1.前言

轨道工程施工是铁路及城市轨道建设中的重要环节之一，以往采用传统的设备及作业方法时，常存在以下共性、惯性问题：

1.1岔心、岔尖部位无法使用传统机械进行起拨道；

1.2列车辆途经道岔偶有掉道或挤伤道岔事故发生；

1.3轨道铺设作业中小台车溜逸造成人员及设备伤害；

1.4轨道焊接在隧道及狭小空间作业排放的烟尘影响施工人员身心健康；

1.5后期轨道标记印刷作业时，印刷质量差且效率低；

1.6营业线改造施工成本高且效率低；

1.7无砟轨道道床无法进行更换。

针对上述存在的问题，基于“提升作业效率、提高作业质量、减少作业风险、降低作业成本”的思想，通过新工艺研发、设备改进、作业环境改良，研发集成了一系列适用于轨道施工的新工艺、新技术、新装备，切实解决制约企业施工生产的共性惯性问题，有效消除现场安全隐患，极大提高了施工生产效率，降低了施工成本。充分发挥实用技术对保安全、提质量、降成本、增效益的重要作用，并充分调动广大技术人员的积极性和创造性，积极营造以生产实用技术为引领的全员创新氛围。

2.技术特点

2.1道岔起升装置：有效降低了道岔在起、拨道作业过程中存在损坏道岔尖轨的风险，解决了传统液压门式起道机无法对岔心、尖轨部位进行起拨道作业的问题。

2.2道岔智能化开向检测及警示装置：采用微型接近开关安装工件检测岔道尖轨与基本轨是否分合。通过接近开关故障诊断系统可在HMI提示道岔检测装置故障；系统自带断线报警，短路报警。通过登录软件实时查看道岔通行状态、故障记录、故障分析等功能，利用视觉信号方便乘务员、扳道员双重确认道岔开向。

2.3自动抱闸台车：采用常闭式制动，非作业情况下，可有效防止溜车和意外事故发生。

2.4移动式闪光焊轨机尾气净化装置：使用DPF和DOC有效减少柴油发动机尾气中碳烟颗粒物和有害气体的排放，通过反吹灰系统保持滤芯畅通性和过滤性，改善作业环境。

2.5智能轨道标记机器人：抗干扰性强；标记底色采用独立配方增强附作力；激光技术有效清洁轨面；应用人机交互界面技术、融入大数据管理、一键式操作，自动标记轨道数据。

2.6装载机改装设备：实现一机多用，改装后的装载机具备叉车、推土车的功能，极大的较少作业人员，提升了作业效率，缩短了作业时间。

2.7挖掘机配套工装：实现履带轮轨走行一体，具有夹轨、夹枕功能，改造后挖斗改造适应枕间道砟清理，可替代人工进行铺枕、铺轨、清砟、换枕作业，提高功效，节约大量人工成本。

2.8无砟轨道改建施工工法：设置装配式线间物理隔离，采用“墙锯+劈裂机分块破除”，通过设置搭接区、实时观测、同步实施，实现快速破除无砟轨道，确保了营业线无砟道床施工质量及准点开通。

3.适用范围

主要适用于城市轨道及铁路工程轨道施工中的工程线运输、道岔养护、轨道铺设、钢轨焊接、轨道标记、营业线改造、无砟道床板改建等施工。

4.工艺原理

通过梳理分析施工工序特点和安全风险产生的原因，以问题为导向，基于“提升作业效率、提高作业质量、减少作业风险、降低作业成本”的思想，通过研究攻关开发设计了轨道施工的实用工装，形成了提效率→保质量→降风险的成套实用工装及工艺技术。

4.1道岔起升装置

结合岔心、岔尖结构特点与液压门式起道机工作原理，对液压起道机进行局部改造，设计了道岔起升装置，安装于起道机走行横梁上。作业时道岔起升装置下放，抓抬轨底，可对岔心、岔尖直接进行起、拨道作业。

4.2道岔智能化开向检测及警示装置

主要由太阳能组件、太阳能控制器、蓄电池组、直流稳压电源、接近开关、控制器、交通信号灯、接近开关、4G模块、工控机、HMI、BMS、信号安全栅及安装工件组成（安装地点能提供市电电源则不需要采用太阳能板取电方式）。太阳能组件、太阳能控制器、蓄电池组组成系统的供电电源，蓄电池组输出的电源（DC20V-DC29V）经直流稳压电源变成稳定DC24V电源给接近开关、控制器及交流信号灯提供稳定的工作电源；接近开关安装在岔道岔尖和岔心导线预留孔上，检测岔尖和岔心分合状态并送入控制器，经控制器输出岔尖、岔心分合状态信号给交通信号灯，通过4G网络传输至智能信息化调试管理中心屏幕（或登录手APP）上实时显示。

4.3自动抱闸台车

在既有小台车的基础上安装自动抱闸装置，开发了自动抱闸台车。该台车可前进、后退作业，采用常闭式制动。使用时将拉杆抬起，台车可沿轨道推行；停车时松开拉杆，刹车装置在弹簧复位作用下，自动抱闸装置即时制动。

4.4移动式闪光焊轨机尾气净化装置

4.4.1碳烟颗粒物（PM）治理及原理

柴油机尾气通过此尾气净化器的进气口进入，并通过由多组陶瓷碳烟微粒捕集器（DPF）并联组成的净化单元，DPF在碳烟微粒通过时将其捕捉，降低尾气中碳烟颗粒物的浓度。

4.4.2有害气体（HC、CO、NO）治理及原理

柴油机尾气通过陶瓷载体的氧化催化器DOC，将柴油机排放出的有害气体碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）转化成无害的水（H2O）和二氧化碳（CO2）。

4.5智能轨道标记机器人

轨道标记整体解决方案将轨道标记相关作业内容分解、简化后，归集为以轨道正矢标记、轨腰清洗除锈、标记打印为主的三大板块，并研制完成以完成这三项任务为主要目标的自动化作业机器人，并根据作业顺序、标准要求，开发了综合控制系统，通过无线终端控制最终实现自动标记系统的三机智能联动，整体解决方案实现了标记作业智能控制、自动计算定位、自动清洗除锈、智能传输数据、标记自动一次完成等功能。该方案具有标记作业效率高、标记可控统一、数据切换方便、成本低等诸多优点。

4.6一机多用的装载机

通过对装载机铲斗进行改装，使其具有叉车、推土车的功能，具备安装拆卸简便，在既有线封锁施工时提高工作效率。装载机铲斗卸下后通过销轴把叉车改装装置与装载机的摇臂、动臂链接，使其具备叉车功能。再通过叉车货叉与改装的推铲连接使其具备推土车功能，用于清理线路道砟。

4.7挖掘机改装应用

挖机加装部分可分成四个部分：轮对，轮对架，液压升降系统，抓取手臂，改造后具有在轨道上走行功能，可通过抓取手臂进行抓取25米标轨及枕木功能。

4.8无砟轨道改建施工工法

设置模块化装配式线间物理隔离结构，将施工区域与行车区域隔离开，做到运输与施工统筹兼顾。通过对拆除区域两端既有无砟道床植销钉加固及拆除后位移观测，防止连续性道床上下层出现相对位移影响轨道质量。再通过高频墙锯将道床板分段切割，同时利用劈裂机设备在道床横断面上施加纵向推力，克服支撑层与路基之间的粘结及摩擦力，实现支撑层与路基分段分离。利用道床板自身螺栓孔作为吊点，将道床板块提起离开路基面一定缝隙后先使用叉车吊走上层道床板，最后用叉起支撑层装车外运。拆除外运后，进行无砟道岔施工。施工前对道岔铺设地段进行路基处理（含既有沟、槽部位回填），新铺道岔道床与既有道床接口部位采用保留既有2米纵向钢筋与道岔道床纵向搭接方式，实现新老道床交替。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1道岔智能化开向检测及警示装置

5.1.1工艺流程

扳动道岔转折器→接近开关接收信号→向可编程控制器发送信号→控制器向信号灯及调度指挥中心发送指令→司机或作业人员确认信号。

5.1.2施工工艺及操作要点

此系统主要用于经常扳动的线路（一般正线）上，可以很好的辅助道岔指挥人员，极大程度防止挤伤道岔、机车车辆掉道的情况出现。当扳动道岔时，岔尖、岔心发生变化，控制开关会及时传输状态指令给信号装置，当开通直股时，道岔信号灯将显示为绿色；开通曲股时信号灯显示黄色；岔尖或岔心不密贴时，信号灯将显示为红色。

该套设备通过视觉信息与作业人员的双重确定，有效的避免了车辆掉道及挤伤道岔事故发生，降低了工程线行车安全风险。

图5.1-1现场应用及道岔开向信号显示照片

5.2道岔起升装置

5.2.1工艺流程

将道岔起升装置下放→钩挂轨底→起升轨底→岔心、岔尖进行起、拨道作业。

5.2.2施工工艺及操作要点

道岔岔尖、岔心起拨道作业时，将起升装置下放至轨底，并抓抬轨底，利用液压门式起道机的工作原理，对道岔进行起拨道作业。

该装置有效的解决了传统工具无法对岔尖、岔心部位进行起拨道作业的问题，同时提高了作业效率，减少了作业人员的投入，避免了因失误操作造成道岔重要部件损伤及作业人员伤害等安全质量风险。

图5.2-1道岔起升装置

5.3自动抱闸台车

5.3.1工艺流程

推行→松开台车拉杆→自动抱闸系统锁闭→台车刹车装置抱死→台车即时制动。

5.3.2施工工艺及操作要点

采用常闭式制动，使用时将拉杆抬起，台车可沿轨道推行；停车时松开拉杆，刹车装置在自动抱闸装置作用下即时制动。

该设备通过实际验证，在30%的坡道上，载重公斤时，制动效果良好，有效的降低了台车溜逸事故发生，避免了对人员和设备造成损伤。

图5.3-1自动抱闸台车

5.4智能轨道标记机器人

5.4.1工艺流程

轨道测距机器人对标记点位进行→定位、标记点位→激光清洗机器人对标记位置进行除锈→轨道标记机器人进行标记印刷→同步自动行走进入下道循环。

5.4.2施工工艺及操作要点

（1）智能轨道测距机器人为本系统作业的首发作业设备，可以完成轨道的轨距测量、正矢测量、波量表的生成及正矢的位置标记。

（2）当智能轨道测距机器人从零点（标桩点）出发在行进过程中生成测量所得数据之后，通过操作终端与轨道激光清洗机人、轨道标记机器人共享数据。在智能轨道测距机器人完成5个（数据可设定）正矢位置标记之后，轨道激光清洗机器人开始（从零点）根据智能轨道测距机器人的正矢位置及生成的数据进行清洗。在轨道激光清洗机器人完成两个标记位置数据清洗之后，轨道标记机器人开始（零点）作业，通过操作控制终端的共享数据进行标记作业。

该套设备除整体联合工作外，该系统组成的不同设备，均可单独完成所设定的数据内容，极大的提升了工作效率，提高了印刷质量，减少了作业人员，降低了作业安全风险。

图5.4-1轨道测距机器人

图5.4-2激光清洗机器人

图5.4-3轨道标记机器人

图5.4-4智能轨道标记三机联动图

5.5移动式闪光焊轨机尾气净化装置

5.5.1工艺流程

焊轨作业柴油机尾气排放→进入主滤芯内过滤→过滤后尾气进入消音器→正常排放。

5.5.2施工工艺及操作要点

该装置安装固定在涡轮增压器废气出口端以及消音器的前端之间，当内燃机燃烧所产生的尾气通过进气口后，进入主滤芯内，在主滤芯内设有带涂覆DOC的DPF滤芯，DPF滤芯为整体挤压成型的陶瓷，交替堵在蜂窝状多孔陶瓷的孔两端，内燃机的废气被迫通过这个多孔的墙壁而被过滤，过滤后的尾气通过排气口进入消音器后进行正常排放。

产品所需的最小安装空间为：长×宽×高＝××mm，净化箱体内设有3个DPF滤芯，净化箱体上安装有反吹再生系统，反吹再生系统主要由气罐、电磁阀、管路、推杆、密封锥盖等组成。

图5.5-1反吹系统结构图

当DPF中捕集的碳烟达到一定量，背压升高到设定值时，控制系统发出再生信号，此时其中一个DPF排气口的推杆往前移动，DPF排气口封闭，电磁阀打开，压缩空气进入排气端已经封闭的载体单元中，压缩空气突然释放时产生的瞬间爆发力，将吸附、堵塞在DPF微孔与表面的碳颗粒反向吹出并收集在集灰仓中，使DPF变得通畅，反吹再生完成后，推杆后移，打开排气口，恢复到正常排气净化状态，并进行下一个DPF滤芯的反吹再生，直至全部完成，如图所示。

图5.5-2左为正常状态，右为反吹状态

图5.5-3尾气净化装置示意及实物图

该设备通过对尾气中的有害气体及炭烟颗粒物进行双重过滤，有效降低了隧道内及狭小空间内焊轨作业时对施工人员造成的健康危害。

5.6一机多用的装载机

5.6.1工艺流程

铲车铲斗拆除→安装叉车工装→枕木拆除、装卸、倒运→铲车后端安装配砟工装→道床配砟整形作业。

5.6.2施工工艺及操作要点

在铁路轨枕拆除、倒运轨料作业、既有线封锁拆除线路时，将铲斗更换，使用叉车工装，可对拆除或新铺地段枕木进行装卸及倒运。在铁路上砟后线路整形，将铲斗更换，使用配砟工装，具备配砟整形功能，可对道床枕木盒内进行配砟，并对道床边坡进行初整，满足大机养护需要。该工装在作业时具有高效、便捷的特点，有效减少道床整理工作量，缩短封锁作业时间。

图5.6-1改装铲车装置前后背面实物图

图5.6-2改装叉车装置和配砟整形装置使用图

5.7挖掘机改装应用

5.7.1工艺流程

挖机安装液压起升装置→安装轮对、轮对架→更换抓取手臂→抓取枕木、钢轨→更换枕木清砟挖斗→清理枕木盒内道砟。

5.7.2施工工艺及操作要点

挖机在地面上行驶时，可以通过液压升降系统将轮对升起，让轮对处于悬空状态，不影响挖机正常使用。挖机上线路后，通过液压装置传动轴对位落下车轮，置于钢轨上，此时轮对发挥其导向作用。履带和车轮定位支撑使其挖机在轨道上施工防滑、防倾斜、防侧翻，保证了施工安全；落位后通过液压装置升降高度，在通过内设电机传动装置使车轮产生动力，在轨道上行驶。挖斗再加工之后内宽改为mm，可适用于正线和到发线根/Km轨枕布置，轨枕间距mm，mm的内宽既可以保证挖斗顺利清理枕间道砟，又不至于因为挖斗太小导致效率太慢。也可以适用于根/Km、根/Km的轨枕布置。该工装是通过对挖机走行方式及作业方式进行改造，提高封锁施工的作业效率、降低了人身伤害安全隐患的发生。

图5.7-1挖机在线路上行驶

图5.7-2挖机抓取钢轨级抓取枕木作业图

图5.7-3挖机枕间清理道砟

5.8无砟轨道改建施工工法

5.8.1工艺流程

5.8.2施工工艺及操作要点

高铁无砟轨道插铺无砟道岔分三个阶段进行。

（1）第一阶段为无砟轨道拆除前的道床加固及线间物理隔离防护施工。利用封锁前的天窗点进行无砟道床拆除区域两端既有无砟轨道植销钉加固以及装配式线间物理隔离基础施工。（线间物理隔离网片及立柱由于隔离结构距离作业线间距仅2.3m，故网片及立柱安装须在作业线路封锁命令下达后进行安装）。

（2）第二阶段为破除既有双块式无砟轨道道床。分五步作业：

1）由于既有线无砟轨道设计为CRTSⅠ型双块式无砟轨道，结构自上而下分别为钢轨、扣件、轨枕、C40钢筋混凝土道床板、C20素混凝土支承层，首先利用墙锯沿墨线标识切割道床板，切断道床板内纵向钢筋；

2）利用电镐凿除劈裂推让槽混凝土，混凝土碎块装袋运出；

3）液压重式叉车起吊外运道床板；

4）取芯机取孔，劈裂机劈裂支承层；

5）叉车叉运支承层装入平板车外运至指定位置。

（3）第三阶段为无砟道岔施工。为保证无砟轨道纵向连续、实现新老道床良好交替，本次拆除区域两端各2m道床采用电镐凿除方式保留既有道床板纵向钢筋，通过与道岔道床板纵向钢筋搭接，实现新老道床的连接。

图5.8-1道床板块切割、劈裂分离作业示意图

6.材料与设备

6.1道岔智能化开向检测及警示装置

由太阳能组件、太阳能控制器、蓄电池组、直流稳压电源、接近开关、控制器、交通信号灯、接近开关、4G模块、工控机、HMI、BMS、信号安全栅及安装工件组成。

6.2道岔起升装置

传统液压门式起道机，2个铸钢抓钩。

6.3自动抱闸台车

方钢8米，闸瓦4个，刚性弹簧4个，拉杆2个，台车配套车轮4个。

6.4智能轨道标记机器人

轨道测距机器人，轨道激光清洗机器人，轨道标记机器人，手持3部。

6.5移动式闪光焊轨机尾气净化装置

净化箱体1个，DPF滤芯3个，反吹再生系统。

6.6无砟轨道改建施工工法

劈裂机4台，墙锯1台，台车1台，叉车1台。

6.7一机多用的装载机

装载机1台，配砟装置1副，叉车装置1副。

6.8挖掘机改装应用

挖掘机1台，钢轨走行轮对1副，轮对架1副，枕木盒配套挖斗1副，液压起升装置1副、夹钳1副。

7.质量控制

7.1执行施工设计图纸和相应规范的技术要求。

7.2“轨道施工8项实用技术”工装均采用工厂精确加工，按照规定步骤精确安装、拆卸。

7.3施工操作程序化、规范化：做好施工准备，科学安排施工工序并按工艺要求组织施工，做到边施工边自检。

7.4施工管理标准化：以设计图纸、招标文件、变更洽商为技术指导依据，进行工程质量标准设计；按技术要求选定合格技术人员。

7.5施工操作标准化：以技术交底为施工依据，按专业工种选用合格的操作人员。

7.6施工管理规范化：按“工艺操作规程”指导施工；按工程质量目标措施及其它质量管理制度管理施工。

8.安全措施

8.1认真贯彻国家安全生产的方针政策和法规，加强安全施工管理工作，保障人身和财产安全，顶防伤亡事故的发生。

8.2建立健全安全生产管理机构，成立以项目经理为组长的安全生产领导小组，全面负责并领导本项目的安全生产工作；并实行逐级安全技术交底制度及培训，确保管理人员及现场施工人员掌握技术要点及了解安全风险，防患于未然。

8.3操作人员应遵守安全操作规程，不违章指挥、不违章操作、不伤害自己、不伤害他人、不被他人伤害，提高安全防护意识和自我防护能力。

8.4机械作业时，操作人员应思想集中，不得擅自离岗或将机械交给非本机操作人员操作，严禁无关人员进入作业区。

8.5配电箱、开关柜必须绝缘良好，有自动漏电保护开关，严防触电及路事故发生。

8.6营业线改造施工应加强临线防护，配备足够的现场防护人员及驻站联络人员。

9.环保、节能措施

9.1施工过程中产生的建筑垃圾集中收集，定点清理。

9.2加强施工现场管理，保持施工现场整洁，到材料堆放整齐，机械设备停放有序，特殊施工地段有明显标志。

9.3加强施工环境保护措施，对易产生废气的作业项目，应加强作业人员的唠叨保护措施，配发口罩或防毒面具等相关劳保用品。

10.经济效益分析

10.1经济效益

本成果核心技术可有效适用于有砟、无砟铁路轨道施工，通过研发集成的新工艺、新工装，很大程度上提高了施工工效，保证了作业效率，减少安全隐患，降低了人工、机械等成本和费用投入，减少了对环境造成的污染，具备一定的经济效益。使用改进后的小型设备后，站线铺轨人工铺轨可节约成本万元，更换枕木作业减少综合费用.5元/根，每次封锁可节约人工成本元。以中铁四局年施工量为例进行计算，则预计可产生经济效益至少为万元。按股份公司范围内项目规模至少为一个工程局的5倍（铺架方面），则预计每年度可产生经济效益为万元。

10.2社会效益

道岔智能化开向检测及警示装置可以极大的减少车辆挤伤道岔、脱轨的情况出现；道岔起升装置养护道岔可以减少一半作业人员；自动抱闸台车可有效降低台车使用过程中存在因误操作致使台车溜逸事故发生，造成人员和设备损伤的安全隐患；智能轨道标记机器人极大提高作业效率，提升标记印刷的标准化程度，减轻作业劳动强度，降低作业安全风险；移动式闪光焊轨机尾气净化装置，有效减少了发动机碳烟颗粒物和有害气体的排放，创造了良好的工作环境，无砟轨道改建施工工法填补了我国无砟轨道改造施工技术领域的空白，对高铁营业线整体道床破除做出了重大突破，意义重大，社会效益显著。

10.3环境效益

通过本成果的应用，极大的减少有害气体排放，降低了人员中毒和污染空气等因素发生，同时无需额外资源投入，降低了施工材料大量使用和浪费，环保效益显著。

11.应用实例

该技术依托张吉怀铁路、嘉兴站改、上海地铁、深圳北站改轨道工程项目总结，包含国铁、地铁项目轨道工程中的运输、铺设、起拨道、钢轨标识标记、营业线改造等轨道工程各工序施工。并在张吉怀铁路、京唐铁路、阜阳北站改、嘉兴站改深圳北站改、上海地铁、杭州地铁武汉地铁、济南地铁等轨道工程项目成功应用。通过这些实用技术成果，在轨道施工中治通病、挖成本、增效益，各显其能，具有广阔的推广前景和应用价值，对提高我国高铁制造技术国际竞争力，实施中国高铁“走出去”战略具有重要意义。