侧切式清筛技术分析及应用展望

杨 斌，王发灯，王 鹏

(1．昆明中铁大型养路机械集团有限公司，云南 昆明 650215;2．中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

侧切式清筛技术分析及应用展望

杨 斌1，王发灯2，王 鹏2

(1．昆明中铁大型养路机械集团有限公司，云南 昆明 650215;2．中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

分析并总结了我国线路清筛作业的现状和需求，介绍了国内外清筛技术的研究和应用，提出侧切式清筛技术是一个新的发展方向，最后探讨了侧切式清筛机在不同线路上的作业模式。研究表明，侧切式清筛机可以适用于各种形式的道岔清筛，能应用于双线隧道的清筛，在辅以拨道作业的情况下，还能解决部分单线直墙衬砌隧道清筛作业这一难题，具有良好的应用前景。

侧切式清筛技术 道岔 隧道 作业模式

在我国，铁路线路结构复杂，国内现有的大中型养路机械并不能完全满足线路养护现场作业需求。尤其是在隧道内，清筛作业环境差，效率低，人工劳动强度大且作业质量难以保证。侧切式清筛机能够完成隧道内道砟清筛作业，国外已经研制使用了相关技术。因此，研究和分析侧切式清筛机技术，有助于提高我国铁路线路维修质量及养路机械技术装备水平。

1 国内线路清筛技术现状

保持道床弹性和排水良好是清筛作业的主要目的。国内铁路线路形式多样，结构复杂，正线、边坡、道岔、桥梁、隧道清筛作业环境和要求迥异［1］，给清筛技术带来很大的难题，需要不同的清筛机来满足不同线路的清筛作业需求。中型、大型清筛机，边坡清筛机和现有道岔清筛机只能清筛正线和部分道岔区线路，主要机型有奥地利普拉塞的 FRM 80S型边坡清筛机、HRM2004CH型高效清筛机，美国KERSHAW公司和LORAM公司的边坡清筛机，以及昆明中铁自主研发的BS-550 边坡清筛机［2］。

1983年7月，原铁道部引进奥地利普拉塞公司的RM76型清筛机。1987年昆明中铁率先在国内试制成功QQS-300型全断面道砟清筛机。自此我国开始了铁路线路机械化清筛作业的历史进程。随后，昆明中铁通过引进国外先进技术、消化吸收再创新，打破国外技术壁垒，全面掌握了国外先进技术，积累了一批自有技术和核心技术，开发了一批具有自主知识产权的新产品，如国产化RM80型道砟清筛机、QQS-550型全断面清筛机、QQS-450型全断面清筛机等［3］。

除昆明中铁以外，我国各铁路局还自行研制了多种清筛机械，如分别用于铁路单线和复线地段道床清筛作业的XZQ-S(XZQ-S2)型单(双)变小型枕底清筛机和QQS-300型中型清筛机。这两种机械无作业走行驱动装置，区间运行依靠轨道车或机车牵引。此外，还自行研制了大型轨行式全断面清筛机，如柳州铁路局LZ-80型、上海铁路局ND-80型、沈阳铁路局双扒链型、济南铁路局JQY-1型清筛机等。

经过30多年的发展，通过技术引进和二次创新，我国已形成以大型清筛机械为主的机械化清筛新格局。我国大型清筛机械不但在装备水平上而且在运用技术上均获得了重大进展，对减轻线路工人作业的劳动强度，提高道砟清筛质量和作业效率起到了积极作用［4］。然而，目前国内隧道清筛工作基本上还是采用人工作业，国内外专属隧道清筛机械尚属空白［5］。岔区线路繁多，结构复杂，清筛技术的应用也处于起步阶段。

2 侧切式清筛技术分析

2.1 侧切式清筛机介绍

侧切式清筛机是在侧切式挖掘技术基础上发展起来的清筛机，虽然整机结构不同，基本原理均是采用刀板挖掘装置进行道床枕底挖掘［6］。国外目前有两种技术较为成熟的侧切式清筛机。一种是美国HARSCO公司生产的 GO4S-Ⅲ-C型边坡、道岔一体式清筛机(图1)，它采用斗轮与底切挖掘装置相配合的清筛作业方法。该清筛机的挖掘装置设计了悬臂支撑梁，用来控制斗轮挖掘机构与刀板挖掘机构在挖掘作业时的左右横移和上下升降。

图1 GO4S-Ⅲ-C型清筛机

另一种是奥地利普拉塞公司的URM700型道岔清筛机(图2)。它装备了旋转式的枕底挖掘装置，左右对称布置一组扒链式的边坡挖掘装置。在进行道岔挖掘时，先用边坡挖掘装置开挖出一条沟槽，然后将侧切刀板放下，从枕底切入，进行枕底挖掘，实现连续清筛作业，可节省清筛作业的准备工作时间。该清筛机还在侧切刀板远端设置了定位加强装置，能够很好地解决刀板远端切削强度不足的问题。

图2 URM700道岔清筛机

中国铁道科学研究院与昆明中铁正在联合研制的CQS-300型侧切式全断面道床清筛机如图3所示。该清筛机主要由前后司机室、挖掘装置、道砟输送装置、筛分装置、污土输送装置、车架和两个三轴转向架等部件组成。它采用刀板枕底挖掘与斗轮挖掘提升相结合的方式作业。挖掘装置通过刀板切入枕底，将枕底道砟挖掘并排出至边坡处，然后利用斗轮挖掘装置将道砟挖掘提升至道砟输送装置，通过输送带将道砟传送到筛分装置，道砟经过筛分后，干净的道砟回填至道床，污土通过主污土带传送到车体后方并抛出道床外面。

图3 CQS-300型侧切式清筛机

2.2 侧切式清筛技术特点

侧切式清筛技术主要用于解决多种形式、复杂地段道岔的清筛作业问题，可适用于正线、边坡，兼顾桥梁和隧道清筛，具备高效、稳定、适用范围广等优点，详述如下:

1)辅助作业时间短、辅助施工人员较少，不需人工预先开挖工作断面;

2)可单边独立作业(道岔清筛)或双边同时作业(边坡清筛);

3)作业方式灵活快速、不需要拆除转辙机等设备，能适应多种形式道岔的清筛;

4)可方便地为大型全断面枕底清筛机挖掘安装底梁用的拢口;

5)能适应部分桥梁和隧道地段清筛。

3 侧切式清筛技术应用展望

3.1 道岔清筛作业

我国铁路岔区线路复杂，要求道岔清筛机的作业模式能适应多样的道岔形式。

1)单渡线施工作业模式

单渡线是铁路运营线路最为普遍的一种道岔形式［7］(图4)。侧切式道岔清筛机由于左右对称各布置一组斗轮挖掘装置和刀板式枕底挖掘装置，可通过2次施工全面覆盖整组道岔，且工作装置不侵入邻线，不影响邻线运营。施工时整机无需调头。

图4 单渡线道岔施工(单位:mm)

2)站线施工作业模式

我国典型站线布局如图5所示，线路建设时未考虑大型养路机械施工要求，1，3号道岔或2，4号道岔的距离较近，传统道岔清筛机的展宽有限，不能全部覆盖三线施工，需要拆接4次，施工相对繁琐，劳动强度大。侧切式道岔清筛机采用直股单向的作业模式。清筛机沿着作业方向始终行驶在直股线路上，进入4号道岔时，沿着作业方向左侧的挖掘装置进行挖掘作业，挖掘刀板从左至右切入枕底;进入2号道岔时，沿着作业方向右侧的挖掘装置进行挖掘作业，挖掘刀板从右至左切入枕底。同样的作业模式适用于1，3号道岔，从而完成全部4组道岔清筛。

图5 站线施工模式

3)交叉渡线、对称道岔等施工作业模式

在驼峰编组场内主要采用双开对称道岔和对称三开道岔。而我国在站场设计中，还常将交叉渡线与复式交分道岔组合使用，如图6、图7所示。这些道岔的道床维护保养多采用人工及小型机具辅助施工模式，作业效率较低［8］。侧切式道岔清筛机左右对称的挖掘装置，通过类似于前述站线作业模式，可以有效地解决此类型道岔及道岔组合的机械化清筛问题。

图6 交叉渡线道岔(单位:mm)

图7 复杂道岔(单位:mm)

3.2 正线清筛作业

侧切式清筛机进行正线清筛作业时，出入施工现场不需配备辅助人员，施工组织模式相对简单，对需要临时清筛的道床可做到及时处理并快速离开。传统清筛机作业前需要预先开挖工作端面，以便将扒链穿入连接成整体才能进行施工作业，如图8(a);侧切式清筛机作业时无需人工开挖工作端面，利用斗轮挖出沟槽放下刀板，刀板切入枕底便直接进入施工状态，更适宜我国开“天窗”的作业模式，如图8(b)。

3.3 道床边坡清筛作业

侧切式清筛机两侧均布挖掘装置，可根据工务施工需要进行单侧或双侧边坡清筛作业，如图9所示。

图8 正线清筛作业前

图9 边坡清筛

3.4 桥隧道床清筛作业

我国铁路桥梁、隧道形式多样，数量较多，现有的清筛机因结构设计的限制，不能进行有效的清筛作业。桥梁的作业条件优于隧道，多数的桥梁可以采用现有的清筛机作业，若设备能应用于隧道清筛作业，则适用于桥梁。

TB 10003—2005《铁路隧道设计规范》［9］中第8.0.4条规定，轨枕端头至侧沟、电缆槽间的道砟宽度不应小于200 mm，靠近道床一侧的侧沟墙身应增设构造钢筋。即隧道设计建造时，轨枕端头至侧沟、电缆槽间的道砟宽度≥200 mm就符合标准要求。而国内现有清筛机，以QS650型为代表，其挖掘机构输砟导槽宽度尺寸最小为550 mm，如要进行清筛作业，枕木端头距各种铁路设施的距离要大于550 mm。

复线隧道枕木端至侧沟或电缆槽距离小于400 mm，如使用QS650型清筛机进行清筛作业，需多次拨道。侧切式清筛机采用自两线间用刀板切入枕底的方式进行枕底挖掘，不必进行拨道作业，可有效解决复线隧道清筛作业问题，如图10所示。

图10 复线隧道侧切式清筛机施工示意(单位:mm)

单线直墙衬砌隧道如图11(a)所示［10］，其最小净宽b=4 900 mm，若轨枕采用Ⅱ型轨枕(长2 500 mm)，则轨枕头距两侧障碍物距离分别为500，900 mm;若轨枕采用Ⅲ型轨枕(长2 600 mm)，则轨枕头距两侧障碍物最小距离分别为450，850 mm。侧切式清筛机特殊的结构设计辅以拨道作业，用刀板切入枕底的方式进行枕底挖掘，可有效解决此类型的隧道清筛作业问题，如图11(b)所示。

图11 单线直墙衬砌隧道断面及侧切式清筛机作业示意

4 结语

我国铁路隧道内清筛作业环境差，效率低，人工劳动强度大且作业质量难以保证，国内现有的大中型养路机械并不能满足现场作业需求。

侧切式清筛机是在侧切式挖掘技术基础上发展的清筛机，它采用刀板枕底挖掘与斗轮挖掘提升相结合的方式进行作业。致力于解决多种形式、复杂地段道岔的清筛作业问题，具备高效、稳定、适用范围广等优点。

侧切式清筛机采用自两线间用刀板切入枕底的方式进行枕底挖掘，不必进行拨道作业，可有效地解决复线隧道清筛作业问题;若辅以拨道作业，可进行单线直墙衬砌隧道内的道砟清筛作业。

［1］刘志明．高速铁路综合调度系统体系结构的研究［J］．中国铁道科学，2004，25(2):1-3．

［2］寇长青，宋慧京．全断面枕底清筛机［M］．北京:中国铁道出版社，1998．

［3］李洪升，胡斌．道岔清筛机的设计与应用研究［J］．铁道建筑，2011(11):119-121．

［4］宋慧京．构建我国大型养路机械技术体系［J］．中国铁路，2007(8):16-20．

［5］马良民．RM80型全断面道碴清筛机挖掘能力不足问题的研究［D］．成都:西南交通大学，2003．

［6］何华武．铁路工程技术论集［M］．北京:中国铁道出版社，2007．

［7］王午生．铁道线路工程［M］．上海:上海科学技术出版社，1999．

［8］钟建国．清筛机挖掘机构所受道碴移动阻力的分析［J］．铁道建筑，1999(2):27-29．

［9］中华人民共和国铁道部．TB 10003—2005 铁路隧道设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

［10］铁道部第二工程局．铁路工程施工技术手册—隧道［M］．北京:中国铁道出版社，2007．

U216．63+2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．07．37

1003-1995(2015)07-0130-04

2015-03-20;

2015-04-25

中国铁道科学研究院基金项目(2014YJ021)

杨斌(1970— )，男，云南昆明人，高级工程师。

(责任审编 李付军)