小型扒渣机械在营业线架空拉槽法施工中的应用

摘要：本文重点针对小型扒渣机械在营业线架空拉槽法施工中的应用展开分析。首先，详细介绍了小型扒渣机械的技术特征与适应性，涵盖其结构组成、功能模块、技术优势及创新点。然后深入分析了该机械在施工中的关键技术应用，包括与施工流程的匹配性、关键技术参数的优化以及安全风险防控体系，并且探讨了施工参数的优化方案和效能提升路径。研究表明，小型扒渣机械通过结构创新与智能升级，显著提高了营业线架空拉槽法施工的安全性与效率，为该领域的工程实践提供了重要的理论支持和技术参考。

关键词：小型扒渣机械；营业线；架空拉槽法施工；技术特征

引言：营业线架空拉槽法施工在铁路建设与维护中至关重要，对保障既有铁路线正常运营和新线路顺利建设起着关键作用。在该施工过程中，渣土的清理与运输是重要环节，直接影响施工进度、质量和安全，传统渣土清理方式效率低下、劳动强度大，且在狭窄空间和复杂环境下作业困难重重。小型扒渣机械作为新型出渣设备，凭借独特技术优势和适应性，逐渐在营业线架空拉槽法施工中广泛应用，它集液压驱动、模块化设计与智能控制于一体，能在狭窄空间高效作业，具备良好的安全防护性能和智能控制功能，因此深入研究其在该施工中的应用具有重要现实意义。

1小型扒渣机械的技术特征与适应性分析

1.1结构组成与功能模块

小型扒渣机械是集多种先进技术于一体的高效出渣设备，其核心结构主要包括以下部分：

1）液压行走系统：作为实现移动的关键，该系统采用双马达驱动滑移变速箱，使设备能实现四轮/履带全驱。双马达驱动提供强大动力，确保设备在不同地形和工况下稳定行驶，四轮/履带全驱增强了通过性和适应性，使其能在狭窄巷道和复杂施工现场自由移动，其最小转弯半径≤1.8m，能在空间有限环境中灵活转弯，适应巷道断面≥1.5m×1.5m的狭窄空间，在营业线架空拉槽法施工中可顺利进入工作区域完成渣土清理任务[1]。2）挖掘采集系统：是进行渣土挖掘和采集的核心，配备先导阀控制的机械手，具备±32°大坡度作业能力，操作精准灵活，可根据施工需求精确挖掘。铲斗挖掘力≥80kN，能轻松处理粒径≤300mm的碎石，在施工中可有效挖掘并采集包含各种粒径碎石的渣土，为后续输送和卸载做准备。3）输送卸载系统：负责将挖掘采集的渣土输送到指定地点并卸载，采用PVC阻燃皮带或刮板链结构，输送性能和可靠性良好，输送速度为600-900mm/s，能满足快速输送需求，卸载高度可调（0.5-2.1m），可根据转载车辆高度灵活调整，实现精准对接，适应不同高度转载车辆，确保渣土顺利卸载[2]。

2.2 技术优势与创新点

1）空间适应性：小型扒渣机械空间适应性显著。整机宽度≤1.5m，车长≤4m，紧凑设计使其能在狭窄空间自由穿梭，通过实心轮胎/履带复合底盘设计，可在弧形顶管断面等特殊地形防滑作业。实心轮胎提供支撑和稳定性，履带增强通过性和抓地力，适应复杂施工环境，在营业线架空拉槽法施工中能充分发挥作用。2）安全防护：安全防护是重要特性。防爆型设备采用隔爆电机、液压元件及防静电输送带，符合《煤矿安全规程》要求，适用于瓦斯浓度≤0.5%的环境。在施工中可能遇到易燃易爆气体，隔爆电机防止火花引发爆炸，液压元件防爆确保运行安全，防静电输送带避免静电事故，有效保障施工人员安全。3）智能控制：具备先进智能控制功能，先导手柄集成12项动作控制，支持远程遥控操作，操作人员可通过手柄方便控制设备动作，提高操作精准性和效率，远程遥控操作降低人员暴露风险，在存在危险因素的施工环境中，操作人员可在安全位置控制设备，避免接触危险。

2工程概况

结合某地区铁路工程案例进行分析，为保证既有铁路的安全运行，又提高了建设的效率，提出了一种利用悬拉槽和小型扒渣机相结合的方法，该段是一条双线电气化铁道，全长120m，需要在保证行车安全的前提下，进行2.5m深、4m宽的电缆沟开挖。在施工过程中，先利用D24型便梁对已有线路进行架空，在形成保护系统的基础上，再用1.2 m³的小轮铲车对已有线路进行分层开挖，在实际施工过程中，施工人员要严格控制施工高度，单次掘进不得大于0.5m，并与人工进行坡面修整，使之达到1：0.75的设计坡度。本机械设备提供了一种新型的破碎设备，该设备配置了一台液压破碎锤，将破碎后的矸石通过输送带运输到10m开外的暂存场，整个过程中，利用倾斜测量仪对管线的位移进行实时监控（控制在2 mm/h以内），采用“天窗点”（每天120min的有效工作时间）进行集中施工，终于比正常情况下提前3天完成了所有的挖掘工作，在此过程中线路的几何形状一直满足《普速铁路工务安全规则》的规定，并且在线路静测 TQI值保持在5.0以内，从而消除了大型机器对既有线的破坏，达到了既有线施工“零影响”的目的[3]。

3小型扒渣机械在营业线架空拉槽法施工中的关键技术应用分析

3.1设备启动与调试

在对扒渣机械进行启动之前，应该对扒渣机械的全部零部件进行检查，尤其是在启动时要先检查制动系统的可靠性，在设备启动之后需要对其进行调试，一般情况下，在设备启动前需要先将各传动部位连接好，检查传动部位是否存在损坏的情况，并将所有传动部位的钢丝绳挂好，而在调试时主要是要将扒渣机械的制动系统、液压系统以及电气系统等全部调试完成，从而保证其能够正常工作。在启动扒渣机械之前，应该先对液压系统进行检查，通常情况下液压系统的启动会比较困难，如果液压系统出现故障会直接导致扒渣机械出现故障，因此在启动扒渣机械之前应该将液压系统中的安全阀、压力表以及单向阀等全部打开，而如果发现这些零部件存在损坏或者是松动的情况需要将其进行更换。在对扒渣机械进行调试时，工作人员需要根据实际情况对设备运行过程中的负荷进行调整，保证其能够在额定负荷下运行，在对扒渣机械进行调试时主要是为了保证设备能够正常运转，进而确保施工过程中的安全性和可靠性。一般情况下需要先将其空载运行一段时间，然后再对扒渣机械进行负载试验，在完成负载试验之后需要对其整体运行情况进行检查，从而确保设备能够正常运转。在对扒渣机械进行调试时应该注意以下几点：控制柜内必须保持干净；操作盘上严禁放置工具等杂物；当扒渣机械启动后应先进行空载试验；工作时严禁无关人员靠近扒渣机械。

3.2施工流程匹配性分析

在铁路既有线架空拉槽法施工中，小型扒渣机械需完成以下核心环节：1）工作坑渣土清理，这是重要环节，小型扒渣机械配合液压抓斗进行基坑开挖，通过5%前倾滑板设计减少顶进阻力，使清理渣土更顺畅，提高施工效率。液压抓斗抓取大块渣土，小型扒渣机械清理剩余渣土，两者配合有效完成工作坑渣土清理，为后续施工创造条件。2）支点桩施工协同：是确保施工精度和质量的关键。在临时支墩浇筑期间，小型扒渣机械采用间歇式输送模式避免道砟堆积，因为道砟堆积会影响轨枕铺设和支点桩施工精度，该模式可根据施工进度和需求合理输送道砟，确保轨枕间距670mm的施工精度，提高施工效率和质量。3）架空体系维护：对保障施工安全和稳定性至关重要。小型扒渣机械通过模块化输送架升降调节，实现对架空钢梁下方渣土的动态清理，若钢梁下方渣土不及时清理，会影响钢梁稳定性和架空体系安全，该功能可根据钢梁高度和位置灵活调整输送架高度，全面清理渣土，保障支点桩垂直度≤1/500，确保架空体系稳定安全。

3.3扒渣作业关键技术要点

1）动力匹配：是确保高效作业的关键。在37kW电机驱动下，小型扒渣机械连续作业效率达50 - 80m³/h，能满足每日100m³的渣土外运需求，合理的动力匹配使设备在不同工况发挥最佳性能，提高施工效率。电机功率直接影响作业能力，37kW功率提供足够动力，通过优化动力系统设计可提高能源利用效率、降低能耗。2）坡度控制：是保障在不同坡度稳定作业的重要技术。通过液压缸自动调平系统，小型扒渣机械可在±32°坡度下稳定作业，防止倾覆。在施工中施工现场可能存在不同坡度地形，该系统能根据坡度自动调整设备水平度，确保设备在倾斜地形保持稳定，提高安全性和可靠性，减少事故发生。3）防尘降噪：是改善施工环境、保障人员健康的重要措施，小型扒渣机械加装湿式除尘装置，使作业区粉尘浓度≤2mg/m³，噪音值控制在85dB以下。施工中渣土挖掘、运输和卸载会产生大量粉尘和噪音，危害施工人员健康，湿式除尘装置降低粉尘浓度，通过优化结构和采用隔音材料降低噪音，为施工人员创造安静工作环境[4]。

3.4安全风险防控

为确保小型扒渣机械在施工中安全运行，需构建“三防一控”安全机制，防滑系统是保障在潮湿地面安全行驶的重要措施，采用实心轮胎 + 防滑链复合结构，在含水率＞25%的土层中提升附着力至≥0.6，施工中地面可能因雨水、地下水变潮湿，设备易打滑，实心轮胎提供支撑和稳定性，防滑链增强摩擦力和附着力，防止设备打滑，保障安全行驶。防爆监测是保障在易燃易爆环境安全运行的重要手段，安装甲烷传感器（检测范围0 -4%，精度±0.1%），实现浓度超标自动停机，施工中可能遇到瓦斯等易燃易爆气体，超标易引发爆炸。传感器实时监测瓦斯浓度，超标时自动停机，保障施工人员生命安全和设备运行安全。防碰撞预警是保障施工中避免碰撞的重要功能，配备超声波雷达（探测距离0 - 3m），与既有线路保持≥0.5m安全间距。施工中现场可能存在障碍物和既有线路，设备运行需避免碰撞。雷达实时监测周围物体并发出预警，操作人员可及时采取措施避免碰撞，提高设备安全性和可靠性。过程控制是保障设备稳定运行和施工质量的重要措施，通过PLC系统实现渣土湿度（≤30%）、输送带张力（150 - 200N/mm）的实时调控，施工中渣土湿度和输送带张力影响设备运行效率和施工质量，系统实时监测并根据设定参数自动调控，确保设备稳定运行和施工质量。

3.5施工参数与效能提升路径

对小型扒渣机械在营业线架空拉槽法施工中的工艺参数进行优化，可显著提高施工效率和质量，其中优化前后对比如表1所示：

第一，单次顶进阻力优化：通过改进设备结构和施工工艺实现。优化前阻力为800kN，优化后降至650kN，减少18.75%，使设备顶进更轻松，提高施工效率。改进顶进机构、优化顶进油缸设计、提高顶进速度稳定性，以及采用合适润滑剂、控制顶进速度等合理施工工艺，可有效降低阻力。

第二，渣土含水率优化：对降低粘附系数和提高施工效率意义重大。优化前含水率为35%，优化后降至28%，粘附系数降低0.3，含水率过高会使渣土粘附设备，增加运行阻力、影响效率，采用排水措施、晾晒等方法，以及合理施工安排避免渣土长时间暴露在潮湿环境，可保持含水率在合适范围。

第三，输送带磨损率优化：能延长输送带使用寿命、降低维护成本。优化前磨损率为0.8%/h，优化后降至0.5%/h，寿命延长60%。输送带磨损主要由与渣土摩擦和挤压造成，选用耐磨材料、优化结构设计、加强润滑，以及定期检查维护、及时更换磨损部位，可降低磨损率。第四，作业面平整度优化：对减少顶进偏差和提高施工质量作用重要。优化前平整度为±50mm，优化后提高到±20mm，顶进偏差减少60%。作业面不平整会使设备顶进倾斜偏移，影响施工精度，采用激光找平技术、高精度顶进控制技术等先进测量和施工工艺，以及加强施工质量控制、及时调整修正作业面，可确保平整度符合要求[5]。

第四，开发基于BIM的施工管理系统，实现扒渣机械与顶进千斤顶的联动控制，顶进速度误差≤1mm/min，确保施工稳定性和准确性，该系统可全面模拟和管理施工过程，通过实时监测设备运行状态和施工进度，实现协同作业，提高施工效率、减少误差、提升质量。第二，模块化升级：是提高适应性和作业能力的重要手段。配置破碎锤选装接口，可处理硬度≥8级的岩石地层，施工中可能遇到不同硬度岩石，传统扒渣机械处理困难，模块化升级后可根据需要安装破碎锤破碎岩石，提高设备适应性和作业能力，扩大应用范围。

4结语：

综上所述，小型扒渣机械凭借独特技术特征和适应性，在营业线架空拉槽法施工中发挥了重要作用。通过分析其结构组成、功能模块、技术优势及创新点，可见其在空间适应性、安全防护和智能控制等方面优势显著。在施工中它能与施工流程匹配，完成工作坑渣土清理、支点桩施工协同和架空体系维护等核心环节，通过关键技术参数优化和安全风险防控，有效提升了施工的安全性与效率。

参考文献：

[1]吴栋，张帅，史作言，等.斜井悬挂式遥控液压扒渣设备研制与应用[J].云南水力发电，2024，40（08）：132-136.

[2]何强鉴，赵刚，水星，等.基于GA-SVM优化算法的扒渣机器人逆运动学求解研究[J].工业仪表与自动化装置，2023，（06）：64-69.

[3]许远志，韦剑发，陈笑笑.抽蓄斜井开挖扒渣工序关键技术研究[J].云南水力发电，2023，39（10）：145-149.

[4]洪松涛，徐德刚，朱睿.面向金属浇铸扒渣作业的机器人运动轨迹规划方法[J].机器人技术与应用，2022，（04）：9-13.

[5]杜昱辰.小断面长隧洞单头掘进钻爆法施工机械配置及隧洞通风管理研究[J].水利技术监督，2022，（07）：243-246.