张建强 中国铁路上海局集团有限公司科研所

1 前言

高速铁路开通运营后，随着时间的发展，在列车荷载、外部环境、线下基础结构变形等因素共同作用下，轨道板已经出现裂纹、起鼓、掉块甚至是地图状裂损等病害形式，严重影响轨道结构稳定性和结构强度，需要通过对伤损较严重轨道板的更换来提高线路质量，确保高速铁路行车安全。

目前我国高速铁路营业里程高居世界第一位，有CRTSI、CRTSII、CRTSIII型三类无砟轨道，国内采用的无砟轨道板更换施工技术，受限于机械化程度不高以及我国多样化的无砟轨道类型，存在施工工艺复杂问题，导致出现施工工期长、施工工人员多、经济代价大等问题。根据现场调研情况，一个垂直天窗内更换一块CRTSI型轨道板至少需要施工人员50人以上（不包括防护员、接触网工、轨道车司机等其他配合人员），现场涉及施工人员、工机具较多，组织困难，潜在安全风险较大。CRTSI型无砟轨道板相比于CRTSII、CRTSIII型无砟轨道轨道板更换工艺较为简单，同时随着我国高速铁路长期在不同环境下高负荷、高频率运营，轨道板裂纹伤损不断产生和发展，CRTSII、CRTSIII型无砟轨道轨道板也势必存在轨道板更换问题，因此对伤损特别严重的无砟轨道板进行更换势必成为无砟轨道养护维修的一项重要内容。

为满足日益增多的无砟轨道板更换需求、适应高速铁路单个施工维修天窗短的特点，保障高速铁路安全、平稳、舒适运行，亟需研究无砟轨道板快速更换的机械化装备，提高轨道板更换作业效率和作业质量，提升我国高速铁路无砟轨道养护维修技术水平。

2 无砟轨道板快速更换一体化装备总体方案

无砟轨道板更换工序复杂，每个工序都涉及到不同的工机具、装备，针对工序繁杂特点，根据当下施工装备现状和施工经验按工序完成难度以及装备配合情况进行等级评估，钢轨拨道、轨道板更换、轨道板精调这三个工序是整个轨道板更换施工过程中最具有提升施工效率和施工质量意义的关键工序，完成这三大工序的装备化，可大大简化整个换板施工流程。基于拨道-换板-精调这三大工序分别展开了专用装备研发，形成了钢轨拨道装置、无砟轨道板更换主平台、精调装置为主的轨道板快速更换一体化装备体系。

图1为无砟轨道板快速更换装备配合施工现场图。具体过程为：首先使用拨道装置将钢轨拨开；然后利用轨道板更换主平台将伤损轨道板吊离放在主平台存取库内，从存取库内再吊起新板放入；最后使用轨道板精调装置进行轨道板的精调。

图1 无砟轨道板更换装备

3 钢轨拨道装置

为了保护高速铁路无缝线路的连续性，无砟轨道板更换施工采用拨道方式为新旧轨道板的取出与铺设提供空间。

钢轨拨道装置的功能是将钢轨向外侧拨至一定位置并将钢轨锁紧固定，拨道装置适用于CRTSI、CRTSII、CRTSIII三类无砟轨道板线路情况，三类轨道板结构尺寸不一样，见表1所示，不同板型之间承轨台、铁垫板高度不同，并且每次更换轨道板松开扣件长度至少在100 m以上，拨道装置涉及到的拨道范围较大其性能参数见表2，结构见图2。基于以上这些特点将拨道装置分四个模块，每个模块有自己独立的功能，实际使用时可根据不同板型以及现场实际条件进行不同模块替换进行拨道。四大模块主要包括：

（1）拨道装置主框架，主要实现钢轨的外拨、锁定以及垫支；

（2）拨道动力系统，主要实现钢轨外拨的动力供给以及拨道力、位移的监测；

（3）拨道装置钢轨滑移垫支模块（滑道），主要实现远端部分钢轨的垫支抬高；

（4）钢轨位移约束模块，主要实现靠近端部钢轨的横向限位以及控制钢轨线形渐变。

表1 三类轨道板尺寸参数

表2 拨道装置性能参数

图2 钢轨拨道装置

4 无砟轨道板快速更换主平台

轨道板更换主平台以轨道车为牵引动力，以NX70平板车为载体，集成了无砟轨道板吊装装置、轨道板存放交换装置等，具备运输、吊装、存放交换新旧轨道板的功能，可实现远程遥控操作，主平台性能参数见表3设计，结构见图3。主平台具有以下特点：

（1）单双线兼顾，考虑双线邻线作业为主的方式，兼顾特殊情况下的单线本线作业。

（2）单个天窗至少更换一块轨道板，轨道板快速更换主平台装置一次独立支撑后，可完成至少一块的吊装更换作业；如果在邻线有两块CRTSⅠ型轨道板待更换板相连，可完成两块板的更换作业。但对于CRTSⅡ、Ⅲ型轨道板，由于其它施工工序占时长的限制，装备一次独立支撑后，只更换一块。

（3）CRTSⅠ、Ⅱ、III型板都可进行更换。

表3 轨道板快速更换主平台性能参数

图3 无砟轨道板更换主平台

5 无砟轨道板精调装置

无砟轨道板精调装置可实现轨道板精调机械化、自动化，主要以待精调轨道板与相邻两块轨道板平顺过渡为调整目标，以参考CPIII点为辅，即以相对误差为主，绝对误差为辅助参考调整轨道板。

轨道板精调装置实现轨道板的空间位置调整主要从轨道板垂向、横向、纵向以及回转四个维度进行，精调装置将四个维度的调整分两个部分实现，分别为回转调整部分和底座板支撑部分，精调装置的动作主要通过液压系统实现，主要性能参数见表4，设计结构见图4。轨道板精调装置主要分三大模块来进行功能划分，具体包括：

（1）回转调整模块，该模块具有轨道板横向调整、垂向高程调整、轨道板旋转功能；

（2）底座板支撑模块，该模块负责支撑回转调整模块，轨道板纵向位置确定，精调完成后与回转调整模块连接紧固，与底座板形成整体，为下一步灌浆工序做扣压准备；

（3）液压控制系统，主要是根据实时测量的轨道板空间位置坐标进行控制整个液压系统。

表4 轨道板精调装置主要性能参数

图4 无砟轨道板精调装置

6 总结

针对轨道板更换需求现状，中国铁路上海局集团有限公司联合徐工集团、同济大学等多家单位进行了针对无砟轨道板更换的装备研发，研发生产了无砟轨道板更换一体化装备，填补了当下无砟轨道板更换一体化装备的空白。

钢轨拨道装置适用于CRTSI、CRTSII、CRTSIII型三类无砟轨道板，具备根据现场拨道长度进行布局调整以及合理控制拨道过程中钢轨线型的的功能，大大降低了钢轨拨道的风险。

无砟轨道板快速更换主平台是用于无砟轨道板更换的专用装备，可适用于各种营业线断面尺寸轨道，满足单双线作业要求，大限度的提升了轨道板更换效率和安全性。

无砟轨道板精调装置采用液压控制系统配合相对误差为主的测量方式，大大提高了天窗点内轨道板精调效率。