地鐵車輛場(chǎng)段出入段小半徑曲線線路接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡設(shè)置方案

高 妍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，710043，西安 ∥ 工程師)

目前，國(guó)內(nèi)大部分采用架空接觸網(wǎng)的地鐵線路，其正線地下段一般采用剛性接觸網(wǎng)，車輛段、停車場(chǎng)考慮到建設(shè)成本一般采用柔性接觸網(wǎng)。因此，在柔性接觸網(wǎng)與剛性接觸網(wǎng)銜接處必須設(shè)置剛?cè)徇^渡，而剛?cè)徇^渡通常設(shè)置在出入段線上，以實(shí)現(xiàn)弓網(wǎng)關(guān)系的平滑過渡。

文獻(xiàn)[1]分析了曲線線路上剛?cè)徇^渡在施工階段需注意的問題；文獻(xiàn)[2]對(duì)困難條件下剛?cè)徇^渡設(shè)計(jì)中的問題進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)[3]針對(duì)上海軌道交通9號(hào)線提出小半徑曲線處剛?cè)徇^渡需按比例放樣。

近年來，由于城市發(fā)展用地越來越緊張，為了適應(yīng)車輛場(chǎng)段選址，其出入段線的曲線半徑逐漸減小，對(duì)剛?cè)徇^渡的設(shè)置提出了新的考驗(yàn)。

1 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的布置形式

目前，接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的布置形式有關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡、切槽關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡及切槽貫通式剛?cè)徇^渡等3種形式，如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的布置形式

1) 關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡。系通過柔性接觸網(wǎng)深入隧道內(nèi)和剛性接觸網(wǎng)形成錨段關(guān)節(jié)。文獻(xiàn)[4]對(duì)關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡處受電弓進(jìn)行了受力分析，提出剛性過渡至柔性以及柔性過渡至剛性，需設(shè)置不同的始觸點(diǎn)高差以滿足受電弓的平滑過渡。

2) 切槽關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡。該結(jié)構(gòu)要求承力索提前下錨，利用柔性接觸網(wǎng)接觸線穿入切槽式匯流排形成過渡段，與正常剛性接觸網(wǎng)構(gòu)成錨段關(guān)節(jié)。文獻(xiàn)[5-6]分析了關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡的兩種方式，提出切槽關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡在列車運(yùn)行速度為120 km/h時(shí)仍具備雙向通過能力；相比關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡，切槽關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡能適應(yīng)更高的列車速度。

3) 切槽貫通式剛?cè)徇^渡[7]。該形式下，承力索錨固在隧道洞口，接觸線不改變方向，直接穿入切槽式匯流排，并通過貫穿螺栓固定。為了吸收接觸線的張力，錨固梁上每隔1.0 m設(shè)置1處貫穿螺栓用以緊固接觸線，并在其后設(shè)置帶拉線的終錨點(diǎn)，以解決剛性接觸網(wǎng)翹曲梁對(duì)受電弓的沖擊。文獻(xiàn)[8]仿真模擬了切槽式剛?cè)徇^渡的兩種方式，結(jié)果表明，此種過渡形式可滿足160 km/h的行車速度要求。

3種剛?cè)徇^渡布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡布置形式對(duì)比表

2 地鐵出入段小半徑曲線線路接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的設(shè)置條件

在小半徑曲線上設(shè)置剛?cè)徇^渡方案時(shí)，需注意如下要求：

1) 隧道一定范圍內(nèi)應(yīng)具備剛?cè)徇^渡的安裝凈空條件。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，隧道內(nèi)接觸線距軌面的高度不應(yīng)小于4 040 mm。以西安某地鐵工程項(xiàng)目為例，其接觸線導(dǎo)高為4 040 mm，隧道內(nèi)軌面以上凈空高度為4.6 m，曲線半徑為250 m，切槽式匯流排長(zhǎng)度為5 m，匯流排終端長(zhǎng)度為5.95 m。第2支接觸線下錨抬升角度與匯流排終端抬升角度需保持一致，為arctan(70/1 000)，則第2支接觸線下錨點(diǎn)至隧道口的距離約為19 m。在此范圍內(nèi)應(yīng)核算4.6 m的凈空高度能否滿足安裝需求。核算剛?cè)徇^渡安裝凈空時(shí)，需考慮剛性接觸網(wǎng)安裝形式的高度,接觸線和承力索的下錨支與工作支的絕緣距離,以及下錨支距混凝土結(jié)構(gòu)的距離等。若接觸線高度抬升，隧道凈空亦應(yīng)相應(yīng)增大。

2) 保證柔性接觸網(wǎng)拉出值與剛性接觸網(wǎng)拉出值相匹配，以及切槽式匯流排不發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎折。切槽式匯流排為了使本體的剛性逐漸減少、柔性逐漸增大，每隔一定距離開有多個(gè)切槽，每個(gè)切槽的深度逐漸朝單一方向增深，因此無法承受較大的扭矩和彎矩；本體上設(shè)置有對(duì)接觸線夾緊的螺釘和防止接觸線發(fā)生滑動(dòng)的專用線夾，當(dāng)接觸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)或彎折時(shí)，其作用力通過螺釘及線夾反映在切槽式匯流排上，導(dǎo)致局部形成硬點(diǎn)，影響弓網(wǎng)關(guān)系。

3) 各懸掛點(diǎn)拉出值考慮接觸線最大風(fēng)偏時(shí)，不超過受電弓的工作范圍。剛?cè)徇^渡處剛性接觸網(wǎng)最大拉出值可與正常地下區(qū)段拉出值保持一致，無需考慮風(fēng)偏。但隧道外柔性接觸網(wǎng)拉出值需考慮接觸線最大風(fēng)偏時(shí)，不超過受電弓的工作范圍。曲線上柔性簡(jiǎn)單鏈型懸掛最大風(fēng)偏時(shí)拉出值bj，max[9]為：

式中：

l——鏈型懸掛的跨距值，m；

m——鏈型懸掛的當(dāng)量系數(shù)，一般取0.85～0.90；

pj——接觸線單位長(zhǎng)度的風(fēng)負(fù)載,kN/m；

Tj——接觸線的額定張力,kN；

R——曲線半徑,m；

a——懸掛點(diǎn)處的拉出值,mm；

γj——接觸線水平面內(nèi)的支柱撓度,mm。

以R為250 m的小半徑曲線為例，m取0.85，最大風(fēng)速取25 m/s，截面面積為150 mm2接觸線的風(fēng)負(fù)載取0.703 kN/m，Tj取12 kN，a取250 mm，γj取20 mm，l按不大于30 m計(jì)算。經(jīng)核算，bj，max為309 mm，未超過受電弓的工作范圍。

4) 根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，所有接地體距帶電體的最小距離不應(yīng)小于150 mm。

3 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡處的懸掛方式

考慮到小半徑曲線上外軌超高，以及受電弓存在偏斜，當(dāng)允許的最大外軌超高為120 mm時(shí)，受電弓沿線路中心的偏斜角度為4.78°。由于剛性接觸網(wǎng)是由匯流排夾持接觸線與受電弓進(jìn)行接觸，若受電弓偏斜時(shí)，匯流排及接觸線保持垂直，會(huì)造成受電弓對(duì)接觸線的偏磨，長(zhǎng)期運(yùn)行下，受電弓會(huì)提前與匯流排形成倒角接觸，會(huì)極大地減少接觸線的使用壽命，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成打弓的不良事故。

接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡處包括懸臂式和豎直懸吊式兩種懸掛方式(見圖2)。

圖2 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡處的懸掛方式

1) 懸臂式絕緣子通過抱箍安裝在吊柱上，僅能通過增加墊片的方式調(diào)整懸臂的角度或吊柱的傾斜度，以達(dá)到懸臂整體與受電弓接觸面相平行的目的。安裝時(shí)，因可調(diào)整余量較小，墊片需一次安裝到位，且調(diào)節(jié)精度較低。

2) 豎直懸吊式通過調(diào)整T型頭螺栓的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)懸吊槽鋼與其上安裝的絕緣子、匯流排和接觸線的整體偏轉(zhuǎn)。該懸掛方式具備調(diào)整方式便利、調(diào)整范圍大、調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)。因此，小半徑曲線上懸掛安裝推薦采用豎直懸吊方式。

4 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡處平面和立面布置的設(shè)計(jì)步驟及注意事項(xiàng)

小半徑曲線上剛?cè)徇^渡需要根據(jù)線路和土建條件實(shí)際放樣，并結(jié)合平面、立面設(shè)計(jì)，制定滿足以上條件的剛?cè)徇^渡方案。

4.1 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡平面布置的設(shè)計(jì)步驟

1) 為保證剛性接觸網(wǎng)的拉出值及柔性接觸網(wǎng)拉出值的最大風(fēng)偏不超過受電弓的半寬，隧道外第1組柔性懸掛點(diǎn)距剛?cè)徇^渡的距離不能過大，按跨距不超過10 m考慮。

2) 以隧道洞口里程為基準(zhǔn)，根據(jù)切槽式匯流排和終端匯流排的長(zhǎng)度，沿地鐵線路中心線擺放剛性懸掛點(diǎn)a、b、c，通常按距端部彎頭1.8 m、2.0 m、3.8 m的跨距進(jìn)行布置，如圖3所示。

圖3 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的平面布置圖

3) 計(jì)算隧道外柔性接觸網(wǎng)的風(fēng)偏，并確定洞外第1組柔性懸掛點(diǎn)的拉出值。

4) 設(shè)剛性懸掛點(diǎn)a的拉出值為100 mm，將a點(diǎn)于洞外第1組柔性懸掛點(diǎn)進(jìn)行連接，以確定剛?cè)徇^渡錨段的延伸線。

5) 按常規(guī)布置方式確定剛?cè)徇^渡下1個(gè)錨段懸掛點(diǎn)e、d、f的拉出值及跨距。

6) 核算各剛性懸掛點(diǎn)的拉出值是否超出受電弓工作范圍。

4.2 立面布置設(shè)計(jì)步驟

1) 根據(jù)接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡平面圖，沿地鐵線路方向擺放各個(gè)懸掛點(diǎn)。

2) 計(jì)算承力索和接觸線的下錨位置。其中，隧道內(nèi)凈空較小的情況下，雙承力索可在洞口頂板結(jié)構(gòu)上下錨，第1支接觸線盡量在隧道內(nèi)第1個(gè)懸掛點(diǎn)前下錨，第2支穿入切槽式匯流排的接觸線下錨抬升角度與終端匯流排的抬升角度保持一致。

3) 結(jié)合平面和立面圖(見圖4)，核對(duì)所有接地體距帶電體的距離，若該距離不滿足絕緣距離，可采取調(diào)整下錨高度、下錨角度、剛性接觸網(wǎng)跨距、剛性接觸網(wǎng)拉出值等措施。

圖4 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的立面布置圖

4.3 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡外平面和立面布置的注意事項(xiàng)

1) 隧道內(nèi)非絕緣關(guān)節(jié)處兩錨段接觸線的相對(duì)拉出值為200 mm時(shí)，需將B型懸吊槽鋼調(diào)整為A型懸吊槽鋼(見圖5)，以避免匯流排與懸吊槽鋼螺栓的間距不滿足150 mm的絕緣距離。

圖5 接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡豎直懸吊方式調(diào)整前后對(duì)比圖

2) 第2支接觸線下錨與剛性懸掛點(diǎn)f發(fā)生沖突(見圖6)時(shí)，需調(diào)整該點(diǎn)跨距。不同跨距下接觸線的相對(duì)位置，如表2所示。根據(jù)實(shí)際放樣，跨距為6 m且f點(diǎn)拉出值為150 mm時(shí)，第2支下錨接觸線能夠滿足其距f點(diǎn)的絕緣距離，如圖6所示。

表2 懸掛點(diǎn)f的跨距與接觸線的相對(duì)位置數(shù)值表

圖6 懸掛點(diǎn)f與接觸線的相對(duì)位置圖

3) 第2支接觸線下錨時(shí)宜采用杵頭型下錨絕緣子，保證小半徑曲線上接觸線和匯流排整體的偏轉(zhuǎn)以及切槽式匯流排的平順性。

4) 將原切槽端頭的電連接線通過電纜延伸至第1個(gè)懸掛點(diǎn)，以減少切槽范圍內(nèi)匯流排的硬點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 剛?cè)徇^渡處的電連接方式

5)隧道外第1組、第2組柔性懸掛接觸線高度宜與隧道內(nèi)保持一致，防止接觸線在切槽式匯流排中產(chǎn)生額外的分力。

5 結(jié)語

接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡作為整個(gè)地鐵弓網(wǎng)關(guān)系的薄弱環(huán)節(jié)，運(yùn)營(yíng)部門應(yīng)予以高度重視。對(duì)困難條件下接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡的布置，應(yīng)分析地鐵線路及土建條件，通過實(shí)際放樣，充分考慮安裝后可能出現(xiàn)的問題，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行規(guī)避。施工過程中也應(yīng)對(duì)接觸網(wǎng)剛?cè)徇^渡處予以重視，應(yīng)減少施工誤差，以保證剛?cè)徇^渡處良好的弓網(wǎng)關(guān)系。