关键词：单枕连续法 铺轨设备 特殊工况 适应性改造
1引言
随着高速铁路、客运专线等快速发展，采用机械化程度高的“单枕连续法”铺轨施工成为一次铺设无缝线路的主流方法，在确保施工质量前提下，对施工效率、施工安全、设备操作方便性等提出了更高要求。面对有砟和无砟过渡情况，原有铺轨机组存在效率低，转换不便，枕轨运输车在铺设无砟轨道地段存在运轨能力与铺轨效率不匹配的问题，需对铺轨机组进行适应性改造及配套运输长轨设备进行改造研究，以提高过渡段转换施工效率，保证施工安全。
2单枕连续法铺轨机组在特殊工况下施工现状及改造意义
2.1 技术现状
目前铺轨机组在有砟-无砟交换作业时采用提前配轨或到过渡段时候锯轨作业，采用人工支撑液压千斤顶将主机车体抬高，使用过渡轨暂时支撑轮对，收起铺轨机履带后锁定，再次将车体抬高后换下过渡轨，将500m长钢轨拨入轨枕槽内，转向架轮对放下，然后单枕连续法铺轨机组与无砟铺轨机交换，进入无砟地段铺轨施工。现有铺轨机组配套轨枕运输支架最大装车量为：500m长钢轨2km、轨枕及扣配件2km，在有砟工序转换为无砟工序后，无砟铺轨施工效率高，单班可达4km，但现有枕轨运输车每列只能装载2km长钢轨，增加了枕轨运输列车交路次数，影响施工效率。
2.2 现有铺轨机组进行适应性改造的意义
（1）优化既有单枕连续法铺轨机组相关性能，增加新研制铺轨机组相关功能，降低设备故障率，提高设备运行稳定性，满足有砟-无砟施工快速交换作业，提高施工效率。
（2）增加单枕连续法铺轨机组有砟—无砟转换系统，方便操作，降低作业人员劳动强度，提高交换作业安全性能。
（3）铺轨机有砟—无砟转换系统有效的避免了交换作业时长轨切割，减少后期焊轨头数量，有效控制成本。
（4）配套枕轨运输列车改造后增加了运载能力，可满足有砟地段及无砟地段单班装载量施工任务，减少来回倒运路料，提高施工效率。
3关键技术研究
在保证现有铺轨机组功能的基础上，增加铺轨机组有砟-无砟交换系统，保证施工安全的前提下，提高设备运行平稳性、方便操作，尽量降低人员劳动强度，提高施工效率；减少锯轨量，满足现场施工避免切割长轨要求；配套轨枕运输支架根据实际需要，在确保能满足有砟铺轨时轨枕、长轨的装载量要求下，同时满足在无砟铺轨时不需装载轨枕时长轨装载量增加一倍的效果。
4设备及配套运输支架适应性改造措施
4.1铺轨机组适应性改造措施
为了方便施工需要，降低人员劳动强度，对铺轨机进行有砟-无砟转换系统研究很有必要，可将铺轨机推送装置及钢轨导向机构利用在无砟铺轨施工中，可以将500长轨一次推送完成，拓展单枕连续法铺轨机组的适应范围，同时利用铺轨机液压系统增设自动顶升装置，人员可在安全地方操作，避免了收放履带时人工在狭小的空间操作，安全性、稳定性等更有保证，施工效率更高。
（1）改造方式：利用铺轨机组液压系统，增设支撑结构，实现了原来由人工支垫液压油顶顶升车体转变为电控操作支撑机构升降；增加拖拉卷扬钢丝绳长度，保证能从首车拖拉长钢轨，实现有砟-无砟过渡段长钢轨一次铺设入槽。
（2）设计验算：
1）整机系统压力分为：
履带走行闭式泵最大压力P=30 MPa
转向架动轴闭式泵最大压力P=30 MPa
布枕架开式系统最大压力P=10 MPa
履带支撑及推送开式泵最大压力P=17 MPa
2）设计采用油缸内径为D=160mm。
3）计算F=P*S S=πR2=3.14*0.082=0.02m2
油缸工作一般采用开式系统控制，对两个开式系统压力分别计算单支油缸承受重量如下：
F1=10*106*0.02=2*105N=2*104kg=20t
F2=17*106*0.02=2*105N=3.4*104kg=34t
根据铺轨机说明书给出的参数和吊运过程中得出的实际重量，铺轨机主机整机重量为90t，前端受力为45t，F2*2=68t>45t,安全系数可达1.51。根据计算可采用系统压力17 MPa，两支缸径为160mm的油缸可以满足要求。
为满足铺轨机工作尺寸要求，油缸伸缩量为225mm，可达到有砟-无砟交换作业工况要求。
4）改造后铺轨机支撑油缸如下图1、2所示：
图1 铺轨机支撑实物图 图2铺轨机组支撑作业
5）针对铺轨机操作过程中既要满足保证安全性能又要保证油缸作业中的稳定性能，在支撑机构液压系统中采用换向阀、双向液压锁、流量调节阀、压力调节阀等安全措施，保证油缸升降的稳定性能和控制升降速度。
（3）支撑结构安全性能试验
改造后对支撑结构进行了空载和重载试验，主要是对支撑结构加装位置的合理性、对其他机构的影响、支撑行程能否达到使用要求、支撑机构操作的平稳性、安全性等进行检验,具体见表1。
表1支撑结构油缸安全性能试验机构
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根据试验条件在空载条件下支撑油缸无内泄现象，重载支撑时油缸保压情况性能较好，能满足施工条件，安全性能较高。
4.2配套枕轨运输车改造
4.2.1改装思路
根据工程实际需要，在保持原有轨枕运输支架功能基础上，改造后不但能满足单班无砟铺轨4km的施工任务，而且在有砟-无砟铺轨交换作业轨料装载时工序简单，操作方便，确保运枕小车及轨枕运输列车运行安全。
4.2.2方案比选确定
根据实际情况和改造要求，提出了以下改装方案：
方案一:利用轨枕运输支架两侧500mm槽钢内空高度，在槽钢内侧加装3道滚筒横担支撑上层长钢轨。
方案二:利用两侧止档承插孔,将两道横轮两端改装为承插式,使用时将横担插入止档承插孔,支撑长钢轨.
方案三:在500mm槽钢两端增加可以使横担转动的装置，且方便拆卸。
表2方案优缺点比选
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结合现场实际作业情况，通过表2对方案优缺点进行了比选，最终，选用了方案三。
根据已选定方案，为满足单班无砟道床牵引铺轨施工长钢轨供应，采用转动横担方式装载双层长钢轨，提高一倍长轨运输量，施工设计图如图3所示。
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图5.横担强度核算
4.3改造后枕轨运输车辆情况
枕轨双层运输车每列车由1辆首车、1辆锁紧车（位于中部第19号车）、1辆尾车及34辆普通车。第一层每辆安装钢轨滚道3组、间隔铁1组、混凝土枕支承架1处、混凝土枕止挡架4个，支架整体卡放在平板车上；锁紧车上不设间隔铁，安装锁紧装置4组，首车与尾车各安装钢轨挡架1组。第二层（改装层）在轨枕挡架内侧安装钢运输支架（含钢轨滚道滚筒）2组（其中承载滚轮轮沿高度为15mm其作用为间隔钢轨），19车安装锁定装置2套。首车与尾车各加装钢轨档架1组。
加装的挡枕安装座，由原来的螺栓连接改为承插方式，大大减少了拆装时间，确保了装载长钢轨的时间。普通横担，挡枕工字钢安装后，在运输钢轨和轨枕时，纵向则起到了防止运输过程中枕木的窜动。在运输双层钢轨时，横向则起到了防止钢轨运输过程中造成钢轨从侧面脱落。在装下层钢轨时，抽掉左侧销轴后向平车端头旋转，使得上层横担处于纵向位置，当下层钢轨装满时，锁定下层将上层横担旋转处于横向位置插上插销。
4.4轨枕运输车改造后试验
试验实施步骤：
1）由基地综合队吊装4km长钢轨，按照设计标准吊放就位及锁定，达到重载条件，检查各长钢轨状态，并做好锁定处标记。记录装车时间、装车人工等数据。
2）根据实际情况，计划在石林南-石林西联络线进行运行试验；根据需要在列车首车、锁定车、尾车等重要部位进行实时监控。
3）经过相关部门及货运联合检查后，列车操作司机根据调度命令在运行区段内完成各项试验速度下的起步运行、紧急停车等项目试验。
4）铺轨机组与双层轨枕运输车连挂后牵引铺轨作业。
改造后装双层钢轨试验记录数据：
1）根据施工实际情况，轨枕运输支架在10km/h、15km/h、20km/h、25km/h、30km/h运行后检查，改造的轨枕运输支架能满足装载5km的装轨量，下层钢轨不受上层长轨装载影响，运行过程中支架无变形损坏、转动横担无变形，支撑结构无变形、钢轨横向无挤压等现象。
2）第一次采用枕轨运输车首车与铺轨机组进行连挂后，利用铺轨机拖拉-推送机构、钢轨导向机构进行作业，长轨拖拉至尾端导向机构时存在高差，不能进入导向机构；第二次试验时在枕轨运输车首车前增加一辆平车，平车中部架设一道过渡支撑结构可上下调节，与铺轨机组连挂后，拖拉长轨顺利的进入了导向机构，经过推送机构推送长轨至铺轨机组前端2m,然后采用牵引车牵引长轨，顺利完成了无砟道床长轨铺设，轨枕运输支架、铺轨机组在使用中状态良好。
5改造后施工工序
（1）进行有砟无砟交换作业时，现场可以避免切割长轨，可一次将500m长轨牵引或推送完成，减少了后期焊轨头数量。
（2）支撑结构替代了人工支撑轮对轴顶升车体，提高了安全性和施工效率。
改造后的施工工艺见图6。
图6特殊工况下，改造后的单枕连续法施工工艺
6实际应用效果
针对云桂铁路有砟无砟道床交换施工频繁，对轨枕运输支架改造，在满足单枕法施工轨料装载功能基础上，无砟道床牵引施工长轨装载量提高一倍，满足单班施工任务，保证了施工工期，具有较高经济性、安全性。首创的铺轨机组液压支撑改造，使有砟无砟道床交换施工更加简便，人员劳动强度降低，安全性能得到提高，施工效率较高，并减少了后期焊轨数量。
在云桂铁路施工中，有砟-无砟交换作业多达44次，通过有砟-无砟转换系统改进后，每次交换作业可以减少焊接接头2个，按外包焊轨价格计算，节约成本约40万元；相对于改造前有砟-无砟转换可节约时间4h，人员劳动强度降低，提高了施工效率。
云桂铁路无砟铺轨施工约240km，按原有2公里装轨，需运送轨料96次，双层枕轨运输车改造后能减少一半的运输次数，有效地控制了运输成本、组织成本，减少了轨料运输交路时间，有利于合理安排紧后作业施工，提高整体施工效率。
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论文作者:刘树公
论文发表刊物:《建筑实践》2020年01期
论文发表时间:2020/4/27
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