付余，徐玉胜，张二海

（1. 杭州浙达精益机电技术股份有限公司，浙江 杭州 310012；2. 中国铁道科学研究院 深圳研究设计院，广东 深圳 518000）

CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升设备方案设计

付余1，徐玉胜2，张二海2

（1. 杭州浙达精益机电技术股份有限公司，浙江 杭州 310012；2. 中国铁道科学研究院 深圳研究设计院，广东 深圳 518000）

针对CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升现行工艺难以满足当前病害整治实际需求，提出应引入现代化大型机械设备并研发与之配套的整治技术。在总结分析CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升及纠偏工艺存在问题的基础上，提出相应设计思路及方案：借助已获得上道资质的轨道车或牵引设备作为动力源，在其拖挂的平板车上集成轨道结构整体抬升纠偏所需的机具和装置，形成小编组以达到整治设备上道作业的最终目的。该方案未改变平板车原有性质，无需经过上道车辆的审批程序，可节省大量时间。

无砟轨道；整体抬升；纠偏；设备

0 引言

CRTSⅡ型无砟轨道是目前国内高速铁路铺设里程最长的轨道结构，开通运营数年后，因施工预压期短、交叉工程施工和区域沉降等因素影响，部分线路的局部地段出现下沉现象[1-2]。当沉降量产生的轨道不平顺在扣件调整能力范围内时，通过扣件调高顺坡的方式消除影响；一旦沉降量超出扣件的调整范围，则需借助轨道抬升的手段加以整治[3-4]。目前，针对CRTSⅡ型无砟轨道的抬升方法是在底座板与基床表层之间填充高强发泡材料，借助材料反应后产生的膨胀压力实现轨道板结构的抬升[5]。该方法已在京津城际、京沪高铁、兰新高铁和广深港高铁等多条线路上得到成功应用，并取得良好的治理效果。

然而，受高铁“天窗点”维修制度的限制，现行工艺在应用过程中暴露出现场安全管控难度大、作业质量难以保持一致、作业效率低以及工人劳动强度大等诸多问题。究其根本原因，主要是传统的人工作业方式与高铁要求实现“天窗点”内快速养护维修之间的矛盾所致。要想在有限的施工“天窗”内安全高效地完成作业任务，有必要参照既有线养护维修的成功经验，引入适用于CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升及纠偏的现代化大型机械设备，并开展与之配套的快速整治技术研究。借助大型设备的自动化、高效化和集成化优势，全面提升施工安全和作业质量，在大幅提高作业效率的同时降低人工成本。

1 现行抬升纠偏工艺及存在问题

1.1 现行工艺

CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升纠偏现行工艺的作业流程见图1[5-7]，大致可分为施工准备工作、注胶抬升纠偏、轨道测量和轨道顺坡4个步骤：（1）施工准备主要是完成钻孔、管线保护、安装注胶管和安装调试注胶设备等几项工作；（2）注胶时按照先两侧边孔封闭侧缝，后中间孔抬升注胶，再通过边孔注胶对轨道结构姿态进行微调，整个过程需通过实时测量来调节注胶压力、注胶量以控制轨道的抬升量；（3）注胶抬升作业前、中、后都需要对轨道高程、中线等参数进行实时监测，以确保轨道几何状态不发生变化；（4）轨道结构抬升后，通过调整扣件对线路进行顺坡，并在顺坡结束后再次利用轨检小车进行复检。

图1 CRTSⅡ型无砟轨道抬升纠偏工艺流程

1.2 存在问题

（1）作业效率低，劳动强度大。现行工艺的大部分作业流程都要依靠人工完成（见图2），尤其是钻孔工序费时费力，目前只能借助手持工具或小型设备施工，不仅作业效率低，且工人体力劳动繁重。

（2）作业质量难以保持一致。钻孔作业目前依靠人工利用手持工具完成，钻孔的尺寸规格因工人的操作水平和习惯而难以保持一致，对后续的注胶作业质量存在一定影响。

（3）现场安全管控难度大，人工成本高。无砟轨道结构抬升这类施工在高铁维修中属大修范畴，不仅工艺复杂、流程多，而且往往为了加快施工进度和充分利用有限的施工“天窗”，动辄就会出现超过百人同时上道作业的现象（见图3），加大了现场安全的管控难度。此外，人工成本较高，施工企业利润较低。

图2 现场人工钻孔

图3 超过百名工人在现场作业

2 抬升设备的方案设计

2.1 设计思路

根据中国铁路总公司对上道设备的管理规定，自带动力的设备上道作业必须通过审批，程序繁琐且周期长。为了简化审批环节，设计方案的整体思路是借助已获得上道资质的轨道车或牵引设备作为动力源，在其拖挂的平板车上集成轨道结构整体抬升纠偏所需的机具和装置，形成小编组来达到整治设备上道作业的最终目的。

影响作业效率的“瓶颈”主要体现在钻孔环节，以处理一段60 m沉降区间为例，注胶孔和封闭孔的总数将近70个，人工钻孔不仅效率低，而且各个钻孔的质量标准难以保持一致，钻孔过程中经常出现的卡钻现象也会使作业效率大打折扣。此外，施工监测同样依靠人工完成，为确保注胶不会对轨道几何状态产生影响，注胶作业前、中、后都需采用电子水准仪对线路的轨距、水平、方向和高低参数等进行监测，不仅环节多，而且由不同的作业组承担注胶和监测作业，不利于信息的及时传递和反馈。鉴于上述问题，尝试从钻孔和监测2个环节入手，充分利用设备的机械化、集成化优势提升作业效率，从而达到快速整治的目的。

2.2 设计方案

为避免钻孔、注胶等作业工序的相互干扰，方案采用模块化的设计理念，即按照CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升的作业流程将整治设备划分为3个主要功能模块：钻孔车、注胶车和监测系统。为了提高设备的集成化程度，监测系统将安置在注胶车上（见图4、图5）。

2.2.1 工作原理

（1）当轨道车牵引载有钻孔车和注胶车的平板车抵达作业现场后，钻孔车和注胶车首先通过导轨装置自行下滑至轨道后，轨道车牵引平板车驶离作业区。作业车上、下平板车示意见图6。

（2）钻孔车行驶到作业位置后，作业车两侧的夹持装置在液压系统的驱动下夹紧底座板两侧，使其保持固定。

（3）钻孔时，注胶孔和封闭孔分别由安装在钻孔车两侧的倾斜排钻和中间的垂直排钻完成，完成一组钻孔后，电机驱动钻孔车自动行走至下一组孔位实施钻孔作业，如此往复。电机驱动示意见图7。

（4）钻孔车完成一组钻孔任务后，注胶车下管对封闭孔注胶密封，一次可完成14个孔的注胶作业，之后进入下一组孔位，再完成下一批封闭孔的注胶密封，如此往复。

图4 钻孔车、注胶车三维效果图

图5 集成在注胶车上的监测系统

图6 作业车上、下平板车示意图

图7 电机驱动示意图

（5）完成所有封闭孔的注胶后，注胶车返回初始作业点，通过中间注胶孔实施注胶抬升。在整个注胶过程中，集成在注胶车上的监测系统将根据工务部门预先设定的数据对线路的轨距、水平、方向和高低参数等进行实时监测，并实现与注胶量和注胶压力的联动。当线路参数变化接近设定值时，注胶装置将通过降低注胶压力减小注胶量或停止注胶，从而避免人工操作存在的精准性、不确定性差等问题。

2.2.2 方案特点

（1）钻孔车和注胶车依靠由轨道车牵引的平板车到达作业现场，进场后通过平板车上的起落板导轨装置下放至轨道上开始作业，作业完成后以同样方式返回平板车驶离现场。该方案未改变平板车原有性质，无需经过上道车辆的审批程序，可节省大量时间，且基本不损耗天窗时间，方便快捷。

（2）作业过程中，按工艺要求需要，首先对两侧封闭孔注胶，之后再返回起始作业点实施注胶抬升。由于两作业车完成各自任务所需时间不同，实行单独控制有利于形成流水作业，提高作业效率。

（3）将钻孔车和注胶车设置为不同的功能模块，可有效避免钻孔过程中产生的振动或摆动对监测系统的影响甚至损害。

2.3 与现行整治方法比较

（1）钻孔车采用排钻设计，一次即可完成2个中间孔和4个边孔的钻设，可以保证钻孔质量的一致性，在大幅提高作业效率和质量的同时还可减少人工用量，节省人工成本。

（2）注胶车上除集注胶机、空压机用于注胶和吹孔之外，还兼有运输材料的作用。作业车的自行走功能可方便地将材料运至各作业工点，大大减轻工人的作业负担。

（3）注胶车上集成的自动监测系统可对注胶抬升作业前、中、后的轨道几何参数进行实时监测，有效保证轨道几何状态的安全性。此外，该系统还可以实现与注胶设备的联动，即通过反馈的测量数据对注胶压力和注胶量等关键参数进行控制，确保施工作业不会对轨道结构造成影响。

3 结论与展望

（1）依靠传统人工作业方式对无砟轨道进行养护维修已难以适应当前高铁快速发展的需要，参照既有线大型养路机械的发展历程可知，采用现代化大型机械施工取代人工作业已成为高铁病害整治的研究方向。唯有借助大型设备的机械化、自动化和集成化优势，才能从根本上解决无砟轨道病害整治中存在的施工质量差、作业效率低和劳动强度大等问题。

（2）针对CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升现行整治措施中存在的问题，从制约作业效率的关键环节入手，提出采用专用整治设备解决问题的设计思路，并给出设计方案。

（3）虽然给出CRTSⅡ型无砟轨道结构抬升设备的初步设计方案，但开展此类研究的最终目的是要将科技成果转化为生产力，即研制出能够真正实现病害快速整治的作业设备。因此，下一步将依托已取得的研究成果，通过与轨道车厂家的密切合作，力争在短期内加工制造出病害整治样车，并在完成试验段测试的基础上尽快实现设备的上道作业。

[1] 王五一，杨金元. 技术创新的注胶法整治铁路无砟轨道道床下沉技术研究[N]. 科技日报，2014-10-27(12).

[2] 胡伟松. 京津城际铁路沉降现状分析及应对策略[J].科技资讯，2014(4)：90-91.

[3] 陈一脉. CRTS-II型板式无砟轨道抬板维修方案研究[D]. 成都：西南交通大学，2014.

[4] 郑新国，刘竞，李书明，等．高速铁路沉降无砟轨道结构注浆整体抬升修复关键技术[J]. 铁道建筑，2015(1)：93-97.

[5] 张国全．高速铁路无砟轨道整体抬升技术探析[J].山西建筑，2016(6)：139-141.

[6] 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所. CRTS-II型板式无砟轨道沉降注胶抬升修复技术研究报告[R].北京，2013.

[7] 黄家聪，陈一脉，陈浩，等. 抬板法在CRTSⅡ型板式无砟轨道维修中的应用[J]. 中国铁路，2015(8)：78-81.

责任编辑 李葳

Scheme Design for Structure Uplifting Equipment of CRTSⅡ Type Ballastless Tracks

FU Yu1，XU Yusheng2，ZHANG Erhai2
（1. Hangzhou Zheda Jingyi Electromechanical Technology Co Ltd，Hangzhou Zhejiang 310012，China；2. Shenzhen Research and Design Institute，China Academy of Railway Sciences，Shenzhen Guangdong 518000，China）

To address the problem that the existing structure uplifting process of CRTSⅡ ballastless tracks is unable to satisfy the actual needs of current damage renovation, it is proposed in this article to introduce large advanced machinery and equipment and develop supporting technologies of damage renovation. After summarizing and analyzing the problems existing in structure uplifting and deviation rectification process of CRTS? type ballastless tracks, the corresponding design idea and scheme is put forward: take rail cars or traction devices qualif ed for on-track operation as the power producer, and integrate the machines, tools and devices required for the overall uplifting and deviation rectification of track structures on the flatbed trailer driven by them to form a small marshalling for the f nal purpose of putting the rectif cation equipment into on-track operation The original attribute of the f atbed trailer has not been changed in this scheme. Thus it does not need to go through the examination and approval procedures of vehicles which are about to run on tracks and can save a lot of time.

ballastless tracks；overall uplifting；deviation rectif cation；equipment

U213.2

A

1001-683X（2017）04-0072-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.072

2017-01-13

中国铁道科学研究院科技研究开发计划项目（1451SZ6604）

付余（1980—），男，工程师，本科。E-mail：13157188293@126.com