摘要：中国铁路工程的建设经历了从数量、规模到质量、效益的发展转变，且当前施工技术正在从传统施工方式向智能建造方式转变。随着自动化、智能化技术在各领域的推广应用，智能建造技术在铁路轨道工程领域的应用也开始了相关研究并取得了阶段性成果，但是其深入研究和全面推广仍有很多技术难点需要突破。基于此，本文简要介绍了国内轨枕、轨道板预制和有砟、无砟轨道铁路铺轨方面智能建造技术的研究和应用现状，根据现场反馈的信息和对智能化建造技术的认知，就铁路轨道智能建造技术研究的技术路线、技术难点、应用前景等提出了一定的建议，以期推动铁路智能建造技术的发展。

来源：智能建筑与工程机械

关键词：智能建造；铁路轨道；轨品、轨道板预制；有珠、元碎轨过；铁路梳轨、拉术难点

中图分类号：U215.1            文献标识码：A             文章编号：2096-6903(2021 )02-0001-06 

0 概述

铁路是我国交通的大动脉， 其规模和技术体现了国家 经济的实力和科技的水平。我国现已成为世界上高铁运营里程最多、 运行时速最高、 在建项目；最多的国家。中国高 铁已成为一张亮丽的名片， 充分体现了习近平总书记 “推 动中国制造向中国创造转变、 中国速度向中国质量转变、 中国产品向中国品牌转变” 的重要指示精神， 同时为推 动铁路技术转向升级， 打造中国品牌指明了方向。 中国 铁路建造技术已经从原始的人士方式发展为机械化、 自 动化施工，并正在向自动化、智能化技术迈进 。

1铁路轨道施工技术发展

1.1铁路轨道旱期施工方法

我国早期的铁路轨道施工技术落后， 以人力为主， 辅以少量的小型机具设备。 铁路铺轨时需要人工抬摆枕木、 钢轨、 人工钉道或安装扣件， 部分道昨也需要人力补充， 因此劳动强度大、 安全风险高、 施工进度慢。20 世纪70年代， 开始应用铺轨机， 实现了铁路铺轨施工 的半机械化作业， 但轨排生产、 上静养路等环节仍以人 工为主， 机械化程度低；大范围应用预应力钢筋混凝土 轨枕及配套的定型钢轨扣配件，轨枕在工厂内预制生产， 隶属于铁路局管理， 通过铁路运输 ，如国1 ～国3。

20世纪80年代至90年代， 铁路铺轨普遍使用， 还 研发了集T梁架设和铺轨功能的铺架机， 铁路铺轨施工 的综合进度指标明显提升， 应用往复式轨排生产线使轨 排生产的劳动强度进一步降低， 线路采用K车补昨、 人工小型内燃捣鼓机作业， 人员劳动强度得到降低， 除了 道岔及特殊工况外， 铁路铺轨作业基本实现了初步的机 械化。轨枕仍在轨枕厂生产， 铁路运输为主， 轨枕定型 产品种类少，生产工艺有所改进，如图4 ～图6。

新线建设中无砟轨道和无缝线路很少应用， 相应的施工技术仍处于空白状态［匀。

1.2铁路轨道施工技术现状

进入21世纪， 以秦沈客运专线为标志， 我国的铁 路轨道施工技术进入新阶段。 秦沈客专首次采用新线一 次性铺设无缝线路新技术并按设计时速开通， 彻底颠覆了以往先铺设有缝线路， 开通运营｜恼营运输， 工程交验 正式运营、 线路稳定后既有线换铺无缝线路等传统的轨道施工观念。 引进了当时世界主先进的单枕连续法铺轨 机组、 大型机械化养路机组， 建设了工地焊轨厂， 首次 铺设大号码高速铁路道岔， 试铺了长枕埋入式和单元板式无砟轨道， 采用紧密流水法施工工艺， 顺利实现了按 设计时速开通的日标， 为中国铁路建设树立了新标杆 ， 如图7 ～图9。

我国真正意义上的高速铁路建设是以有昨轨道为主 的石太客专、 无砟轨道为代表的京津城际为开端， 铁路 轨道施工技术在秦沈客专基础上得到新的提升。 武广客专、 郑西客专、 京沪高铁等先后建设， 轨道结构形式也从单一的有阵轨道拓展到多种形式的无砟轨道， 高速铁 路轨道施工技术也从引进成套技术与设备， 经过消化吸收和科技创新， 逐步形成了轨道结构种类最多、 环境适应性最广、 建造技术配套最全、 施工成本相对最低的中国特色建造技术。

1.2.1有昨轨道施工技术现状

有昨轨道施工以换铺法和单枕法为主， 在国外单枕法铺轨设备的基础上， 为适应我国500 m长钢轨的技术标准， 自主研发了CPGSOO型铺轨机组， 捣固车、 稳定车、 配碎车、 道岔捣固车等大型养路机械以及移动式焊轨机实现了国产化并有昨轨道施工中的普遍应用， 高铁 有昨轨道精调整理中普遍使用新一代的DWL（捣固与稳 定联合作业）机组， 线路轨道在开通前使用钢轨打磨列车实现了预打磨， 有昨轨道线路施工技术与装备水平达到了世界先进水平， 如图10～图13。

有昨轨道的道岔仍采取原位铺设为主的工艺，道岔精调以人工调整为主，个别铁路局曾引进国外的道岔换铺设备， 但是受既有线施工场地条件和要点施工限制， 没有得到推广。 国内道岔施工技术总体上机械化、 自动化、 智能化程度低， 较国外先进技术相比仍相对落后， 如图 14。

1.2.2无砟轨道施工技术研究现状

国内铁路无砟轨道结构形式主要有CRTS I型双块式、 板式，CRTS E型双块式、 板式，CRTS E型板式等，无砟道岔主要有轨枕埋入式、 板式等。 不同的轨道结构 形式适应不同的运营条件和施工条件， 采用相对应的成 套工装工艺进行施工。 相对而言， CRTS E型双块式无砟轨道施工的机械化、 自动化程度最高。 目前国内无砟轨道采用最多的是CRTS I型双块式和CRTS I塑板式两种无砟轨道结构形式，道岔以轨枕埋入式为主，如图15 ～图17。

为了适应大规模的铁路建设需要，轨枕的预制已不 再局限于铁路局的生产厂供应， 通过在现场新建轨枕厂、 轨道板厂等大临设施， 轨枕、 轨道板预制实现了工厂化 生产， 机械化程度和信息化水平持续提升，正在向智能 工厂迈进， 如图18～图210

无砟道岔原位铺设， 工艺与无砟轨道类似， 机械化、 自动化、 智能化程度均有待提高。

1.3铁路轨道施工技术发展趋势

根据铁路中长期发展规划， 国内铁路建设将继续维 持在一定的规模， 市域铁路、 城际铁路近期将爆发式增 长， 高速铁路向中西部地区延伸，铁路之间的联络线、 铁水联运铁路等提上日程， 路网结构日臻完善， 以川藏铁路为代表的高难度铁路开工建设， 伴随着人口老龄化和人工成本的快速增长， 能保证施工安全、 作业高效、工程优质的铁路智能建造技术的研究应用和施工技术再 创新己刻不容缓， 国内部分相关的科研院所、 施工企业、装备制造厂商已开展相关工作。

铁路轨道施工技术的总体发展趋势有以下几个方面： (1）提高机械化水平。 道岔铺设、 轨排生产、 铺设轨排、 放散锁定等环节仍使用大量劳动力，机械化减人任务艰巨。

(2）提高自动化水平。 在轨枕轨道板预制、 无砟轨道施工、 铺轨作业、 有碎线路大机养路等环节， 基本实 现了机械化， 但是自动化水平很低。

(3）提高智能化水平。 国内少数轨枕厂、 轨道板厂 E在向超智能工厂方向努力， 生产线的机械化、 自动化 水平达到了较高程度， 在智能化管理方面也进行了尝试， 但距离真正意义上的智能化还有较大差距。

(4）根据工况要求开展施工技术再创新。 新时期铁路建设向更广的范围拓展， 面临更加复杂的施工环境条件和新的技术要求， 需要研究开发适应特殊工况的全新 目 的轨道施工成套技术与装备。

(5）铁路轨道施工管理标准化、 智能化提升。 当前 国内铁路施工项目的管理基本实现了信息化， 但各种管 理软件平台五花八门， 各种管理方面的信息和施工过程 中的数据无法完全贯通， 因此需要整合现有管理软件平 台或开发适应于模块化管理的专业软件平台 。

2铁路轨道智能建造技术研究难点

2.1轨枕、轨道板预制

 2.1.1轨枕预制

轨枕预制国内旱已实现了工厂化，其以环形流水生 产线为主。 以中铁三届为例， 在智能化轨枕厂的发展 历程中， 通过对原有轨枕生产工艺、 装备的多次升级改 造， 打造了黄黄铁路薪春智能化轨枕生产车间， 达到了 国内领先水平。 蔚春轨枕厂采用流水机组法生产， 轨枕 养护改进为坑式养护窑分仓智能养护，12道主要生产工 序全部机械化、 自动化， 螺旋筋套管安装、 精架箍筋安

装、 混凝土精准布料、 轨枕出入窑、 轨枕外形与几何尺寸检测、 注油盖、 轨枕缓存等工序应用了视觉识别、 激光扫描、 算法分析等智能控制技术。 生产管理中， 在建 设单位要求的管理平台基础上， 引进了MES 、SCADA、 PHM等先进的管理系统。

目前轨枕预制智能建造技术研究的难点在于部分智 能设备工作的稳定性、 技术参数的可靠性，其有待进一步改善， 喷砂工艺清模能耗过大需要改进，轨枕缓存没 有分仓养护， 轨枕的物流智能管理水平低。轨枕裂纹检 测单纯依靠视觉识别技术， 对裂纹判别的可信度偏低， 应研究基于超声波探测技术的专用检测设备，如图22。

2.1.2轨道板预制

当前轨道板预制正在逐步推广流水机组法。 采用流 水机组法后部分工序实现了智能化，如CRTS E型板生 产中， 脱模、 清模、 套营螺旋筋安装、 预应力钢筋预紧 和张拉、 钢筋绝缘检测、 蒸养等智能化水平已较高， 混凝士精准布料和振捣工位有待提升［11］。但钢筋笼绑扎工 序仍以人工为主，实现机械化、 自动化还很难，如图230

2.2有砟轨道

有昨轨道智能建造技术长期以来发展缓慢，主要原因是轨道结构形式、 扣件类型固化，机械铺轨时自下而上、 自始至终的顺序施工方式，决定了其施工工艺很难有大的突破。 只能在铺轨机械设备、 线路大机整道等方 面做一些减少作业人员、 提高作业精度、 保证工程质量的改进。 目前国内有些施工单位正在联合相关科研院所、 设备厂商做相关研究，难度较大的课题有：

(1）有砟、 无砟通用智能牵引车， 解决山区铁路隧道外有昨、 隧道内无砟相互交替的工况下作业精度和效率问题。研究中存在的问题是设备拟附加自主巡航走行、 钢轨自动抓取、 自动投放与回收滚轮等功能， 设备结构 尺寸较大、 自重较大，与现场的作业条件要求有差距，实际效果有待验证。 该项研究虽然可以提升智能化水平， 但是造价较高， 性价比较差 ，如图24～图250

(2）单枕法铺轨扣件智能安装车。 受螺栓扣件的结构和安装顺序的限制，拟采取倒拆法分解扣件安装过程，研制配套的智能作业车组， 按顺序独立完成每个安装步骤的办法解决。 其存在的困难是扣件与钢轨、 轨枕组装精度要求高，现场粗铺线路的空间相对位置关系情况复杂， 没有精度高、 技术先进的识别与控制系统很难达到实用程度。 况且作业车组体积庞大、 组成复杂，作业时占用线路，影响铺轨进度。

2.3无砟轨道

目前国内无砟轨道智能建造技术的研究以双块式、 CRTS E型板式无砟轨道为主攻方向，兼顾无砟道岔智 能精调等技术的研究。

(1）双块式无砟轨道。 在以往双块式无砟轨道轨排框架法、 轨排架法的基础上，重点在成套的施工技术装备， 在机械化、 自动化及智能化等方面做提升。 在轨排 组装、 轨排运输、 轨排粗铺、 轨排智能精调、 混凝土智 能浇筑振捣、 自动找平抹面、 工地智能养护等方面， 以中国中铁为代表的建筑央企联舍相关院所、 厂商做了系 统的研究与开发， 研制了成套的施工装备，在高铁项目 进行了试用和验证。 部分功能还需要完善，如轨排智能 精调、 混凝土智能浇筑振捣等环节，在精度、 效率、 质量等方面未达到预期目标。 在有效工期短， 进度要求高，

作业环境差异大的情况下，现有的智能建造技术还不能 很好的适应， 相关单位仍在继续探索。

(2）板式无碎轨道。 CRTS E型板式无碎轨道的智 能建造技术主要研究方向是智能铺板和快速精调， 国内部分施工单位巴进行了充分的技术论证，也试制过一些铺板和精调设备，但是效果均不理想。 存在的突出矛盾是设备体积和重量不适合现场灵活作业，配套的精调软件算法、 控制系统可靠性、 调整机构作业精度之间的协调匹配难度大，远未达到工程应用条件。

(3）无砟道岔。 无砟道岔的智能建造技术研究重点 是智能精调，中铁三局在郑万高铁研制试用了第一代道 岔精调机，但是因其重量偏大， 置于道岔之上精调作业时影晌精度， 且未实现三维精调功能，产品还不具备应用价值。无砟道岔精调需要反复进行，仅依靠单点局部 调整的方式很难达到精度， 需要研究多点同步、 三维可 调、 计算机控制、 体积小、 重量轻、 可拆分、 模块化的 成套精调装置， 恐短期内很难实现。

(4）元昨轨道铺轨。 无砟轨道智能铺轨技术的研究 主要想解决作业人员多的问题，拟对智能推送、 收放滚轮、 扣件安装、 钢轨自动抓取与拖拽等环节进行升级改 造。 与有碎轨道类似， 同样存在投入大、 实用性差、 相互干扰、 部分功能无法实现的风险。 国内有施工单位已经开展了相关技术与装备的研发， 已进入调试阶段，不 久将到在建项目进行试验验证。 但是无砟轨道扣件更加复杂， 智能安装短期内也很难实现，如图 26 ～图 28。

2.4钢轨焊接及其他

(1）钢轨焊接。 铁路项目的500m长钢轨焊接在国铁集团的焊轨基地完成， 各焊轨基地一直在不断地进行 技术改造与升级。 施工单位完成现场的钢轨焊接， 道岔 内采用铝热焊工艺， 焊头数量较少， 对智能化升级没有 强劲的需求。 线路采用移动焊轨机闪光接触焊工艺，配套使用工地上打磨、 矫直、 E火、 探伤等设备。 目前国 内各单位在信息化方面做了许多研究工作， 但需要在钢 轨焊接、 钢轨正火、 自动打磨、 焊头探伤与检测等方面

继续深化智能化技术的研究［叫。

市域、 城际铁路的施工条件苛刻， 部分城市在轨道 施工期问仍不具备与既有线接轨的条件， 必须采用在现 场设小型焊轨基地，将短定尺轨焊接成非标准最度长轨的方式解决。 对现场小型焊轨基地建设及小型焊轨生产 线生产技术与装备的适应性改造升级将是下一步研究工 作的重点。

(2）无缝线路放散锁定。 铁科院主持开发了铁路无 缝线路应力放散施工监测方法、 装置及系统， 在新建铁 路轨道施工中推广应用， 虽然解决了由于通过人工对轨道信息进行测量导致的工作效率低、 测量误差大的技术 问题， 但是对应力放散的作业效率有一定影响。 以往国 内个别施工单位在施工环境条件允许的前提下， 曾采取过500m长钢轨一次直接锁定的方法。 该方法可以减少 单元轨焊接工序， 可显著提高施工进度。 但因规范要求 单元轨的长度一般为1500 ～ 2 000 m， 因此该方法从 技术规范、 锁定轨温的准确性和均匀性等方面没有得到 认可。

中铁大桥院秦顺全院士提出的 “兀应力状态法” 在 桥梁设计与施工监控中发挥了重要作用，借鉴 “无应力状态法” 的理念， 结合铁科院研发的应力放散锁定监控 系统的应用， 采用智能化的长度测量、 钢轨长度标定、 钢轨应力应变测量、 钢轨位移监测等仪器设备和先进的 监控手段， 研究500m长钢轨直接放散锁定的施工工艺 和作业标准， 完全有可能达到原来放散锁定工艺要求的 “无缝线路的实际锁定轨温准确、 均匀” 的技术要求。

3结论是建议

纵览国内铁路轨道施工技术的发展历程， 分析铁路 轨道智能建造技术的现状和面临的挑战， 智能建造技术 的研究、 应用任重道远、 势在必行。

(1）走区域化发展之路。 轨枕、 轨道板预制为工厂 化生产，通过总结国内智能轨枕厂、 轨道板厂的技术加 以优化， 在智能化管理和控制技术应用上进一步进行提 升， 其智能化生产技术已日趋成熟，短时间内具备推广 应用的条件。 与原生产方式相比， 资金和技术方面的投 入太， 在目前的铁路建设项目管理模式下， 轨枕厂、 轨 道板厂的生产数量少、 大I阳投入多， 不具备规模效应， 经济效益无法保证。 与铁路局合作建设轨枕厂、 轨道板 厂， 引入铁路专用线， 通过铁路运输扩大供应范围， 区 域性工厂是大势所趋。

(2）做好顶层设计，科学整合资源， 加强统筹协调， 主攻关键技术。 国内铁路轨道智能建造技术的研究中， 国铁集团、 铁路科研院所、 设计院、 施工企业、 装备制 造厂商及高等院校等均有参与，但是顶层设计缺失，研 究路线模糊， 研究团队各自为战力量分散，研究方向及 内容雷同或低端重复，核心技术缺失， 知识产权界定不 清， 研究成果或新的施工技术与装备缺乏应用验证。

(3）立足实际， 追求实效， 分步推进， 稳扎稳打。在国家倡导技术创新和智能化的风潮中，铁路轨道智能 建造技术的研究所追求的目标有空泛化的倾向， 想要通过机械化、 自动化、 智能化的技术实现所有工序全覆盖及施工现场无人化等思想， 有脱离现实、 技术 “大跃进” 的隐忧。

(4）优化设计， 源头解困；良性互动， 降本增效。德国在双块式无砟轨道施工技术的研究应用中， 为了适应机械化、 自动化技术的发展需求， 专门研发了旭普林式无砟轨道结构形式， 从源头入手解决问题。 国外有昨 轨道采用单枕法施工时选用合理的轨枕及扣件类型， 很好地解决了扣件安装问题。 目前国内轨枕、 轨道板预制以及铺轨施工中， 现有的定型图及设计技术标准与智能 建造技术的要求差距太大， 智能建造技术研究存在削足 适履的现象， 必须引起高度重视。 只有从设计源头解决 好与智能建造技术与装备的深度融合， 才能实现智能建 造技术的落地生根， 达到现场实用、 人员减少、 成本降 低、 工效提高、 安全可靠的预期目标。

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Analysis on the Development of Railway ’Track Construction Technology and the Research Difficulties of Intelligent Constructoon Technology 

CUI Cheng 

(China Railway Third Bureau Group Line Bridge Engineering Co., Ltd., Langfang Hebei 065000) 

Abstract: The construction of railway p叫ects in China has undergone development and transformation企om quanti吼scale to quality and efficiency, and the current construction technology is changing from traditional construction methods to intelligent construction methods. With the promotion and application of automation and intelligent technology in various fields，the application of intelligent construction technology in the field of railway track engineering has also begun relevant research and achieved phased results, but its in-depth research and comprehensive promotion still have many technical difficulties that need to be broken through. Based onthis, this article briefly introduces the research and application status of intelligent construction technology in domestic sleepers, prefabricated track slabs and track laying of ballasted and non-ballasted railways. The technical route, technical difficulties, and application prospects of intelligent construction technology research put forward certain suggestions in order to promote the development of railway intelligent construction technology. 

Keywords: intelligent construction; railway track; prefabrication of sleeper and track plate; ballastless and ballastless track; railway track laying, technical difficulties 

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