徐明星 李俊紅 易鵬程

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西九江 332000）

CRTS雙塊式無砟軌道因其結(jié)構(gòu)整體性強、穩(wěn)定性高、平順性好等特點，廣泛運用于高速鐵路建設中，我國自雙塊式無砟軌道引進消化吸收再創(chuàng)新以來已經(jīng)有十余年，由于施工技術(shù)受施工環(huán)境和施工設備影響較大，在軌排支撐架（簡稱軌排，下同）組裝和吊裝就位施工方面一直采用傳統(tǒng)人工施工方法，勞動力投入量大，工序煩瑣，施工耗費時間長，人為干擾大，施工精度不易控制，施工功效低，施工成本亦居高不下。通過研究CRTS雙塊式無砟軌道智能化粗鋪施工技術(shù)，研發(fā)智能分枕機和智能化粗鋪機，優(yōu)化施工工藝和資源配置，避免了大量勞動力的投入和人為因素的干擾，實現(xiàn)了軌排支撐架組裝和吊裝就位的智能化和自動化施工，縮短了工期，提高了施工功效和施工精度。本文主要闡述智能分枕機和智能化粗鋪機在CRTS雙塊式無砟軌道施工中的應用。

1 傳統(tǒng)施工技術(shù)

在CRTS雙塊式式無砟軌道傳統(tǒng)施工技術(shù)中，軌排組裝和吊裝就位兩個工序的主要施工設備是簡易分枕平臺和龍門吊，首先采用龍門吊將軌枕吊運至簡易分枕平臺上，利用龍門吊逐根將軌枕散開，人工測量調(diào)整軌枕間距完成分枕。同時安裝扣件系統(tǒng)，龍門吊吊運軌排至簡易分枕平臺上方，人工輔助軌排與簡易分枕平臺對位，使軌排緩慢落在軌枕上，人工測量復核軌枕間距，對個別超限軌枕間距重新調(diào)整后擰緊螺栓道釘，龍門吊吊裝組裝完成的軌排，運送至預鋪設位置（一般吊運至半成品軌排儲存區(qū)按要求堆碼存放后待鋪），利用提前放樣的軌道中線，人工輔助軌排與軌道中線對位后緩慢落下完成軌排粗鋪就位，根據(jù)軌道中線和標高交底資料，人工采用軌距道尺結(jié)合吊垂球和鋼板尺測量的方式進行軌排粗調(diào)。單獨完成一榀軌排組裝需20 min以上（需配備作業(yè)人員10～12人），單獨完成一榀軌排吊裝就位（不考慮中間儲存待鋪時間）需10 min以上（需配備作業(yè)人員6～8人），單獨完成一榀軌排粗調(diào)需6 min以上（需配備作業(yè)人員4～6人）。這種施工方法工序煩瑣、耗費人力多、施工耗費的時間長、安全風險高，軌枕間距及粗鋪和粗調(diào)精度受人工影響大，同時增加了后面軌排精調(diào)的工作量和施工難度，施工功效低。

2 智能化粗鋪施工技術(shù)

CRTS雙塊式無砟軌道智能化粗鋪施工技術(shù)，由智能分枕機代替人工完成軌枕間距自動測量分枕、自動調(diào)整定位、自動鎖定，智能粗鋪機吊裝運送組裝完成的軌排至預鋪設位置，通過全站儀測量系統(tǒng)實時測量軌排的空間三維數(shù)據(jù)，自動完成粗調(diào)后精準鋪設，簡化了施工工序，減少了勞動力的投入，縮短了軌排組裝和粗鋪的時間，提高了施工精度和施工功效。

2.1 智能分枕機結(jié)構(gòu)設計及工作原理

智能分枕機是CRTS雙塊式無砟軌道成套智能化建造設備的其中一種，主要用于軌排組裝時軌枕的自動定位、自動分枕和鎖定，智能分枕機智能控制系統(tǒng)、分枕小車、伺服電機、軌枕鎖具、主梁、支腿和人機界面操作系統(tǒng)組成。

智能分枕機結(jié)構(gòu)設計如圖1所示。

圖1 智能分枕機結(jié)構(gòu)設計圖

智能分枕機共有11個分枕小車（可同時實現(xiàn)11根軌枕的定位分枕），每個分枕小車相對獨立，互不干涉，11個分枕小車均可實現(xiàn)單動，可滿足各種不同軌枕間距的需求，分枕小車由伺服電機控制，單次動作精度可以達到0.001 mm，分枕小車完成自動定位后可自動鎖定；軌枕定位座和軌枕鎖具可實現(xiàn)軌枕與分枕小車的前后、左右限位鎖定；人機界面操控系統(tǒng)主要由顯示屏和控制軟件組成。

軟件中有6種已編輯好的軌排型號，每種軌排型號對應不同的軌枕間距布置，也可根據(jù)實際情況編輯增加軌排型號，實際操作中，選擇完軌排型號后，可實現(xiàn)一鍵完成分枕定位鎖定。智能控制系統(tǒng)由電控柜、機載電腦、控制軟件、通訊模塊、人機界面、伺服電機、PLC可編程控制器、編碼器及傳感器組成。

在人機界面軟件中輸入或選擇參數(shù)值，PLC可編程控制器與反饋數(shù)據(jù)進行對比確定輸出量，伺服電機為執(zhí)行元件，傳感器與編碼器為反饋元件，PLC可編程控制器和編碼器分別通過通信模塊與人機界面通信，可監(jiān)控每根軌枕間距的實時變化數(shù)據(jù)，當誤差小于±3 mm時，伺服電機停止運行，自動定位分枕完成，分枕小車自動鎖定。實現(xiàn)了分枕小車自動收攏、軌枕快速自動分枕、自動定位鎖定，無累積誤差和設備間隙誤差，軌枕間距誤差可控制在3 mm以內(nèi)，軌枕與鋼軌垂直度可控制在1 mm以內(nèi)，整機自動分枕時間不超過1 min，同時具備連續(xù)工作能力，極大提高軌排組裝的效率。智能分枕機人機界面如圖2所示，工作原理如圖3所示。

圖2 智能分枕機人機界面

圖3 智能分枕機工作原理圖

2.2 智能粗鋪機結(jié)構(gòu)設計及工作原理

智能粗鋪機主要用于軌排的自動抓取、自動運送，同時結(jié)合全站儀測量系統(tǒng)自動完成軌排粗調(diào)后自動精確定位鋪設，如圖4所示。

圖4 智能粗鋪機結(jié)構(gòu)示意圖

智能粗鋪機采用電腦編程控制系統(tǒng)與全站儀測量技術(shù)，在軌排運送過程中，實時測量軌排三維空間數(shù)據(jù)，自動追蹤調(diào)整軌排位置，由測量系統(tǒng)與電腦控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，驅(qū)動液壓系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)將軌排準確定位鋪設。

鋪設精度可達到3 mm以內(nèi)，減少了后期軌排精調(diào)的時間。智能粗鋪機主要由運輸系統(tǒng)、粗鋪系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和無線傳輸系統(tǒng)組成。

運輸系統(tǒng)主要用于軌排的運送，采用鋼架龍門結(jié)構(gòu)，由結(jié)構(gòu)車架、維修平臺、行走輪、行走驅(qū)動裝置、定位裝置、電器控制設備等組成，通過遙控器或手薄軟件操作智能粗鋪機啟停，可設置為自動模式和手動模式兩種工作方式，后期可將龍門結(jié)構(gòu)優(yōu)化為跨雙線設計，共用龍門吊走行軌。

粗鋪系統(tǒng)主要用于軌排精確定位鋪設，由智能控制系統(tǒng)控制，智能粗鋪機粗鋪作業(yè)如圖5所示，粗鋪系統(tǒng)精確定位鋪設如圖6所示。

圖5 智能粗鋪機粗鋪作業(yè)

圖6 粗鋪系統(tǒng)精確定位鋪設

主要由里程調(diào)整車架、中線調(diào)整車架、提升導向架、抓放手臂、行走輪、導向輪組、液壓油缸、液壓站、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。里程調(diào)整車架用于軌排里程方向的位置調(diào)整，定位精度3 mm；中線調(diào)整車架用于軌排中心線位置的調(diào)整，可單獨調(diào)整軌排與線路中線的角度偏移位置，又可以整體調(diào)整軌排與中線偏移位置，定位精度3 mm；提升導向架和抓放手臂主要用于軌排抓取、提升、高程調(diào)整和放置,定位精度3 mm。

智能控制系統(tǒng)，由變頻驅(qū)動智能粗鋪機行駛到達已完成組裝的軌排（軌排儲存區(qū)或智能分枕機）上方，智能控制系統(tǒng)自動控制抓放手臂在軌排設定位置上方手臂張開，提升裝置下降，位置感應器感應到軌排工具軌后抓放手臂自動抱緊工具軌，提升裝置上升將軌排吊起鎖定，自動行駛到達軌排預鋪設位置，全站儀實時測量，智能控制系統(tǒng)根據(jù)返回的指令完成軌排空間位置的調(diào)整后完成粗鋪。

測量系統(tǒng)由全站儀、CPⅢ點位、車載精密棱鏡、高精度傾角傳感器、測量軟件及高精度激光傳感器等組成。全站儀通過CPⅢ點位完成自由設站，實時自動跟蹤測量智能粗鋪機上4個精密棱鏡的三維坐標數(shù)據(jù)，通過無線通信系統(tǒng)傳輸至手薄軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)經(jīng)過運算和處理，計算出4個棱鏡位置的橫向、縱向、高程調(diào)整量并傳輸至智能控制系統(tǒng)同時顯示在智能粗鋪機的人機界面上，便于使用者觀察施工情況和設備運行情況，通過粗鋪系統(tǒng)實時控制軌排自動完成空間姿態(tài)粗調(diào)、精確定位后放置鋪設。

無線傳輸系統(tǒng)采用無線通信模塊實現(xiàn)了全站儀測量系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)與各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)及信息指令的即時相互傳輸，均采用無線方式進行傳輸。

智能粗鋪機從啟動行駛、自動抓取軌排、運送至預鋪設位置、自動測量粗調(diào)、完成精確鋪設，整個過程只需要2名作業(yè)人員和1名測量人員，7 min內(nèi)便可完成所有工序，定位精度可達到3 mm以內(nèi)，極大簡化了施工的工序，避免了大量勞動力的投入和人為因素的干擾，縮短了施工時間，實現(xiàn)了軌排吊裝就位的智能化和自動化施工，提高了施工效率和施工精度。

3 應用效果

智能分枕機和智能粗鋪機依托鄭萬高鐵無砟軌道智能化施工進行研發(fā)、持續(xù)改進和優(yōu)化定型，最終形成了CRTS雙塊式無砟軌道智能化粗鋪施工技術(shù)，并在鄭萬高鐵無砟軌道施工中進行了推廣和應用。對比傳統(tǒng)施工技術(shù)和智能化施工技術(shù)。

智能化粗鋪施工技術(shù)應用效果如表1所示。

表1 智能化粗鋪施工技術(shù)應用效果對比

CRTS雙塊式無砟軌道智能化粗鋪施工技術(shù)采用智能分枕機和智能粗鋪機，作業(yè)人員大幅度減少，軌排組裝和粗鋪就位用時節(jié)約了近2/3，縮短了施工時間，極大簡化了施工工序。使用智能化設備，避免了人為因素的干擾，降低了作業(yè)人員的勞動強度和作業(yè)安全風險。施工工效有了顯著提高，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)費時費力的施工技術(shù)向智能化施工技術(shù)的根本轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語

本文闡述的CRTS雙塊式無砟軌道智能化粗鋪施工技術(shù)通過研發(fā)智能分枕機和智能粗鋪機，徹底顛覆了傳統(tǒng)施工的固有思維，解決了傳統(tǒng)軌施工技術(shù)耗費人力多、工序煩瑣、施工耗費的時間長、受人工干擾大、安全風險高、施工精度不易控制等問題，實現(xiàn)了由智能分枕機和智能粗鋪機代替人工完成軌排組裝和軌排粗鋪的施工，從根本上提高了施工的效率和施工精度，經(jīng)濟效益顯著，提高了無砟軌道一體化施工的技術(shù)水平，CRTS雙塊式無砟軌道智能化粗鋪施工技術(shù)在高速鐵路建設方面具有廣闊的應用前景和推廣應用價值。