沪昆高铁隧道接触网施工专用机械设备研究姚道秀

工作业存在的弊端，提出了适用于隧道吊柱安装施工的专用机械设备研制方案，并通过在沪昆高铁湖南段验证将其功能拓展，可作为公、铁两用车在新建及既有电气化铁路广泛使用，能为我国今后新建电气化铁路接触网专业施工机械研究提供一定的借鉴经验。

关键词：接触网吊柱 方法 安全 专用机械 研究

中图分类号：U22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（c）-0041-03

沪昆高铁湖南段东起醴陵东站，西至贵州省界新晃西站，全长508 km（含娄邵联络线12 km），设计行车速度300 km/h。与全国已开通高速电气化铁路相比，该铁路有以下特点：沿线地处山区，隧道占线路全长的46%。在隧道区段，列车通行时，接触网系统所受的空气动力较开阔地段大，运营环境更为复杂。因此，在施工中若不能充分考虑列车高速通过隧道产生的各种附加负荷，将易造成隧道内接触网设备出现松脱，而影响正常运营秩序的隐患。决定隧道内接触网施工质量的关键因素是采用的专用机械设备及施工方法，正确的机械设备及施工方法选用不仅能满足工程进度需求，而且不会给后期运营带来安全隐患。该文将结合沪昆高铁湖南段的特点，探讨能提高隧道内接触网施工工效及工程质量的专用机械设备。

1 隧道接触网施工专用机械设备研究

与隧道外安装方式不同，隧道内接触网需通过倒挂于隧道拱顶的吊柱来实现悬挂，如图1所示。从图1中可看出，隧道吊柱能否快速安装到位直接决定接触网施工阶段的后续工作量能否按期开展；同时，正确的吊柱安装方法能消除安全隐患，保证开通运营后的设备安全。

1.1 研究隧道内接触网施工专用机械设备的必要性

按照正常施工流程，隧道内接触网各项施工应在轨道铺设完毕后，采用电气化轨道作业车辅助作业。但我国高铁施工因受各项因素制约的影响，钢轨铺设工作基本在正式开通运营前方可完成，预留给接触网专业的施工时间相当有限，按正常施工程序，根本无法按期完成接触网专业各项施工任务。因此，大部分需借助电气化轨道作业车辅助实施的工程项目均得安排在钢轨铺设前完成；如何在没有专用施工机械辅助的前提下保证高铁电气化铁路接触网工程的施工质量，特别是隧道区段巡视及隐患排查困难，高质量的接触网设备施工显得更为关键。在该文图1中所示的隧道内接触网悬挂形式中可看出，吊柱为接触网系统中的关键受力件。每根质量约为150 kg的吊柱是通过4根“T”型螺栓固定于隧道预埋槽道内（槽道的厚度为4 mm），正常状态下，每根“T”型螺栓承受的负荷约为70 kg（含腕臂支撑装置及接触悬挂重量）。在通常的施工模式中，若施工过程中不具备使用电气化轨道作业车辅助施工的条件，一般采用一根“T”型螺栓临时固定于预留槽道内作为起吊点，使用人工将吊柱拉至安装位置，如图2所示。该施工方式存在的隐患为：在临时起吊固定点处，吊柱槽道承受的负荷达到额定负荷的2.5倍（含摩擦力）左右，接近设计临界负荷，且由于槽道与吊柱顶面弧度不一致，若不调整则不能使吊柱安装后达到设计的铅垂状态，因此，人工起吊至模拟安装位置后，还得将吊柱松开临时放至地面，加入调整垫片再重新吊装紧固。上述安装方式易造成槽道局部受力超标而导致结构疲劳损伤，在接触网设备投入运营后，由于列车在隧道内高速通过时的空气动力作用与吊柱，通过力的传递，使临时起吊点附近的吊柱槽道疲劳损伤加剧，存在槽道断裂、吊柱脱落影响行车的安全隐患。为此，针对吊柱起吊、安装调整存在的问题，需开发出一套能避免施工过程中造成安全隐患的专用机械设备。

1.2 专用机械设备

隧道内吊柱专用起吊安装机械设备是在载重货车基础上，加装可折叠液压机械臂起重臂、操作平台、自动控制系统等配套装置，实现隧道接触网吊柱起吊安装等作业的多功能专用施工机械设备。

（1）基本功能：通过走行系统的液压转换控制，能够实现在无轨道的路基地段及轨道上自由运行；为施工人员提供可升降、旋转的上部安装作业平台；有独立的机械臂能灵活起吊吊柱（或其他质量在500 kg以内的材料设备）、并且通过液压控制系统调整被起吊设备的状态。

（2）辅助功能：为提高该专用机械设备的自动化程度及减轻施工技术人员的操作强度，在车内配置了电脑控制系统及激光测距、定位系统，可通过各单位工程起测点的选定并结合线路基本参数的预先设置，由分布于车辆同一断面四周的激光测量定位系统及语音提示，在行驶过程中自动测量定位隧道内接触网吊柱位置（或路基地段接触网支柱位置）。

（3）安全防护功能：配备了雷达探测预警系统，对在一定距离内将侵入施工作业范围内的车辆或大型移动设备提前探测并发车声光预警，提醒作业人员及时调整平台位置或采取其他防护措施，防止专用施工机械设备被其他通行车辆碰撞，以保证作业安全。

2 验证完善及推广

上述隧道专用设备研制成型后，在长昆客专隧道群内进行了吊柱安装验证，从施工准备到调整结束，一根吊柱安装用时为8 min，需施工人员5～6人；而采用传统方式的人工安装作业，需35 min左右完成一根吊柱安装及调整施工，参与施工的人员需16人左右。可以看出，采用专用机械设备辅助作业不仅能使施工效率大幅提升，而且能保证施工安全可控，杜绝了人工作业带来的槽道损伤而形成的安全及质量隐患。通过验证，对隧道施工接触网施工专用设备及相关功能还可进行以下优化。

2.1 起重臂专用机械手配置

为提高该设备在隧道吊柱安装的效率，在其起重臂的起吊调悬挂负荷处，设计可在400 mm内自由张合的液压机械手及手动锁紧装置，该机械手与起重臂铰接连接并配有液压系统，分别实现对吊柱钳夹起吊及安装到位后调整吊柱铅锤状态，使作业人员在紧固T型螺栓前，便能直观测出各个螺栓上应套入的调整垫片厚度，实现一次安装到位。

2.2 使用功能拓展

在该专用施工机械设备走行架两端，增加了联挂装置，可加挂拖车在施工过程中同步转运施工料具，或联挂安装有液压阻尼放线架的平板车，实现1 000 kg以内的恒张力架线施工；在作业平台一端安装有模拟受电弓，可直观实现对线岔、电分段、电分相等关键部位仿真动态检测，确保接触网送电开通可靠运行。

2.3 安全系统完善

考虑到该专用机械作业时，作业平台上人员安全及起吊过程安全，在该专用机械车体两侧设计可伸缩的液压支腿4根，施工作业时，将液压支腿伸出承受车体及起吊负荷，避免车胎承载过负荷爆裂倾覆危及作业安全。优化后的专用施工机械设备如图3所示。

3 结语

在沪昆高铁湖南段，使用该专用机械设备辅助隧道内接触网吊柱安装，将原本受站前作业面交付滞后的工期得到有效弥补甚至提前，与传统人工作业相比，缩短工期近70 d，为后续施工有序推进、按期开通及安全运营奠定了坚实的基础；该线路自2014年年底开通至今，隧道内接触网设备运行稳定，得到相关单位的高度认可。由于该专用机械备有液压走行转换系统，可方便实现公路、铁路两用运行，从而设备使用效率得到大幅提高；同时，该专用机械设备也具备电气化轨道作业车的所有功能，因此，也可将其作为电气化铁路区段接触网作业车使用。由于该专用机械设备设计的灵活性，使其在新建电气化铁路区段，钢轨铺设前后均不受限制地使用，效率是传统电气化轨道作业车的2～3倍，而其价格仅为传统电气化轨道作业车的2/3，量产后价格将会进一步下降，相信在今后的电气化铁路施工市场上使用前景十分广阔。2015年底，该专用施工机械设备成功申报国家专利，正式定名为公铁两用电气化作业车。

参考文献

[1]中铁电气化局集团有限公司.电气化铁道接触网[M].中国电力出版社，2004：599-609.

[2]李国斌.高速铁路四电及相关专业接口参考手册[M].中国铁道出版社，2016：92-95.

[3]周忠发.城际铁路接触网施工模式探讨[J].科技资讯，2012（4）：44-46.

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