新型长钢轨换轨车在铁路铺轨施工中的创新应用

丁文长，刘 勇，张兆钦，刘元宝，孙志瑞，仙进兵

（中铁十四局集团第五工程有限公司，山东兖州 272117）

1 国内铁路建设施工大环境

铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在国民经济社会发展中具有重要作用。随着我国经济的快速发展和出行人口的日益增多，交通舒适度、便捷性越来越成为人们关注的问题，无缝铁路的发展速度也日益加快。无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，与普通铁路线路相比，无缝线路在相当长一段线路中消除了大量接头，从而减少冲击振动，提高了车辆的运行稳定性和乘坐舒适度，减少材料消耗，降低轨道养护维修费用，延长线路设备机车车辆的使用寿命及维修周期，减少车辆撞击钢轨产生的噪音，适用于高速行车的要求等，是铁路现代化主要内容之一。

换铺施工是目前最主要的无缝铁路长轨铺设方式，其中人工换铺是各大施工单位采取的最主要的施工方式。但目前随着国内人口老龄化速度的加快，80、90 后群体大多已不再愿意从事这种体力劳动，用工难成为目前建筑施工领域较为突出的矛盾。根据国家工信部联安全〔2018〕111 号《四部委关于加快安全产业发展的指导意见》明确提出要研发一批具有国际先进水平的安全与应急产品，推广应用一批“机械化换人、自动化减人”的安全技术装备，提升各行业领域的本质安全水平，培育新经济增长点。机械化是企业实现经济增长、转型升级的必由之路。

2 传统长轨换铺施工主要工法及存在问题

2.1 传统人工换铺主施工工法

在线路达到初期稳定或稳定状态时，实施长轨换铺作业。主要工序包括：①拆卸扣配件；②将短轨（工具轨）拨出轨槽；③将长钢轨拨入轨槽；④安装扣配件。施工时每班正常需配置作业人员40人，根据现场统计数据，正常情况下每班每日可完成换轨4 km，计0.5 km/h。施工时作业人员须连续作业，劳动强度较大。

2.2 人工换铺存在的主要问题

传统的人工换铺施工，用工数量较多（每班40 人，大干抢工时每班需配置80 人或以上），作业效率低下，安全风险高，目前因受作业人员配置资源限制，已不能满足大干抢工的需求。

3 新型长轨换轨车施工应用

为解决长钢轨人工换铺带来的成本高、作业风险高、用工荒、效率低、工艺落后等问题，中铁十四局集团第五工程有限公司机械管理人员进行技术攻关，依托公司邯济至胶济铁路联络线项目工况、工期等制定研发计划，设备设计研发方案确定后，公司联合株洲长远智造股份有限公司进行生产，设备出厂后在工地经过反复调试、技术改进，已具备非常优秀的施工作业能力，帮助邯济至胶济铁路联络线项目顺利按期高质量完成500 m 长钢轨换铺施工作业，为邯济至胶济铁路联络线顺利开通奠定了坚实基础。该换轨车自身为一机械结构，通过机械结构和相互作用力，实现25 m 工具轨的起道、位移和500 m 长钢轨的起吊、入道（图1）。

图1 换轨车结构

3.1 新旧钢轨换轨装置

新旧钢轨换轨装置主要由主梁、下导框、上导轮及导槽组成。新轨从上导轮进入，旧轨从下导框进入。

3.2 新旧钢轨起吊装置

新旧钢轨起吊装置主要由导轨花架、连接槽钢、走轮等部分组成。

3.3 车辆组成

车辆主要由底架组成、K2 型转向架及风手制动系统等组成。为便于运输，底架组成分为2 部分，2 部分之间采用铰制孔螺栓连接。转向架采用转K2 型转向架。基础制动装置采用中拉杆式单侧闸瓦制动，装用L 型组合式制动梁。风制动系统采用120 阀控制系统，主要由120 阀、50 L 副风缸、11 L 降压风缸、不锈钢管路系统、305×254 制动缸、制动杠杆及拉杆等组成。手制动系统采用NSW-1 型手制动机控制，主要由NSW-1-1704型手制动机、滑轮、拉杆及链条等部分组成。

3.4 桁架组成

桁架组成主要采用型钢（角钢及槽钢）焊接成桁架结构。为便于运输，分成2 部分，2 部分之间采用螺栓连接，目的是增加车辆悬臂的钢度。

3.5 悬臂架

悬臂架是采用钢板焊成的“T”形结构，前端安装有车钩安装座、横梁上装有升降丝杆及导向柱，后端采用销轴安装到车辆上。

3.6 中部导框组成

中部导框组成主要是导入新轨，由导框、导轮、连接梁、导槽等部件组成。

3.7 防跳装置

防跳装置主要是防止钢轨脱出导框时钢轨弹跳保护装置，它由槽钢焊接而成。

3.8 车钩连接装置

车钩采用2#固定式车钩，由钩体座及钩头等组成。

3.9 手拉葫芦

手拉葫芦采用标准PK5t-3m 型环链手拉葫芦。起重量为5 t，起升高度为3 m。

3.10 配重

配重主要是在换轨时平衡车辆，配重为5 t，安装车辆后部。

3.11 基本参数

设备总重30 t，换长1.8 m，牵引速度≤5 km/h，车辆最大长度18.7m，车辆最大宽度3.2 m，车辆最大高度2.9 m，车辆定距8.4 m，转向架轴距1750 mm，车钩高880±10 mm，牵引方式为轨道车或机车牵引，手拉葫芦起重量5 t，起升高度3 m。

3.12 具体施工方式

该设备完成正常施工任务需配置牵引动力，可拖挂在轨道车或机车上，在设备到达施工部位后，使新钢轨接头处于换轨中部的导框位置，利用悬臂架的升降丝杆，将新旧钢轨换轨装置下行至最低位置。利用换轨车上的手拉葫芦，吊起两侧新钢轨使钢轨进入导框中，车辆组继续前行，至换轨车后转向架车轮距离接口＜4 m 位置。利用换轨车上的手拉葫芦，吊起两侧旧钢轨使钢轨进入新旧轨换轨装置的下导框中。护住钢轨使新钢轨进入上导轮中，车辆组前行，使新钢轨能够入槽并能对轨。采用鱼尾板或接轨器，固定轨缝，并将旧钢轨导向两侧。人员跟随车辆组前行，人工护住新钢轨入槽（图2）。

图2 换轨车施工方式

待换轨作业进行到新钢轨脱出中部导框前，车辆应缓慢前行。使钢轨缓慢脱出导框。此时人员不可站在导框两侧，防止钢轨弹出伤人。车辆继续缓慢前行，待钢轨即将脱出后导框前，采用手拉葫芦吊住新钢轨。待钢轨完全脱出导框后，放下新钢轨并入槽。完成换轨后，车辆撤离。

4 新型长轨换轨车与传统人工换铺施工对比

与传统的人工换轨方式相比，新型长钢轨换轨车的设计与使用在现场应用中具有以下4 个方面的优点：

4.1 施工效率高，作业成本低

根据现场实际统计和测算，新型长钢轨换轨车综合施工效率为2 km/h，每班组仅需8 名配合人员，设备可24 h 作业，单班日均可完成换轨施工16 km，能完成各种急难险重的施工任务。相比之下，人工换轨在每班组配置40 人的情况下，最快换轨效率为0.5 km/h，因依靠人力，无法持续高强度作业，日均最大换轨4 km。长轨换轨车作业效率至少为人工作业效率的4 倍。人工费按每人每天200 元计算，长轨换轨车配合作业人员日工资1600 元，人工换轨作业人员日工资8000 元。长轨换轨车作业人工成本为人工作业成本的五分之一。人工作业需配置撬棍、手套、乘用车辆等，按40 人计算成本约需4100 元；机械作业换轨车折旧费用每天约200 元，牵引车租赁费每天约2000 元。在人工铺轨配置40 人的情况下，单班长轨换轨车施工效率至少为人工换轨效率的4 倍；长轨换轨车每公里施工成本约为280 元，人工换轨每千米成本约3025 元，机械较人工每千米节约成本约2745 元。

4.2 大大降低劳动强度

传统人工换轨效率较低，单元焊等后续作业无法持续跟进，作业相对独立，整体效率低下。采用长轨换轨车换轨施工后，换轨完成即可开展单元焊施工，减少扣配件拆卸安装次数，创新了换轨形式，优化了换轨流程。

传统人工换轨时全靠人力施工，需要对新老钢轨翻进翻出，作业人员体能消耗大，工作强度高。长轨换轨车作业时最多配置8 名辅助作业人员，进行钢轨的吊装及辅助新旧钢轨的摆放，体力消耗小，降低了作业人员工作强度。

4.3 实现护轮轨一次到位施工

传统人工换轨施工时护轮轨和长轨换装需要两步实施，换完长轨后再将护轮轨安装到位。利用长轨换轨车施工后，换轨车可一次性将工具轨安装到护轮轨安装位置，实现长钢轨换铺和护轮轨安装一次到位，减少作业工序，提高换铺效率。

4.4 降低换轨作业安全风险

传统人工换轨方式因主要依靠人来完成，人的不稳定因素及不安全因素较多，该换轨方式主要由机械完成施工，机械自身的稳定性及对人员的防护性较高，减少了人的不安全性，大大降低了安全风险。

5 总结

根据现场测试，十四局五公司研发的长轨换轨车换轨效率可达到2 km/h，作业人员较人工换轨减少至1/5，该方式取代传统的人工换轨方式，大大提高换轨效率，减少了用工数量，降低了综合施工成本投入，降低了作业人员劳动强度，创新了换轨施工形式和流程，实现护轮轨一次到位施工，降低换轨作业安全风险。公司积极进取，开拓创新，响应国家号召，大力推动企业施工机械化进程，实现了机械化换人的又一次有效尝试，为公司后续换轨施工奠定了坚实基础。