繆嘉杰

（中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308）

剛性懸掛系統(tǒng)的研發(fā)初衷是為了解決既有低凈空隧道內(nèi)電氣化線路接觸網(wǎng)的安裝問題，由于隧道空間本身有限，這些隧道內(nèi)的列車運(yùn)行速度不高，一般均在100km/h以下。因?yàn)閯傂越佑|網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)伊始就沒有速度方面的特殊需求，缺少依托項(xiàng)目來開展此方面的技術(shù)研究，所以針對(duì)剛性懸掛系統(tǒng)的速度適應(yīng)性研究很長時(shí)間內(nèi)基本處于停滯狀態(tài)，理論研究和建造體系一直沒有建立，國內(nèi)外在此領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)至今仍為空白。

1 研究背景及研究目標(biāo)

1.1 研究背景

交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及交通運(yùn)輸能力影響較大，但我國高速運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起步較晚，目前，還沒有時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)運(yùn)營線路。因此，系統(tǒng)研究時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)解決如北京新機(jī)場線地下段等城市軌道交通的低凈空隧道內(nèi)接觸網(wǎng)的安裝問題尤為必要。

文章依托北京新機(jī)場線，通過對(duì)時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，力求在技術(shù)方案、關(guān)鍵施工工藝工法及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)上取得成果，實(shí)現(xiàn)體系創(chuàng)新，為北京新機(jī)場線時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)示范段建設(shè)提供技術(shù)支撐和建設(shè)指導(dǎo)，并為以后形成相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。

1.2 研究目標(biāo)

研發(fā)出適應(yīng)時(shí)速160km剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，掌握時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)的安裝工藝，實(shí)現(xiàn)北京新機(jī)場線隧道內(nèi)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的順利建造，滿足弓網(wǎng)的可靠連續(xù)受流。編制適用于時(shí)速160km的架空剛性接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收導(dǎo)則，在理論研究和工程建造技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，實(shí)現(xiàn)快速架空剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的體系創(chuàng)新。

2 具體實(shí)施

2.1 研究內(nèi)容

（1）系統(tǒng)技術(shù)方案。系統(tǒng)技術(shù)方案研究是構(gòu)建時(shí)速160km剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，文章主要通過對(duì)剛性接觸網(wǎng)的跨距、懸掛點(diǎn)高度及匯流排坡度等影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)，獲得施工過程中的誤差控制閾值，為進(jìn)一步制定施工工藝等提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（2）施工工藝工法。施工工藝工法研究是構(gòu)建時(shí)速160km剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的操作方法與質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)，也是分析施工工藝是否合理的基礎(chǔ)，文章主要研究架空剛性接觸網(wǎng)在小張力放線條件下的平順度控制技術(shù)，解決接觸線在制造過程中形成的硬彎及匯流排接頭拼接過程對(duì)接觸線平順性造成的不利影響。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)方案與施工工藝

（1）系統(tǒng)技術(shù)方案。①跨距。接觸網(wǎng)跨距的取值必須以擬建區(qū)域的工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，綜合考慮區(qū)間車輛的運(yùn)行最大速度、匯流排材質(zhì)、懸掛點(diǎn)高度、懸掛裝置、車輛受電弓及其間距等因素，通過仿真模擬計(jì)算后確定跨距數(shù)值。該線設(shè)計(jì)小曲線處進(jìn)行了相應(yīng)縮短，同時(shí)跨距標(biāo)準(zhǔn)為＜8m，且相鄰跨距比為1.25∶1。在各關(guān)節(jié)附近，設(shè)置數(shù)個(gè)過渡跨以提高剛性接觸網(wǎng)彈性均勻程度，要求相鄰跨距變比值在0.9～1.1。②拉出值。剛性接觸網(wǎng)的拉出值布置應(yīng)避免在懸掛點(diǎn)處匯流排出現(xiàn)損傷性折彎，結(jié)合受電弓工作范圍、擺動(dòng)量、安裝空間等內(nèi)容，確保接觸線的橫向變化率≥3%。剛?cè)徇^渡、錨段關(guān)節(jié)、分段絕緣器兩側(cè)拉出值應(yīng)一致，以保證各設(shè)備處于良好的受力狀態(tài)。該線設(shè)計(jì)的匯流排及接觸線走向按“之”形布置，以均勻承受電弓碳滑板磨耗。剛性懸掛一般錨段拉出值為±220mm，絕緣關(guān)節(jié)處、分相關(guān)節(jié)處，為保證絕緣間隙，拉出值加大為±300mm。③機(jī)械分段。剛性接觸網(wǎng)機(jī)械分段（非絕緣錨段關(guān)節(jié)）采用平行交錯(cuò)式錨段關(guān)節(jié)形式，關(guān)節(jié)處控制點(diǎn)拉出值一般為±200mm，關(guān)節(jié)處匯流排按整體錨段布置走向設(shè)置一定斜度。④電分段。接觸網(wǎng)電分段（絕緣錨段關(guān)節(jié)）與剛性接觸網(wǎng)機(jī)械分段一致，均采用平行交錯(cuò)式錨段關(guān)節(jié)形式，為保證絕緣間隙，關(guān)節(jié)處控制點(diǎn)拉出值一般為±300mm。⑤電分相。電分相位置應(yīng)滿足車輛運(yùn)行、供電線徑路及信號(hào)機(jī)布點(diǎn)等要求，需要對(duì)行車進(jìn)行計(jì)算。電分需要采用帶有中性段的絕緣錨段方式。該線設(shè)計(jì)的電分相采用兩個(gè)絕緣關(guān)節(jié)加中性段構(gòu)成的關(guān)節(jié)式電分相。⑥剛?cè)徇^渡。柔性接觸網(wǎng)與剛性接觸網(wǎng)之間設(shè)置剛?cè)徇^渡段，機(jī)車受電弓采用剛?cè)徇^渡方式，通過通道實(shí)現(xiàn)雙向平穩(wěn)過渡。剛?cè)徇^渡元件安裝時(shí)，兩端剛?cè)釕覓禳c(diǎn)的接觸線高度應(yīng)相等，拉出值應(yīng)成直線排列，以保證剛?cè)徇^渡元件接觸線的平穩(wěn)過渡。貫通式剛?cè)徇^渡段由剛性開槽母線、柔性接觸網(wǎng)過渡段和終端錨固裝置組成。

（2）施工工藝。①剛性接觸網(wǎng)匯流排架設(shè)施工技術(shù)研究。匯流排的安裝質(zhì)量直接影響接觸線的平順度。通常情況下，利用接觸網(wǎng)梯車人工安裝匯流排，這種安裝方式安裝的匯流排不平順度大，無法滿足高速運(yùn)行剛性接觸網(wǎng)安裝要求，改進(jìn)后的匯流排作業(yè)車組安裝平臺(tái)有效降低了匯流排彎曲撓度，提高了平順度。技術(shù)特點(diǎn)：第一，該施工工藝工法施工流程程序化，使得施工可操作性強(qiáng)，對(duì)各個(gè)施工階段的質(zhì)量控制更加方便，對(duì)提高剛性接觸網(wǎng)匯流排架設(shè)施工質(zhì)量有良好的促進(jìn)作用。第二，該次施工采用車平臺(tái)安裝匯流排，與傳統(tǒng)的梯車安裝匯流排相比具有更加穩(wěn)定、安全的施工環(huán)境，確保了匯流排的平直度，進(jìn)而顯著改善了工程整體的施工質(zhì)量。第三，應(yīng)用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為平臺(tái)，采用匯流排長度布置計(jì)算軟件對(duì)匯流排進(jìn)行布置，提高了匯流排布置的準(zhǔn)確性，避免了人工計(jì)算產(chǎn)生的材料浪費(fèi)。第四，由于施工工法與傳統(tǒng)工法相比得到了較大的改進(jìn)，再加上大型機(jī)械設(shè)備等的綜合利用，不僅確保了工程的施工質(zhì)量，而且有效降低了施工成本。工藝原理：客車運(yùn)營車安裝平臺(tái)主要由軌道運(yùn)營車、運(yùn)營平車、客車安裝運(yùn)營平臺(tái)、客車調(diào)節(jié)器等組成，在運(yùn)營平臺(tái)上安裝自制調(diào)節(jié)器可靈活調(diào)節(jié)客車在安裝運(yùn)營平臺(tái)上的放置高度，并且可以節(jié)省對(duì)接安裝母線的時(shí)間。操作要點(diǎn)：第一，施工準(zhǔn)備。在開展安裝施工之前，必須對(duì)匯流排質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保匯流排質(zhì)量合格，且未見明顯的折角等問題，確保匯流排表面的光滑度和清潔度，確保匯流排表面無污染。第二，匯流排配置。首先，復(fù)核錨段長度。剛性懸掛段懸掛定位裝置安裝完畢后，對(duì)剛性懸掛段的實(shí)際跨度和總跨度進(jìn)行測量復(fù)核，確保各個(gè)參數(shù)值均在設(shè)計(jì)數(shù)值范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制其精度。其次，計(jì)算匯流排安裝長度。以施工圖紙說明為基礎(chǔ)，根據(jù)施工現(xiàn)場打孔的實(shí)際現(xiàn)狀等，計(jì)算匯流排總長度。再次，計(jì)算母線數(shù)量，即計(jì)算母線總數(shù)和預(yù)制母線長度（預(yù)制母線長度＞5m）。在此基礎(chǔ)上，合理布置匯流排，即運(yùn)用相應(yīng)軟件布置線路，對(duì)比方案，進(jìn)而選出最佳方案。最后，預(yù)制匯流排及母排編號(hào)，母線實(shí)際長度按11.9m進(jìn)行母線加工，然后根據(jù)母排布置，對(duì)配置好的母排按順序編號(hào)。第三，匯流排安裝。母線安裝從錨段接頭的第一個(gè)位置開始，從直線端到曲線端；帶分段絕緣器的錨段應(yīng)從分段絕緣器安裝到兩端。第四，質(zhì)量控制。第一個(gè)定位吊線夾應(yīng)安裝在母線的標(biāo)記處，保證其外露1500mm，允許誤差為0～200mm。確保母聯(lián)連接處粘貼縫的嚴(yán)密性，并確保開口處過渡平直，接頭＜1mm。經(jīng)過調(diào)整處理后，母線的中心軸線與軌道平面的垂直度應(yīng)良好，其撓度應(yīng)＜1°。②剛性接觸網(wǎng)無接觸線調(diào)整施工工藝。由于該工程工期緊張，文章還研究了無接觸線調(diào)整施工工藝，即在匯流排安裝完成后模擬進(jìn)行匯流排調(diào)整。既滿足了施工要求，又節(jié)省了施工時(shí)間，在接觸線架設(shè)后進(jìn)行復(fù)查，均滿足接觸網(wǎng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。工藝原理：該工藝通過模擬接觸線架設(shè)后的受力情況進(jìn)行接觸網(wǎng)預(yù)調(diào)整，通過模擬計(jì)算提前預(yù)留導(dǎo)高和拉出值，利用接觸網(wǎng)加工件測量導(dǎo)高、拉出值后進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到接觸網(wǎng)預(yù)調(diào)整的目的。操作要點(diǎn)：第一，施工準(zhǔn)備。根據(jù)設(shè)計(jì)拉出值、導(dǎo)高、腕臂偏移等數(shù)據(jù)計(jì)算出未架設(shè)接觸線前的接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)及復(fù)測后總結(jié)出來的，具有現(xiàn)場指導(dǎo)意義。第二，腕臂偏移調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際溫度計(jì)算腕臂偏移，利用作業(yè)梯車人工進(jìn)行腕臂偏移調(diào)整。第三，導(dǎo)高拉出值調(diào)整。根據(jù)計(jì)算出的接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)，將接觸線加工件安裝在匯流排卡槽內(nèi)，模擬接觸線，利用接觸網(wǎng)激光測量儀進(jìn)行測量。待放線完成后進(jìn)行復(fù)測。質(zhì)量要求：第一，中間懸掛點(diǎn)接觸線高度允許施工偏差為±5mm，相鄰跨導(dǎo)線高差＜5mm。第二，懸掛點(diǎn)處接觸線高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，確保施工精度滿足技術(shù)要求。第三，懸掛點(diǎn)拉出值允許施工偏差為±10mm。第四，錨段關(guān)節(jié)處兩支接觸線在關(guān)節(jié)中間懸掛點(diǎn)處應(yīng)等高。

3 技術(shù)成果

通過對(duì)時(shí)速160km快速軌道交通架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)的研究以及對(duì)施工工法的不斷探索，結(jié)合研究成果在北京新機(jī)場線全面推廣實(shí)踐，取得了如下技術(shù)成果：（1）編寫了《時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)施工技術(shù)規(guī)范》；（2）編寫了《時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)施工作業(yè)指導(dǎo)書》；（3）編寫了《時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)小張力放線施工工法》；（4）編寫了《時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)匯流排架設(shè)施工工法》；（5）編寫了《時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則》；（6）編寫了《時(shí)速160km架空剛性接觸網(wǎng)驗(yàn)收導(dǎo)則》；（7）授權(quán)實(shí)用新型專利7項(xiàng)，受理發(fā)明專利5項(xiàng)。

4 結(jié)束語

目前，該研究成果在北京新機(jī)場線得到了全面推廣，在中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司開展的動(dòng)態(tài)檢測過程中，實(shí)現(xiàn)了最高運(yùn)行速度168km/h的良好受流，所有技術(shù)考核指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。該系統(tǒng)經(jīng)過了12個(gè)月的運(yùn)行檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。該項(xiàng)目的成功運(yùn)行，為北京地區(qū)正在開工建設(shè)的平谷線以及廣州地鐵的18號(hào)線和22號(hào)線提供了很好的示范作用，形成的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的推廣價(jià)值。