营业线铁路接触网基础机械化施工设备开发及试验

陈世敏

（中国铁路上海局集团有限公司合肥铁路枢纽工程建设指挥部，合肥 230011）

1 引言

既有线铁路电气化改造，会有大量的接触网支柱基础需要施工。目前，我国对接触网支柱基础大多采用人工开挖方式施工，不仅施工效率低、劳动强度大，而且对路基扰动大。因此，亟待改进现行施工模式。旋挖机是一种常用的建筑施工机械，具有噪声小、扭矩大、成孔速度快等优势，在建筑地基基础工程【1~3】、公路桩基工程【4~7】以及部分新建铁路【8】施工中已有应用，但在既有线铁路改造中尚无应用先例。

本文结合芜广线铁路电气化改造工程，对接触网基础施工过程中机械代替人工的可行性及工效进行研究，达到减少用工数量、减轻工人劳动强度、提高机械化水平、促进铁路工程机械设备进步的目的。

既有芜湖南—广德铁路按现状电气化改造，全段包括芜湖南站等9 个车站及芜湖至芜湖南等10 个区间，其中接触网基坑开挖及混凝土支柱组立4 469 处，拉线基坑开挖及制作1 030 处，钢柱基础开挖、浇制1 389 处。路基段主要有黏土、黏土夹石、硬塑性黏土、软塑性黏土、淤泥粉质黏土和砂砾土等几种地层。

2 接触网基础基坑施工技术分析

2.1 国内外接触网基坑开挖技术现状

国外部分发达国家已实现接触网基础的专业化、机械化、标准化施工，并拥有配套的专用施工机械【9】。例如，德国对大截面无阶梯形混凝土接触网基础坑采用液压抓斗式挖土机，法国、日本则采用机械化掘凿工法和干式钻孔开挖基坑。

我国在接触网基础施工方面，除了在部分新建高速铁路施工中采用了钻孔机开挖外，还是沿袭传统的人工开挖模式，效率相对低下【10~12】。

2.2 芜湖南—广德线接触网基坑开挖方式调研

对于芜湖南—广德线土质基坑，每个坑安排2 人开挖，需要2～2.5d 完成。对于岩石基坑，采用电锤辅助作业，红砂岩坑需要7d，青石坑需要15～20d。

2.3 存在问题分析

我国的接触网基础施工仍以手工生产为主，缺乏关键的施工装备，很难适应目前高速接触网的施工要求。其次，国外已有专用的铁路接触网基坑开挖设备，国内现有的旋挖机主要用于民用建筑和公路施工领域，故铁路接触网基础机械化施工有很大提升空间。

3 接触网基础机械化施工可行性分析

3.1 社会发展的必然趋势

我国既有铁路电气化改造施工当中机械费用约占15%，人工及其他费用占85%，而在工业发达国家或地区，施工机械费用约占75%，人工费及其他费用占25%。随着科技的发展，使用机械代替人工是社会发展的趋势，因为劳动强度大，劳动力成本越来越高，人力施工已不适应我国铁路施工的需求。

3.2 营业线基坑机械化开挖的保障措施

1）机械开挖成坑快，对路基的扰动时间短。基坑可采取流水作业，前面旋挖机挖坑，后面紧跟着立杆车立杆，缩短了基坑空置时间，减少了基坑塌方风险。

2）可避免损伤既有设备。接触网基坑开挖可能影响的铁路沿线设备主要是光电缆、信号设备及水管等。因为各类信号设备是明设的，机械开挖时可以避开，而光电缆是暗设的，但可通过开挖探沟、使用金属探测仪等方式避开。

3）可避免机械侵限并影响行车安全。通过将旋挖设备限界在3～5m 范围内作业，则机械不会倾覆或对运行线路造成侵限。

4 接触网基础开挖设备研发

目前，市场上常见的旋挖机分为履带行走式和轮胎行走式2 类，其中，履带行走式又分为桅杆式和挖掘机式2 种。桅杆式旋挖机动力比较足，往往适合于各种土质，但工作装置重量较重，一般为5.4～7.0 t，一般用于开挖5m 范围内的基坑。挖掘机式旋挖机简单轻巧，重0.5～1.0 t，一般可开挖7m 以内的基坑。

为满足营业线铁路只能在天窗点施工、大型机械不能直接上线施工的特点，接触网基坑开挖设备应具备能在轨道上行走和开挖的能力。为满足上述施工需求，将现有的轨道吊车改装铁路专用轨道旋挖机，即将吊臂更换为旋挖机大臂。轨道旋挖机可设计成带牵引动力的轨道车，如图1 所示。

图1 轨道专用旋挖机方案

5 营业线接触网基坑机械开挖试验

5.1 试验概况

试验段选取宣城—建国区间作为试验段，系营业线Ⅲ级线路。鉴于本工程营业线施工需在封锁条件下进行，每个天窗封锁时间约180min，封锁天窗结束后恢复正常运行。

如图2 所示，试验采用轨道吊车改装的旋挖机，采用直径1 200mm 的截齿形钻头，便于切削红砂岩。根据该机车编组的情况，对施工人员的配备如下：轨道车辆司机2 人，旋挖钻机司机1 人，钻机车上辅助作业人员1 人，区间封锁防护人员2人，机械防护人员1 人，辅助开挖2 人，接触网支柱立杆4人，施工指挥人员1 人。按照上述方法开挖基坑，每个坑开挖需要20min，挖深2.8m，坑底距轨面3m。

图2 轨道吊车改装的旋挖机施工

5.2 技术经济分析

5.2.1 工日对比

1）采用人工开挖的方法，土坑需2 个人挖2d（每天工作8h）才能完成1 个坑；风化岩土质基坑需2 个人挖7d 才能完成1 个坑；黏土水坑2 个人需2～4d 才能完成 1 个坑。

2）采用旋挖机施工，对直径1m、深度3m 左右土质基坑开挖仅需5～10min，硬质红砂岩基坑约30min。

5.2.2 人工对比

以开挖土质基坑为例，2 种施工方式需要的人工数量分别如下：

1）人工开挖：2 人2d 完成1 个坑。每处工点每天按开挖12 个坑计算，需劳务工24 人；驻站防护员1 人、现场防护员5人（每3 个坑1 个防护员）；管理人员3 人（施工负责人、安全员、技术员）。

2）旋挖机开挖：每天按2 个封锁点计算，每个封锁点2.5h，每个封锁点按完成10 个坑计算。劳务工及防护人员为人工开挖的一半，另增加轨道车指挥及专职防护员共2 人；管理人员数量与人工开挖相同。

5.2.3 费用对比

将人工开挖与旋挖机开挖中消耗的人数、工日、单价、管理费以及机械费进行折算，得到人工开挖单坑费用为21 000元，而机械开挖费用为11 360 元，即旋挖机开挖比人工开挖节约工费约35%。

6 结语

本文结合芜湖南—广德线铁路电气化改造工程，分析了接触网基础施工现状及存在问题，在此基础上开展了机械开挖代替人工开挖的可行性研究，并通过对现有轨道吊车进行改装，将其设计成带牵引动力的轨道专用旋挖机。随后的现场试验结果表明，所研发的营业线铁路专用旋挖机不仅可以大幅度提高工效，而且从经济角度来考虑，其成本也得到了较大幅度缩减。