滬昆高鐵隧道接觸網施工專用機械設備研究姚道秀

劉德義

摘 要：先進的機械設備在一定程度上體現著行業施工水平，特別是傳統施工模式改變與之配套的機械設備研究對提高施工效率、保證工程質量顯得更為關鍵。通過分析新建電氣化鐵路接觸網專業隧道吊柱人工作業存在的弊端，提出了適用于隧道吊柱安裝施工的專用機械設備研制方案，并通過在滬昆高鐵湖南段驗證將其功能拓展，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專業施工機械研究提供一定的借鑒經驗。

關鍵詞：接觸網吊柱 方法 安全 專用機械 研究

中圖分類號：U22 文獻標識碼：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（含婁邵聯絡線12 km），設計行車速度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：沿線地處山區，隧道占線路全長的46%。在隧道區段，列車通行時，接觸網系統所受的空氣動力較開闊地段大，運營環境更為復雜。因此，在施工中若不能充分考慮列車高速通過隧道產生的各種附加負荷，將易造成隧道內接觸網設備出現松脫，而影響正常運營秩序的隱患。決定隧道內接觸網施工質量的關鍵因素是采用的專用機械設備及施工方法，正確的機械設備及施工方法選用不僅能滿足工程進度需求，而且不會給后期運營帶來安全隱患。該文將結合滬昆高鐵湖南段的特點，探討能提高隧道內接觸網施工工效及工程質量的專用機械設備。

1 隧道接觸網施工專用機械設備研究

與隧道外安裝方式不同，隧道內接觸網需通過倒掛于隧道拱頂的吊柱來實現懸掛，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施工階段的后續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，保證開通運營后的設備安全。

1.1 研究隧道內接觸網施工專用機械設備的必要性

按照正常施工流程，隧道內接觸網各項施工應在軌道鋪設完畢后，采用電氣化軌道作業車輔助作業。但我國高鐵施工因受各項因素制約的影響，鋼軌鋪設工作基本在正式開通運營前方可完成，預留給接觸網專業的施工時間相當有限，按正常施工程序，根本無法按期完成接觸網專業各項施工任務。因此，大部分需借助電氣化軌道作業車輔助實施的工程項目均得安排在鋼軌鋪設前完成；如何在沒有專用施工機械輔助的前提下保證高鐵電氣化鐵路接觸網工程的施工質量，特別是隧道區段巡視及隱患排查困難，高質量的接觸網設備施工顯得更為關鍵。在該文圖1中所示的隧道內接觸網懸掛形式中可看出，吊柱為接觸網系統中的關鍵受力件。每根質量約為150 kg的吊柱是通過4根“T”型螺栓固定于隧道預埋槽道內（槽道的厚度為4 mm），正常狀態下，每根“T”型螺栓承受的負荷約為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車輔助施工的條件，一般采用一根“T”型螺栓臨時固定于預留槽道內作為起吊點，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：在臨時起吊固定點處，吊柱槽道承受的負荷達到額定負荷的2.5倍（含摩擦力）左右，接近設計臨界負荷，且由于槽道與吊柱頂面弧度不一致，若不調整則不能使吊柱安裝后達到設計的鉛垂狀態，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而導致結構疲勞損傷，在接觸網設備投入運營后，由于列車在隧道內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、安裝調整存在的問題，需開發出一套能避免施工過程中造成安全隱患的專用機械設備。

1.2 專用機械設備

隧道內吊柱專用起吊安裝機械設備是在載重貨車基礎上，加裝可折疊液壓機械臂起重臂、操作平臺、自動控制系統等配套裝置，實現隧道接觸網吊柱起吊安裝等作業的多功能專用施工機械設備。

（1）基本功能：通過走行系統的液壓轉換控制，能夠實現在無軌道的路基地段及軌道上自由運行；為施工人員提供可升降、旋轉的上部安裝作業平臺；有獨立的機械臂能靈活起吊吊柱（或其他質量在500 kg以內的材料設備）、并且通過液壓控制系統調整被起吊設備的狀態。

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

（3）安全防護功能：配備了雷達探測預警系統，對在一定距離內將侵入施工作業范圍內的車輛或大型移動設備提前探測并發車聲光預警，提醒作業人員及時調整平臺位置或采取其他防護措施，防止專用施工機械設備被其他通行車輛碰撞，以保證作業安全。

2 驗證完善及推廣

上述隧道專用設備研制成型后，在長昆客專隧道群內進行了吊柱安裝驗證，從施工準備到調整結束，一根吊柱安裝用時為8 min，需施工人員5～6人；而采用傳統方式的人工安裝作業，需35 min左右完成一根吊柱安裝及調整施工，參與施工的人員需16人左右。可以看出，采用專用機械設備輔助作業不僅能使施工效率大幅提升，而且能保證施工安全可控，杜絕了人工作業帶來的槽道損傷而形成的安全及質量隱患。通過驗證，對隧道施工接觸網施工專用設備及相關功能還可進行以下優化。

2.1 起重臂專用機械手配置

為提高該設備在隧道吊柱安裝的效率，在其起重臂的起吊調懸掛負荷處，設計可在400 mm內自由張合的液壓機械手及手動鎖緊裝置，該機械手與起重臂鉸接連接并配有液壓系統，分別實現對吊柱鉗夾起吊及安裝到位后調整吊柱鉛錘狀態，使作業人員在緊固T型螺栓前，便能直觀測出各個螺栓上應套入的調整墊片厚度，實現一次安裝到位。

2.2 使用功能拓展

在該專用施工機械設備走行架兩端，增加了聯掛裝置，可加掛拖車在施工過程中同步轉運施工料具，或聯掛安裝有液壓阻尼放線架的平板車，實現1 000 kg以內的恒張力架線施工；在作業平臺一端安裝有模擬受電弓，可直觀實現對線岔、電分段、電分相等關鍵部位仿真動態檢測，確保接觸網送電開通可靠運行。

2.3 安全系統完善

考慮到該專用機械作業時，作業平臺上人員安全及起吊過程安全，在該專用機械車體兩側設計可伸縮的液壓支腿4根，施工作業時，將液壓支腿伸出承受車體及起吊負荷，避免車胎承載過負荷爆裂傾覆危及作業安全。優化后的專用施工機械設備如圖3所示。

3 結語

在滬昆高鐵湖南段，使用該專用機械設備輔助隧道內接觸網吊柱安裝，將原本受站前作業面交付滯后的工期得到有效彌補甚至提前，與傳統人工作業相比，縮短工期近70 d，為后續施工有序推進、按期開通及安全運營奠定了堅實的基礎；該線路自2014年年底開通至今，隧道內接觸網設備運行穩定，得到相關單位的高度認可。由于該專用機械備有液壓走行轉換系統，可方便實現公路、鐵路兩用運行，從而設備使用效率得到大幅提高；同時，該專用機械設備也具備電氣化軌道作業車的所有功能，因此，也可將其作為電氣化鐵路區段接觸網作業車使用。由于該專用機械設備設計的靈活性，使其在新建電氣化鐵路區段，鋼軌鋪設前后均不受限制地使用，效率是傳統電氣化軌道作業車的2～3倍，而其價格僅為傳統電氣化軌道作業車的2/3，量產后價格將會進一步下降，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，該專用施工機械設備成功申報國家專利，正式定名為公鐵兩用電氣化作業車。

參考文獻

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