滬昆高鐵隧道接觸網(wǎng)施工專用機(jī)械設(shè)備研究姚道秀

劉德義

摘 要：先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備在一定程度上體現(xiàn)著行業(yè)施工水平，特別是傳統(tǒng)施工模式改變與之配套的機(jī)械設(shè)備研究對提高施工效率、保證工程質(zhì)量顯得更為關(guān)鍵。通過分析新建電氣化鐵路接觸網(wǎng)專業(yè)隧道吊柱人工作業(yè)存在的弊端，提出了適用于隧道吊柱安裝施工的專用機(jī)械設(shè)備研制方案，并通過在滬昆高鐵湖南段驗(yàn)證將其功能拓展，可作為公、鐵兩用車在新建及既有電氣化鐵路廣泛使用，能為我國今后新建電氣化鐵路接觸網(wǎng)專業(yè)施工機(jī)械研究提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng)吊柱 方法 安全 專用機(jī)械 研究

中圖分類號：U22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0041-03

滬昆高鐵湖南段東起醴陵東站，西至貴州省界新晃西站，全長508 km（含婁邵聯(lián)絡(luò)線12 km），設(shè)計(jì)行車速度300 km/h。與全國已開通高速電氣化鐵路相比，該鐵路有以下特點(diǎn)：沿線地處山區(qū)，隧道占線路全長的46%。在隧道區(qū)段，列車通行時，接觸網(wǎng)系統(tǒng)所受的空氣動力較開闊地段大，運(yùn)營環(huán)境更為復(fù)雜。因此，在施工中若不能充分考慮列車高速通過隧道產(chǎn)生的各種附加負(fù)荷，將易造成隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)松脫，而影響正常運(yùn)營秩序的隱患。決定隧道內(nèi)接觸網(wǎng)施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素是采用的專用機(jī)械設(shè)備及施工方法，正確的機(jī)械設(shè)備及施工方法選用不僅能滿足工程進(jìn)度需求，而且不會給后期運(yùn)營帶來安全隱患。該文將結(jié)合滬昆高鐵湖南段的特點(diǎn)，探討能提高隧道內(nèi)接觸網(wǎng)施工工效及工程質(zhì)量的專用機(jī)械設(shè)備。

1 隧道接觸網(wǎng)施工專用機(jī)械設(shè)備研究

與隧道外安裝方式不同，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)需通過倒掛于隧道拱頂?shù)牡踔鶃韺?shí)現(xiàn)懸掛，如圖1所示。從圖1中可看出，隧道吊柱能否快速安裝到位直接決定接觸網(wǎng)施工階段的后續(xù)工作量能否按期開展；同時，正確的吊柱安裝方法能消除安全隱患，保證開通運(yùn)營后的設(shè)備安全。

1.1 研究隧道內(nèi)接觸網(wǎng)施工專用機(jī)械設(shè)備的必要性

按照正常施工流程，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)各項(xiàng)施工應(yīng)在軌道鋪設(shè)完畢后，采用電氣化軌道作業(yè)車輔助作業(yè)。但我國高鐵施工因受各項(xiàng)因素制約的影響，鋼軌鋪設(shè)工作基本在正式開通運(yùn)營前方可完成，預(yù)留給接觸網(wǎng)專業(yè)的施工時間相當(dāng)有限，按正常施工程序，根本無法按期完成接觸網(wǎng)專業(yè)各項(xiàng)施工任務(wù)。因此，大部分需借助電氣化軌道作業(yè)車輔助實(shí)施的工程項(xiàng)目均得安排在鋼軌鋪設(shè)前完成；如何在沒有專用施工機(jī)械輔助的前提下保證高鐵電氣化鐵路接觸網(wǎng)工程的施工質(zhì)量，特別是隧道區(qū)段巡視及隱患排查困難，高質(zhì)量的接觸網(wǎng)設(shè)備施工顯得更為關(guān)鍵。在該文圖1中所示的隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛形式中可看出，吊柱為接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵受力件。每根質(zhì)量約為150 kg的吊柱是通過4根“T”型螺栓固定于隧道預(yù)埋槽道內(nèi)（槽道的厚度為4 mm），正常狀態(tài)下，每根“T”型螺栓承受的負(fù)荷約為70 kg（含腕臂支撐裝置及接觸懸掛重量）。在通常的施工模式中，若施工過程中不具備使用電氣化軌道作業(yè)車輔助施工的條件，一般采用一根“T”型螺栓臨時固定于預(yù)留槽道內(nèi)作為起吊點(diǎn)，使用人工將吊柱拉至安裝位置，如圖2所示。該施工方式存在的隱患為：在臨時起吊固定點(diǎn)處，吊柱槽道承受的負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷的2.5倍（含摩擦力）左右，接近設(shè)計(jì)臨界負(fù)荷，且由于槽道與吊柱頂面弧度不一致，若不調(diào)整則不能使吊柱安裝后達(dá)到設(shè)計(jì)的鉛垂?fàn)顟B(tài)，因此，人工起吊至模擬安裝位置后，還得將吊柱松開臨時放至地面，加入調(diào)整墊片再重新吊裝緊固。上述安裝方式易造成槽道局部受力超標(biāo)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞損傷，在接觸網(wǎng)設(shè)備投入運(yùn)營后，由于列車在隧道內(nèi)高速通過時的空氣動力作用與吊柱，通過力的傳遞，使臨時起吊點(diǎn)附近的吊柱槽道疲勞損傷加劇，存在槽道斷裂、吊柱脫落影響行車的安全隱患。為此，針對吊柱起吊、安裝調(diào)整存在的問題，需開發(fā)出一套能避免施工過程中造成安全隱患的專用機(jī)械設(shè)備。

1.2 專用機(jī)械設(shè)備

隧道內(nèi)吊柱專用起吊安裝機(jī)械設(shè)備是在載重貨車基礎(chǔ)上，加裝可折疊液壓機(jī)械臂起重臂、操作平臺、自動控制系統(tǒng)等配套裝置，實(shí)現(xiàn)隧道接觸網(wǎng)吊柱起吊安裝等作業(yè)的多功能專用施工機(jī)械設(shè)備。

（1）基本功能：通過走行系統(tǒng)的液壓轉(zhuǎn)換控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在無軌道的路基地段及軌道上自由運(yùn)行；為施工人員提供可升降、旋轉(zhuǎn)的上部安裝作業(yè)平臺；有獨(dú)立的機(jī)械臂能靈活起吊吊柱（或其他質(zhì)量在500 kg以內(nèi)的材料設(shè)備）、并且通過液壓控制系統(tǒng)調(diào)整被起吊設(shè)備的狀態(tài)。

（2）輔助功能：為提高該專用機(jī)械設(shè)備的自動化程度及減輕施工技術(shù)人員的操作強(qiáng)度，在車內(nèi)配置了電腦控制系統(tǒng)及激光測距、定位系統(tǒng)，可通過各單位工程起測點(diǎn)的選定并結(jié)合線路基本參數(shù)的預(yù)先設(shè)置，由分布于車輛同一斷面四周的激光測量定位系統(tǒng)及語音提示，在行駛過程中自動測量定位隧道內(nèi)接觸網(wǎng)吊柱位置（或路基地段接觸網(wǎng)支柱位置）。

（3）安全防護(hù)功能：配備了雷達(dá)探測預(yù)警系統(tǒng)，對在一定距離內(nèi)將侵入施工作業(yè)范圍內(nèi)的車輛或大型移動設(shè)備提前探測并發(fā)車聲光預(yù)警，提醒作業(yè)人員及時調(diào)整平臺位置或采取其他防護(hù)措施，防止專用施工機(jī)械設(shè)備被其他通行車輛碰撞，以保證作業(yè)安全。

2 驗(yàn)證完善及推廣

上述隧道專用設(shè)備研制成型后，在長昆客專隧道群內(nèi)進(jìn)行了吊柱安裝驗(yàn)證，從施工準(zhǔn)備到調(diào)整結(jié)束，一根吊柱安裝用時為8 min，需施工人員5～6人；而采用傳統(tǒng)方式的人工安裝作業(yè)，需35 min左右完成一根吊柱安裝及調(diào)整施工，參與施工的人員需16人左右?？梢钥闯觯捎脤Ｓ脵C(jī)械設(shè)備輔助作業(yè)不僅能使施工效率大幅提升，而且能保證施工安全可控，杜絕了人工作業(yè)帶來的槽道損傷而形成的安全及質(zhì)量隱患。通過驗(yàn)證，對隧道施工接觸網(wǎng)施工專用設(shè)備及相關(guān)功能還可進(jìn)行以下優(yōu)化。

2.1 起重臂專用機(jī)械手配置

為提高該設(shè)備在隧道吊柱安裝的效率，在其起重臂的起吊調(diào)懸掛負(fù)荷處，設(shè)計(jì)可在400 mm內(nèi)自由張合的液壓機(jī)械手及手動鎖緊裝置，該機(jī)械手與起重臂鉸接連接并配有液壓系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)對吊柱鉗夾起吊及安裝到位后調(diào)整吊柱鉛錘狀態(tài)，使作業(yè)人員在緊固T型螺栓前，便能直觀測出各個螺栓上應(yīng)套入的調(diào)整墊片厚度，實(shí)現(xiàn)一次安裝到位。

2.2 使用功能拓展

在該專用施工機(jī)械設(shè)備走行架兩端，增加了聯(lián)掛裝置，可加掛拖車在施工過程中同步轉(zhuǎn)運(yùn)施工料具，或聯(lián)掛安裝有液壓阻尼放線架的平板車，實(shí)現(xiàn)1 000 kg以內(nèi)的恒張力架線施工；在作業(yè)平臺一端安裝有模擬受電弓，可直觀實(shí)現(xiàn)對線岔、電分段、電分相等關(guān)鍵部位仿真動態(tài)檢測，確保接觸網(wǎng)送電開通可靠運(yùn)行。

2.3 安全系統(tǒng)完善

考慮到該專用機(jī)械作業(yè)時，作業(yè)平臺上人員安全及起吊過程安全，在該專用機(jī)械車體兩側(cè)設(shè)計(jì)可伸縮的液壓支腿4根，施工作業(yè)時，將液壓支腿伸出承受車體及起吊負(fù)荷，避免車胎承載過負(fù)荷爆裂傾覆危及作業(yè)安全。優(yōu)化后的專用施工機(jī)械設(shè)備如圖3所示。

3 結(jié)語

在滬昆高鐵湖南段，使用該專用機(jī)械設(shè)備輔助隧道內(nèi)接觸網(wǎng)吊柱安裝，將原本受站前作業(yè)面交付滯后的工期得到有效彌補(bǔ)甚至提前，與傳統(tǒng)人工作業(yè)相比，縮短工期近70 d，為后續(xù)施工有序推進(jìn)、按期開通及安全運(yùn)營奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；該線路自2014年年底開通至今，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，得到相關(guān)單位的高度認(rèn)可。由于該專用機(jī)械備有液壓走行轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可方便實(shí)現(xiàn)公路、鐵路兩用運(yùn)行，從而設(shè)備使用效率得到大幅提高；同時，該專用機(jī)械設(shè)備也具備電氣化軌道作業(yè)車的所有功能，因此，也可將其作為電氣化鐵路區(qū)段接觸網(wǎng)作業(yè)車使用。由于該專用機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的靈活性，使其在新建電氣化鐵路區(qū)段，鋼軌鋪設(shè)前后均不受限制地使用，效率是傳統(tǒng)電氣化軌道作業(yè)車的2～3倍，而其價格僅為傳統(tǒng)電氣化軌道作業(yè)車的2/3，量產(chǎn)后價格將會進(jìn)一步下降，相信在今后的電氣化鐵路施工市場上使用前景十分廣闊。2015年底，該專用施工機(jī)械設(shè)備成功申報國家專利，正式定名為公鐵兩用電氣化作業(yè)車。

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