新型長鋼軌換軌車在鐵路鋪軌施工中的創新應用

丁文長，劉 勇，張兆欽，劉元寶，孫志瑞，仙進兵

（中鐵十四局集團第五工程有限公司，山東兗州 272117）

1 國內鐵路建設施工大環境

鐵路作為國民經濟的大動脈、國家重要基礎設施和大眾化交通工具，在國民經濟社會發展中具有重要作用。隨著我國經濟的快速發展和出行人口的日益增多，交通舒適度、便捷性越來越成為人們關注的問題，無縫鐵路的發展速度也日益加快。無縫線路是鐵路軌道現代化的重要內容，與普通鐵路線路相比，無縫線路在相當長一段線路中消除了大量接頭，從而減少沖擊振動，提高了車輛的運行穩定性和乘坐舒適度，減少材料消耗，降低軌道養護維修費用，延長線路設備機車車輛的使用壽命及維修周期，減少車輛撞擊鋼軌產生的噪音，適用于高速行車的要求等，是鐵路現代化主要內容之一。

換鋪施工是目前最主要的無縫鐵路長軌鋪設方式，其中人工換鋪是各大施工單位采取的最主要的施工方式。但目前隨著國內人口老齡化速度的加快，80、90 后群體大多已不再愿意從事這種體力勞動，用工難成為目前建筑施工領域較為突出的矛盾。根據國家工信部聯安全〔2018〕111 號《四部委關于加快安全產業發展的指導意見》明確提出要研發一批具有國際先進水平的安全與應急產品，推廣應用一批“機械化換人、自動化減人”的安全技術裝備，提升各行業領域的本質安全水平，培育新經濟增長點。機械化是企業實現經濟增長、轉型升級的必由之路。

2 傳統長軌換鋪施工主要工法及存在問題

2.1 傳統人工換鋪主施工工法

在線路達到初期穩定或穩定狀態時，實施長軌換鋪作業。主要工序包括：①拆卸扣配件；②將短軌（工具軌）撥出軌槽；③將長鋼軌撥入軌槽；④安裝扣配件。施工時每班正常需配置作業人員40人，根據現場統計數據，正常情況下每班每日可完成換軌4 km，計0.5 km/h。施工時作業人員須連續作業，勞動強度較大。

2.2 人工換鋪存在的主要問題

傳統的人工換鋪施工，用工數量較多（每班40 人，大干搶工時每班需配置80 人或以上），作業效率低下，安全風險高，目前因受作業人員配置資源限制，已不能滿足大干搶工的需求。

3 新型長軌換軌車施工應用

為解決長鋼軌人工換鋪帶來的成本高、作業風險高、用工荒、效率低、工藝落后等問題，中鐵十四局集團第五工程有限公司機械管理人員進行技術攻關，依托公司邯濟至膠濟鐵路聯絡線項目工況、工期等制定研發計劃，設備設計研發方案確定后，公司聯合株洲長遠智造股份有限公司進行生產，設備出廠后在工地經過反復調試、技術改進，已具備非常優秀的施工作業能力，幫助邯濟至膠濟鐵路聯絡線項目順利按期高質量完成500 m 長鋼軌換鋪施工作業，為邯濟至膠濟鐵路聯絡線順利開通奠定了堅實基礎。該換軌車自身為一機械結構，通過機械結構和相互作用力，實現25 m 工具軌的起道、位移和500 m 長鋼軌的起吊、入道（圖1）。

圖1 換軌車結構

3.1 新舊鋼軌換軌裝置

新舊鋼軌換軌裝置主要由主梁、下導框、上導輪及導槽組成。新軌從上導輪進入，舊軌從下導框進入。

3.2 新舊鋼軌起吊裝置

新舊鋼軌起吊裝置主要由導軌花架、連接槽鋼、走輪等部分組成。

3.3 車輛組成

車輛主要由底架組成、K2 型轉向架及風手制動系統等組成。為便于運輸，底架組成分為2 部分，2 部分之間采用鉸制孔螺栓連接。轉向架采用轉K2 型轉向架。基礎制動裝置采用中拉桿式單側閘瓦制動，裝用L 型組合式制動梁。風制動系統采用120 閥控制系統，主要由120 閥、50 L 副風缸、11 L 降壓風缸、不銹鋼管路系統、305×254 制動缸、制動杠桿及拉桿等組成。手制動系統采用NSW-1 型手制動機控制，主要由NSW-1-1704型手制動機、滑輪、拉桿及鏈條等部分組成。

3.4 桁架組成

桁架組成主要采用型鋼（角鋼及槽鋼）焊接成桁架結構。為便于運輸，分成2 部分，2 部分之間采用螺栓連接，目的是增加車輛懸臂的鋼度。

3.5 懸臂架

懸臂架是采用鋼板焊成的“T”形結構，前端安裝有車鉤安裝座、橫梁上裝有升降絲桿及導向柱，后端采用銷軸安裝到車輛上。

3.6 中部導框組成

中部導框組成主要是導入新軌，由導框、導輪、連接梁、導槽等部件組成。

3.7 防跳裝置

防跳裝置主要是防止鋼軌脫出導框時鋼軌彈跳保護裝置，它由槽鋼焊接而成。

3.8 車鉤連接裝置

車鉤采用2#固定式車鉤，由鉤體座及鉤頭等組成。

3.9 手拉葫蘆

手拉葫蘆采用標準PK5t-3m 型環鏈手拉葫蘆。起重量為5 t，起升高度為3 m。

3.10 配重

配重主要是在換軌時平衡車輛，配重為5 t，安裝車輛后部。

3.11 基本參數

設備總重30 t，換長1.8 m，牽引速度≤5 km/h，車輛最大長度18.7m，車輛最大寬度3.2 m，車輛最大高度2.9 m，車輛定距8.4 m，轉向架軸距1750 mm，車鉤高880±10 mm，牽引方式為軌道車或機車牽引，手拉葫蘆起重量5 t，起升高度3 m。

3.12 具體施工方式

該設備完成正常施工任務需配置牽引動力，可拖掛在軌道車或機車上，在設備到達施工部位后，使新鋼軌接頭處于換軌中部的導框位置，利用懸臂架的升降絲桿，將新舊鋼軌換軌裝置下行至最低位置。利用換軌車上的手拉葫蘆，吊起兩側新鋼軌使鋼軌進入導框中，車輛組繼續前行，至換軌車后轉向架車輪距離接口＜4 m 位置。利用換軌車上的手拉葫蘆，吊起兩側舊鋼軌使鋼軌進入新舊軌換軌裝置的下導框中。護住鋼軌使新鋼軌進入上導輪中，車輛組前行，使新鋼軌能夠入槽并能對軌。采用魚尾板或接軌器，固定軌縫，并將舊鋼軌導向兩側。人員跟隨車輛組前行，人工護住新鋼軌入槽（圖2）。

圖2 換軌車施工方式

待換軌作業進行到新鋼軌脫出中部導框前，車輛應緩慢前行。使鋼軌緩慢脫出導框。此時人員不可站在導框兩側，防止鋼軌彈出傷人。車輛繼續緩慢前行，待鋼軌即將脫出后導框前，采用手拉葫蘆吊住新鋼軌。待鋼軌完全脫出導框后，放下新鋼軌并入槽。完成換軌后，車輛撤離。

4 新型長軌換軌車與傳統人工換鋪施工對比

與傳統的人工換軌方式相比，新型長鋼軌換軌車的設計與使用在現場應用中具有以下4 個方面的優點：

4.1 施工效率高，作業成本低

根據現場實際統計和測算，新型長鋼軌換軌車綜合施工效率為2 km/h，每班組僅需8 名配合人員，設備可24 h 作業，單班日均可完成換軌施工16 km，能完成各種急難險重的施工任務。相比之下，人工換軌在每班組配置40 人的情況下，最快換軌效率為0.5 km/h，因依靠人力，無法持續高強度作業，日均最大換軌4 km。長軌換軌車作業效率至少為人工作業效率的4 倍。人工費按每人每天200 元計算，長軌換軌車配合作業人員日工資1600 元，人工換軌作業人員日工資8000 元。長軌換軌車作業人工成本為人工作業成本的五分之一。人工作業需配置撬棍、手套、乘用車輛等，按40 人計算成本約需4100 元；機械作業換軌車折舊費用每天約200 元，牽引車租賃費每天約2000 元。在人工鋪軌配置40 人的情況下，單班長軌換軌車施工效率至少為人工換軌效率的4 倍；長軌換軌車每公里施工成本約為280 元，人工換軌每千米成本約3025 元，機械較人工每千米節約成本約2745 元。

4.2 大大降低勞動強度

傳統人工換軌效率較低，單元焊等后續作業無法持續跟進，作業相對獨立，整體效率低下。采用長軌換軌車換軌施工后，換軌完成即可開展單元焊施工，減少扣配件拆卸安裝次數，創新了換軌形式，優化了換軌流程。

傳統人工換軌時全靠人力施工，需要對新老鋼軌翻進翻出，作業人員體能消耗大，工作強度高。長軌換軌車作業時最多配置8 名輔助作業人員，進行鋼軌的吊裝及輔助新舊鋼軌的擺放，體力消耗小，降低了作業人員工作強度。

4.3 實現護輪軌一次到位施工

傳統人工換軌施工時護輪軌和長軌換裝需要兩步實施，換完長軌后再將護輪軌安裝到位。利用長軌換軌車施工后，換軌車可一次性將工具軌安裝到護輪軌安裝位置，實現長鋼軌換鋪和護輪軌安裝一次到位，減少作業工序，提高換鋪效率。

4.4 降低換軌作業安全風險

傳統人工換軌方式因主要依靠人來完成，人的不穩定因素及不安全因素較多，該換軌方式主要由機械完成施工，機械自身的穩定性及對人員的防護性較高，減少了人的不安全性，大大降低了安全風險。

5 總結

根據現場測試，十四局五公司研發的長軌換軌車換軌效率可達到2 km/h，作業人員較人工換軌減少至1/5，該方式取代傳統的人工換軌方式，大大提高換軌效率，減少了用工數量，降低了綜合施工成本投入，降低了作業人員勞動強度，創新了換軌施工形式和流程，實現護輪軌一次到位施工，降低換軌作業安全風險。公司積極進取，開拓創新，響應國家號召，大力推動企業施工機械化進程，實現了機械化換人的又一次有效嘗試，為公司后續換軌施工奠定了堅實基礎。