營業(yè)線鐵路接觸網基礎機械化施工設備開發(fā)及試驗

陳世敏

（中國鐵路上海局集團有限公司合肥鐵路樞紐工程建設指揮部，合肥 230011）

1 引言

既有線鐵路電氣化改造，會有大量的接觸網支柱基礎需要施工。目前，我國對接觸網支柱基礎大多采用人工開挖方式施工，不僅施工效率低、勞動強度大，而且對路基擾動大。因此，亟待改進現(xiàn)行施工模式。旋挖機是一種常用的建筑施工機械，具有噪聲小、扭矩大、成孔速度快等優(yōu)勢，在建筑地基基礎工程【1~3】、公路樁基工程【4~7】以及部分新建鐵路【8】施工中已有應用，但在既有線鐵路改造中尚無應用先例。

本文結合蕪廣線鐵路電氣化改造工程，對接觸網基礎施工過程中機械代替人工的可行性及工效進行研究，達到減少用工數(shù)量、減輕工人勞動強度、提高機械化水平、促進鐵路工程機械設備進步的目的。

既有蕪湖南—廣德鐵路按現(xiàn)狀電氣化改造，全段包括蕪湖南站等9 個車站及蕪湖至蕪湖南等10 個區(qū)間，其中接觸網基坑開挖及混凝土支柱組立4 469 處，拉線基坑開挖及制作1 030 處，鋼柱基礎開挖、澆制1 389 處。路基段主要有黏土、黏土夾石、硬塑性黏土、軟塑性黏土、淤泥粉質黏土和砂礫土等幾種地層。

2 接觸網基礎基坑施工技術分析

2.1 國內外接觸網基坑開挖技術現(xiàn)狀

國外部分發(fā)達國家已實現(xiàn)接觸網基礎的專業(yè)化、機械化、標準化施工，并擁有配套的專用施工機械【9】。例如，德國對大截面無階梯形混凝土接觸網基礎坑采用液壓抓斗式挖土機，法國、日本則采用機械化掘鑿工法和干式鉆孔開挖基坑。

我國在接觸網基礎施工方面，除了在部分新建高速鐵路施工中采用了鉆孔機開挖外，還是沿襲傳統(tǒng)的人工開挖模式，效率相對低下【10~12】。

2.2 蕪湖南—廣德線接觸網基坑開挖方式調研

對于蕪湖南—廣德線土質基坑，每個坑安排2 人開挖，需要2～2.5d 完成。對于巖石基坑，采用電錘輔助作業(yè)，紅砂巖坑需要7d，青石坑需要15～20d。

2.3 存在問題分析

我國的接觸網基礎施工仍以手工生產為主，缺乏關鍵的施工裝備，很難適應目前高速接觸網的施工要求。其次，國外已有專用的鐵路接觸網基坑開挖設備，國內現(xiàn)有的旋挖機主要用于民用建筑和公路施工領域，故鐵路接觸網基礎機械化施工有很大提升空間。

3 接觸網基礎機械化施工可行性分析

3.1 社會發(fā)展的必然趨勢

我國既有鐵路電氣化改造施工當中機械費用約占15%，人工及其他費用占85%，而在工業(yè)發(fā)達國家或地區(qū)，施工機械費用約占75%，人工費及其他費用占25%。隨著科技的發(fā)展，使用機械代替人工是社會發(fā)展的趨勢，因為勞動強度大，勞動力成本越來越高，人力施工已不適應我國鐵路施工的需求。

3.2 營業(yè)線基坑機械化開挖的保障措施

1）機械開挖成坑快，對路基的擾動時間短。基坑可采取流水作業(yè)，前面旋挖機挖坑，后面緊跟著立桿車立桿，縮短了基坑空置時間，減少了基坑塌方風險。

2）可避免損傷既有設備。接觸網基坑開挖可能影響的鐵路沿線設備主要是光電纜、信號設備及水管等。因為各類信號設備是明設的，機械開挖時可以避開，而光電纜是暗設的，但可通過開挖探溝、使用金屬探測儀等方式避開。

3）可避免機械侵限并影響行車安全。通過將旋挖設備限界在3～5m 范圍內作業(yè)，則機械不會傾覆或對運行線路造成侵限。

4 接觸網基礎開挖設備研發(fā)

目前，市場上常見的旋挖機分為履帶行走式和輪胎行走式2 類，其中，履帶行走式又分為桅桿式和挖掘機式2 種。桅桿式旋挖機動力比較足，往往適合于各種土質，但工作裝置重量較重，一般為5.4～7.0 t，一般用于開挖5m 范圍內的基坑。挖掘機式旋挖機簡單輕巧，重0.5～1.0 t，一般可開挖7m 以內的基坑。

為滿足營業(yè)線鐵路只能在天窗點施工、大型機械不能直接上線施工的特點，接觸網基坑開挖設備應具備能在軌道上行走和開挖的能力。為滿足上述施工需求，將現(xiàn)有的軌道吊車改裝鐵路專用軌道旋挖機，即將吊臂更換為旋挖機大臂。軌道旋挖機可設計成帶牽引動力的軌道車，如圖1 所示。

圖1 軌道專用旋挖機方案

5 營業(yè)線接觸網基坑機械開挖試驗

5.1 試驗概況

試驗段選取宣城—建國區(qū)間作為試驗段，系營業(yè)線Ⅲ級線路。鑒于本工程營業(yè)線施工需在封鎖條件下進行，每個天窗封鎖時間約180min，封鎖天窗結束后恢復正常運行。

如圖2 所示，試驗采用軌道吊車改裝的旋挖機，采用直徑1 200mm 的截齒形鉆頭，便于切削紅砂巖。根據(jù)該機車編組的情況，對施工人員的配備如下：軌道車輛司機2 人，旋挖鉆機司機1 人，鉆機車上輔助作業(yè)人員1 人，區(qū)間封鎖防護人員2人，機械防護人員1 人，輔助開挖2 人，接觸網支柱立桿4人，施工指揮人員1 人。按照上述方法開挖基坑，每個坑開挖需要20min，挖深2.8m，坑底距軌面3m。

圖2 軌道吊車改裝的旋挖機施工

5.2 技術經濟分析

5.2.1 工日對比

1）采用人工開挖的方法，土坑需2 個人挖2d（每天工作8h）才能完成1 個坑；風化巖土質基坑需2 個人挖7d 才能完成1 個坑；黏土水坑2 個人需2～4d 才能完成 1 個坑。

2）采用旋挖機施工，對直徑1m、深度3m 左右土質基坑開挖僅需5～10min，硬質紅砂巖基坑約30min。

5.2.2 人工對比

以開挖土質基坑為例，2 種施工方式需要的人工數(shù)量分別如下：

1）人工開挖：2 人2d 完成1 個坑。每處工點每天按開挖12 個坑計算，需勞務工24 人；駐站防護員1 人、現(xiàn)場防護員5人（每3 個坑1 個防護員）；管理人員3 人（施工負責人、安全員、技術員）。

2）旋挖機開挖：每天按2 個封鎖點計算，每個封鎖點2.5h，每個封鎖點按完成10 個坑計算。勞務工及防護人員為人工開挖的一半，另增加軌道車指揮及專職防護員共2 人；管理人員數(shù)量與人工開挖相同。

5.2.3 費用對比

將人工開挖與旋挖機開挖中消耗的人數(shù)、工日、單價、管理費以及機械費進行折算，得到人工開挖單坑費用為21 000元，而機械開挖費用為11 360 元，即旋挖機開挖比人工開挖節(jié)約工費約35%。

6 結語

本文結合蕪湖南—廣德線鐵路電氣化改造工程，分析了接觸網基礎施工現(xiàn)狀及存在問題，在此基礎上開展了機械開挖代替人工開挖的可行性研究，并通過對現(xiàn)有軌道吊車進行改裝，將其設計成帶牽引動力的軌道專用旋挖機。隨后的現(xiàn)場試驗結果表明，所研發(fā)的營業(yè)線鐵路專用旋挖機不僅可以大幅度提高工效，而且從經濟角度來考慮，其成本也得到了較大幅度縮減。