìn)行長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)。應(yīng)用自主研制的裝置和改進(jìn)的施工方法，顯著降低了人工撥軌過(guò)程中長(zhǎng)軌側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)，提升了長(zhǎng)軌入槽作業(yè)效率，節(jié)省了勞動(dòng)力，縮短工期1.1個(gè)月，確保了施工進(jìn)度，及時(shí)為后續(xù)各工序施工創(chuàng)造了良好的作業(yè)面。

4 結(jié)論

本文依托新建唐山至曹妃甸鐵路工程項(xiàng)目，對(duì)橋上新建雙線鐵路有砟軌道500 m長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析，提升了鋪架效率，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，保障了施工質(zhì)量。

（1）提出了Ⅰ線采用換鋪法，Ⅱ線采用人工配合機(jī)械進(jìn)行500 m長(zhǎng)軌鋪設(shè)的理念，并成功應(yīng)用于施工項(xiàng)目，工效、安全、成本優(yōu)勢(shì)顯著。

（2）Ⅰ線采用換鋪法施工時(shí)，給出了臨時(shí)非標(biāo)準(zhǔn)軌排的配置表，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軌排與梁端距離進(jìn)行組合、安裝，便于施工，方便快捷。

（3）通過(guò)自主研制的“長(zhǎng)鋼軌輔助撥軌作業(yè)頭裝置”，配合軌道車和可操控的機(jī)械臂完成撥軌，提高了Ⅱ線鋪軌效率，節(jié)省了勞動(dòng)力，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。