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        城市軌道交通線路小半徑曲線對接觸網(wǎng)的影響

        2012-01-17 01:40:56
        城市軌道交通研究 2012年10期
        關(guān)鍵詞:限界弓網(wǎng)電弓

        李 峰

        (廣州市地下鐵道總公司運營總部,510710,廣州∥助理工程師)

        在城市軌道交通建設(shè)中,由于受到多方面因素的制約,尤其是正線線網(wǎng)站點分布、車輛段占地使用面積等因素,使得軌道線路曲線半徑逐步減小?,F(xiàn)階段,廣州地鐵4、5號線車輛段庫外軌道線路最小曲線半徑為65m。隨著軌道線路曲線半徑的逐步減小,對接觸網(wǎng)系統(tǒng)也產(chǎn)生了一些影響。

        1 曲線半徑對車輛段接觸網(wǎng)的影響

        1.1 小半徑曲線對支柱側(cè)面限界的影響

        根據(jù)廣州地鐵5號線接觸網(wǎng)施工設(shè)計文件,在直線段,支柱的側(cè)面限界一般為2 300mm,具體根據(jù)限界要求進(jìn)行計算而定;在曲線段,根據(jù)限界要求進(jìn)行計算而定。而在實際施工過程中,由于是小半徑曲線,受線路條件所困,為增大支柱側(cè)面限界,需要采用Φ250mm支柱作為門形架中間支柱。通過實際測量發(fā)現(xiàn),該區(qū)域支柱側(cè)面限界最小為2 125 mm,經(jīng)過仔細(xì)校核,能夠滿足限界要求。

        1.2 小半徑曲線支柱對接觸網(wǎng)懸掛的影響

        列車在電力牽引時,其強(qiáng)大的動力所需要的電流必須通過動車頂部的受電弓從接觸網(wǎng)上受流,而受流的方式又是采取動車組的受電弓與接觸網(wǎng)的接觸線在滑動接觸中實現(xiàn)電流傳遞的,這樣導(dǎo)致接觸網(wǎng)的安裝質(zhì)量直接影響弓網(wǎng)關(guān)系。

        以廣州地鐵5號線魚珠車輛段為例,按照設(shè)計要求,魚珠車輛段接觸線懸掛點處距軌面高度一般為4 800mm,檢查庫、靜調(diào)庫內(nèi)為5 040mm,誤差均為+30mm,接觸線坡度變化應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范。受電弓工作寬度為800mm,最小落弓高度為3 575 mm,受電弓工作高度范圍為175~1 600mm。

        根據(jù)5號線接觸網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),魚珠車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)錨段長度一般不大于1 500m,當(dāng)一個錨段內(nèi)有較長的小半徑曲線時,錨段長度可適當(dāng)縮?。徊⑶耶?dāng)錨段長度小于750m時,一端設(shè)無補(bǔ)償下錨,另一端設(shè)補(bǔ)償下錨。在現(xiàn)階段,由于受到地形限制,車輛段小半徑曲線錨段長度較小,一般介于90~400 m之間,且各錨段跨距相對固定,即該錨段內(nèi)接觸懸掛定位點相對較少。而接觸網(wǎng)在檢查庫內(nèi)導(dǎo)高為5 040mm,在檢查庫外一般為4 800mm,檢查庫內(nèi)、外導(dǎo)高相差240mm。這樣就造成該錨段定位點處導(dǎo)高調(diào)整范圍相對有限,接觸網(wǎng)部分懸掛點導(dǎo)高超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值。

        根據(jù)5號線接觸網(wǎng)最初的施工設(shè)計圖紙,在門形架軟橫跨簡單懸掛安裝中,定位索采用19股標(biāo)稱截面50mm2的青銅絞線,定位索起始安裝張力為2kN,定位器安裝應(yīng)該處于受拉狀態(tài)。在小半徑曲線位置,接觸懸掛定位點處CL3型定位器是通過定位索線夾安裝在定位索上的。而實際測量發(fā)現(xiàn),在小半徑曲線處,如果采用此種接觸懸掛方式,接觸網(wǎng)導(dǎo)高普遍超出設(shè)計要求范圍(見圖1)。

        圖1 最初的懸掛方案

        由于曲線半徑太小,原來的接觸網(wǎng)懸掛方案雖然可以保證將接觸線高度調(diào)整至機(jī)車受電弓工作范圍,但卻超過了接觸線設(shè)計高度。這可能會導(dǎo)致接觸網(wǎng)和受電弓接觸壓力不夠,受電弓與接觸網(wǎng)接觸不良,在瞬間可能會發(fā)生弓網(wǎng)分離(“離線”狀態(tài))。在離線過程中產(chǎn)生的電弧和火花既會直接燒傷或熔化受電弓的滑板和接觸線的表面,又會造成瞬時過電壓。其后果是使機(jī)車或列車的工作電流時斷時續(xù)、時大時小,使得整個列車的運行過程出現(xiàn)異常。為改善弓網(wǎng)關(guān)系,優(yōu)化弓網(wǎng)受流性能,以廣州地鐵5號線為例,針對曲線半徑為65m的該部分區(qū)段進(jìn)行了接觸網(wǎng)安裝方式的變更,調(diào)整接觸網(wǎng)懸掛方案以降低接觸線高度。

        經(jīng)過設(shè)計院、施工單位和廠家的共同探討,最后決定將魚珠車輛段小曲線半徑股道接觸網(wǎng)接觸懸掛定位形式改為調(diào)節(jié)立柱和軟定位器的方式(見圖2)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,共修改門型架節(jié)點109處。具體安裝方案是把接觸懸掛點處定位索吊線(35mm2青銅絞線)改為T型調(diào)節(jié)立柱,軟定位器通過G48型定位環(huán)安裝固定在調(diào)節(jié)立柱上。這樣,軟定位器固定在調(diào)節(jié)立柱的位置可以調(diào)整至低于固定在定位索上位置,相應(yīng)定位點導(dǎo)高也可以調(diào)整至設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),合理地解決了小曲線半徑處接觸網(wǎng)導(dǎo)高普遍超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的問題。

        2 小半徑曲線對正線接觸軌的影響

        根據(jù)接觸軌設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)軌道線路曲線半徑小于300m時,錨段之間不設(shè)膨脹接頭,以斷軌來代替。而在斷軌處接觸軌端部均要設(shè)置端部彎頭。這樣勢必增加了端部彎頭的數(shù)量,影響到靴軌關(guān)系,可能對集電靴和端部彎頭都造成損害。

        圖2 優(yōu)化的懸掛方案

        以廣州地鐵5號線為例,按照5號線供電接觸軌驗收標(biāo)準(zhǔn),要求膨脹錨栓鉆孔方向與走行軌的軌頂面連線垂直。在直線段和大曲線區(qū)段,道床平面和走行軌的軌頂面基本平行,在膨脹錨栓鉆孔過程中,基本就按照垂直于道床平面進(jìn)行打孔(圖3)。具體步驟為:先用沖擊鉆頭鉆孔,再用后切底錨栓專用鉆頭擴(kuò)孔,施工允許偏差為±5mm。如果在鉆孔過程中碰到道床內(nèi)鋼筋,則需要打水鉆,把鋼筋打通。在實際施工過程中,鉆孔碰到鋼筋的可能性非常大,大部分接觸軌定位都需要打水鉆,耗費時間比較長,施工難度較大。

        圖3 正確的鉆孔和安裝

        而在小半徑曲線處,接觸軌的施工安裝難度會進(jìn)一步加大。以廣州地鐵5號線為例,由于線路情況的制約,正線線路最小曲線半徑僅為200m(動物園—楊箕上行),造成鋼軌外軌超高較多,鋼軌軌頂平面與道床平面存在傾斜角度。為保證集電靴和接觸軌的正常接觸,要求支架底座平面應(yīng)與走行軌軌平面平行。如果施工人員在鉆孔過程中,還是以垂直于道床平面打孔,在接觸軌底座安裝過程中,勢必造成與道床平面形成夾角(見圖4),影響接觸軌及絕緣支架的受力情況,危及接觸軌設(shè)備的正常運行。因此,在小半徑曲線處應(yīng)該嚴(yán)格控制膨脹錨栓鉆孔方向,保證其與走行軌的軌頂面連線垂直。這樣在道床上鉆孔的工藝要求就比較高,施工難度會進(jìn)一步加大。

        圖4 錯誤的鉆孔和安裝

        綜上所述,軌道線路中的小半徑曲線會加大車輛段接觸網(wǎng)、正線接觸軌施工的難度,并直接影響弓網(wǎng)關(guān)系。隨著小半徑曲線在城市軌道交通線路中的廣泛應(yīng)用,相關(guān)部門需要高度關(guān)注,深入研究,不斷改進(jìn)弓網(wǎng)關(guān)系的設(shè)計和施工工藝。

        [1] 廣州市地下鐵道總公司.廣州市軌道交通五號線供電系統(tǒng)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[G].廣州:廣州市地下鐵道總公司,2008.

        [2] 廣州市地下鐵道總公司.廣州市軌道交通五號線首期工程(滘口至文沖段)施工設(shè)計:供電接觸網(wǎng)說明書[G].廣州:廣州市地下鐵道總公司,2007.

        [3] 張余昌.電力牽引不可忽視:弓網(wǎng)關(guān)系[J].鐵道知識:科技之窗,2008(1):30.

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