時速160km快速軌道交通架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)研究

繆嘉杰

（中鐵十二局集團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)的列車運行速度不高，一般均在100km/h以下。因為剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)伊始就沒有速度方面的特殊需求，缺少依托項目來開展此方面的技術(shù)研究，所以針對剛性懸掛系統(tǒng)的速度適應性研究很長時間內(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)外在此領域的設計、施工及驗收標準至今仍為空白。

1 研究背景及研究目標

1.1 研究背景

交通網(wǎng)絡建設對社會經(jīng)濟發(fā)展以及交通運輸能力影響較大，但我國高速運輸網(wǎng)絡發(fā)展起步較晚，目前，還沒有時速160km架空剛性接觸網(wǎng)運營線路。因此，系統(tǒng)研究時速160km架空剛性接觸網(wǎng)的關鍵技術(shù)，對解決如北京新機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。

文章依托北京新機場線，通過對時速160km架空剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)關鍵技術(shù)的研究，力求在技術(shù)方案、關鍵施工工藝工法及驗收標準上取得成果，實現(xiàn)體系創(chuàng)新，為北京新機場線時速160km架空剛性接觸網(wǎng)示范段建設提供技術(shù)支撐和建設指導，并為以后形成相關的設計、施工和驗收標準奠定基礎。

1.2 研究目標

研發(fā)出適應時速160km剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的系統(tǒng)設計方案，掌握時速160km架空剛性接觸網(wǎng)的安裝工藝，實現(xiàn)北京新機場線隧道內(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。編制適用于時速160km的架空剛性接觸網(wǎng)設計、施工和驗收導則，在理論研究和工程建造技術(shù)上實現(xiàn)突破，實現(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)建時速160km剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的基礎，文章主要通過對剛性接觸網(wǎng)的跨距、懸掛點高度及匯流排坡度等影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量的多個參數(shù)進行靈敏度校驗，獲得施工過程中的誤差控制閾值，為進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)建時速160km剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)的操作方法與質(zhì)量考核標準，也是分析施工工藝是否合理的基礎，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，綜合考慮區(qū)間車輛的運行最大速度、匯流排材質(zhì)、懸掛點高度、懸掛裝置、車輛受電弓及其間距等因素，通過仿真模擬計算后確定跨距數(shù)值。該線設計小曲線處進行了相應縮短，同時跨距標準為＜8m，且相鄰跨距比為1.25∶1。在各關節(jié)附近，設置數(shù)個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)的拉出值布置應避免在懸掛點處匯流排出現(xiàn)損傷性折彎，結(jié)合受電弓工作范圍、擺動量、安裝空間等內(nèi)容，確保接觸線的橫向變化率≥3%。剛?cè)徇^渡、錨段關節(jié)、分段絕緣器兩側(cè)拉出值應一致，以保證各設備處于良好的受力狀態(tài)。該線設計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，絕緣關節(jié)處、分相關節(jié)處，為保證絕緣間隙，拉出值加大為±300mm。③機械分段。剛性接觸網(wǎng)機械分段（非絕緣錨段關節(jié)）采用平行交錯式錨段關節(jié)形式，關節(jié)處控制點拉出值一般為±200mm，關節(jié)處匯流排按整體錨段布置走向設置一定斜度。④電分段。接觸網(wǎng)電分段（絕緣錨段關節(jié)）與剛性接觸網(wǎng)機械分段一致，均采用平行交錯式錨段關節(jié)形式，為保證絕緣間隙，關節(jié)處控制點拉出值一般為±300mm。⑤電分相。電分相位置應滿足車輛運行、供電線徑路及信號機布點等要求，需要對行車進行計算。電分需要采用帶有中性段的絕緣錨段方式。該線設計的電分相采用兩個絕緣關節(jié)加中性段構(gòu)成的關節(jié)式電分相。⑥剛?cè)徇^渡。柔性接觸網(wǎng)與剛性接觸網(wǎng)之間設置剛?cè)徇^渡段，機車受電弓采用剛?cè)徇^渡方式，通過通道實現(xiàn)雙向平穩(wěn)過渡。剛?cè)徇^渡元件安裝時，兩端剛?cè)釕覓禳c的接觸線高度應相等，拉出值應成直線排列，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，無法滿足高速運行剛性接觸網(wǎng)安裝要求，改進后的匯流排作業(yè)車組安裝平臺有效降低了匯流排彎曲撓度，提高了平順度。技術(shù)特點：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，對各個施工階段的質(zhì)量控制更加方便，對提高剛性接觸網(wǎng)匯流排架設施工質(zhì)量有良好的促進作用。第二，該次施工采用車平臺安裝匯流排，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，進而顯著改善了工程整體的施工質(zhì)量。第三，應用了先進的計算機技術(shù)。以計算機技術(shù)為平臺，采用匯流排長度布置計算軟件對匯流排進行布置，提高了匯流排布置的準確性，避免了人工計算產(chǎn)生的材料浪費。第四，由于施工工法與傳統(tǒng)工法相比得到了較大的改進，再加上大型機械設備等的綜合利用，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：客車運營車安裝平臺主要由軌道運營車、運營平車、客車安裝運營平臺、客車調(diào)節(jié)器等組成，在運營平臺上安裝自制調(diào)節(jié)器可靈活調(diào)節(jié)客車在安裝運營平臺上的放置高度，并且可以節(jié)省對接安裝母線的時間。操作要點：第一，施工準備。在開展安裝施工之前，必須對匯流排質(zhì)量進行檢查，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，復核錨段長度。剛性懸掛段懸掛定位裝置安裝完畢后，對剛性懸掛段的實際跨度和總跨度進行測量復核，確保各個參數(shù)值均在設計數(shù)值范圍內(nèi)，嚴格控制其精度。其次，計算匯流排安裝長度。以施工圖紙說明為基礎，根據(jù)施工現(xiàn)場打孔的實際現(xiàn)狀等，計算匯流排總長度。再次，計算母線數(shù)量，即計算母線總數(shù)和預制母線長度（預制母線長度＞5m）。在此基礎上，合理布置匯流排，即運用相應軟件布置線路，對比方案，進而選出最佳方案。最后，預制匯流排及母排編號，母線實際長度按11.9m進行母線加工，然后根據(jù)母排布置，對配置好的母排按順序編號。第三，匯流排安裝。母線安裝從錨段接頭的第一個位置開始，從直線端到曲線端；帶分段絕緣器的錨段應從分段絕緣器安裝到兩端。第四，質(zhì)量控制。第一個定位吊線夾應安裝在母線的標記處，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良好，其撓度應＜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行匯流排調(diào)整。既滿足了施工要求，又節(jié)省了施工時間，在接觸線架設后進行復查，均滿足接觸網(wǎng)驗收標準。工藝原理：該工藝通過模擬接觸線架設后的受力情況進行接觸網(wǎng)預調(diào)整，通過模擬計算提前預留導高和拉出值，利用接觸網(wǎng)加工件測量導高、拉出值后進行調(diào)整，從而達到接觸網(wǎng)預調(diào)整的目的。操作要點：第一，施工準備。根據(jù)設計拉出值、導高、腕臂偏移等數(shù)據(jù)計算出未架設接觸線前的接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是經(jīng)過現(xiàn)場反復試驗及復測后總結(jié)出來的，具有現(xiàn)場指導意義。第二，腕臂偏移調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場實際溫度計算腕臂偏移，利用作業(yè)梯車人工進行腕臂偏移調(diào)整。第三，導高拉出值調(diào)整。根據(jù)計算出的接觸網(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)激光測量儀進行測量。待放線完成后進行復測。質(zhì)量要求：第一，中間懸掛點接觸線高度允許施工偏差為±5mm，相鄰跨導線高差＜5mm。第二，懸掛點處接觸線高度應符合設計規(guī)定，確保施工精度滿足技術(shù)要求。第三，懸掛點拉出值允許施工偏差為±10mm。第四，錨段關節(jié)處兩支接觸線在關節(jié)中間懸掛點處應等高。

3 技術(shù)成果

通過對時速160km快速軌道交通架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)的研究以及對施工工法的不斷探索，結(jié)合研究成果在北京新機場線全面推廣實踐，取得了如下技術(shù)成果：（1）編寫了《時速160km架空剛性接觸網(wǎng)施工技術(shù)規(guī)范》；（2）編寫了《時速160km架空剛性接觸網(wǎng)施工作業(yè)指導書》；（3）編寫了《時速160km架空剛性接觸網(wǎng)小張力放線施工工法》；（4）編寫了《時速160km架空剛性接觸網(wǎng)匯流排架設施工工法》；（5）編寫了《時速160km架空剛性接觸網(wǎng)設計導則》；（6）編寫了《時速160km架空剛性接觸網(wǎng)驗收導則》；（7）授權(quán)實用新型專利7項，受理發(fā)明專利5項。

4 結(jié)束語

目前，該研究成果在北京新機場線得到了全面推廣，在中國鐵道科學研究院集團有限公司開展的動態(tài)檢測過程中，實現(xiàn)了最高運行速度168km/h的良好受流，所有技術(shù)考核指標均達標。該系統(tǒng)經(jīng)過了12個月的運行檢驗，系統(tǒng)運行效果良好。該項目的成功運行，為北京地區(qū)正在開工建設的平谷線以及廣州地鐵的18號線和22號線提供了很好的示范作用，形成的技術(shù)標準，具有較高的推廣價值。