vl9高速电气化铁路接触网施工技术研究.doc

湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计摘要 接触网是沿铁路线路架设的为电力牵引机车提供电源的特殊供电装置，它的用途是将变电所输出的电能通过接触网的接触导线供给沿线运行的电力机车。接触网的特殊性表现在三个方面：露天设备。无备用，机电一体化，这也是接触网的基本特点。接触网是沿铁路线架设的露天设备，分布区域广，气候对其状态有重要影响，气候条件的变化的变化对接触网的运营状态，如线索的弛度，张力，接触悬挂的弹性，网上零件的机械位置和机械松紧度，设备的电气性能都有很大的影响，严重时会造成重大行车事故。因此，接触网的设计，施工。运营，都必须认真研究气候对接触网状态的影响。接触网是沿铁路线架设的无备用设备，一旦出现故障就会影响行车。由于接触网特殊的工作环境和工作状态，它不能像其它电气设备一样设置备用设备。而接触网的运营状态和运行安全对电气化铁路的运营安全又有重大影响。因此应该利用现货科技加强接触网的在线检测，真正实现接触网的状态维修。接触网不仅在电气上要能满足电力机车牵引功率，电气强度，电压水平，绝缘安全等一系列电气技术的要求，而且在机械上就能满足机械强度，机械位置，弓网动态弹性等一系列机械技术上的要求。因此，接触网是一个典型的机电复合体。目录第一章 接触网的组成及要求1-1接触网的基本组成1-2牵引供电对接触网的要求第二章 我国接触网施工中存在的若干问题2-1我国接触网施工队伍的现状2-2 接触网施工标准及工艺2-3 我国施工技术应解决的问题第三章 对接触网施工中若干就技术的研究3-1电气化接触风超技工艺的研究3-2 电气化铁道隧道内接触网悬挂方式研究3-3 刚性悬挂接触网设计若干技术问题3-4刚性悬挂接触网施工方法的探究结论致谢参考文献第一章 接触网的组成及要求1-1接触网的基本组成电气化铁道接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，也称为架空式接触网，如图所示。从结构形式看可分为以下几个部分。（1） 接触悬挂：主要包括承力索，吊弦，接触线及连接它们的零件等。与电力机车受电弓直接接触的是接触线。接触悬挂种类很多，图示为弹性链形悬挂。（2） 支持装置：支持装置由腕臂，拉杆，定位装置等连接件组成，用来悬吊和支持接触悬挂，并将其负荷传递给支柱或者其它建筑物。根据接触网所在区间，车站和大型建筑物而有所不同。（3） 支柱与基础：支柱与基础用以承受接触悬挂和支持装置的全部负荷，并把接触悬挂固定在规定的位置和高度上。支柱有金属支柱和钢筋混凝土支柱。1-2牵引供电对接触网的基本要求为了满足接触网全天候不间断地向电力机车提供电能，保证弓网之间的良好匹配特性，提高接触网的性价比，接触网应能满足以下几个方面的基本要求：（1） 设备安全可靠，在恶劣气候条件下能保证向电力机车正常供电。（2） 有足够的电气强度，保证在牵引高峰时正常地向电力机车提供电能。（3） 有足够的机械强度，保证接触悬挂具有可靠的稳定性。（4） 网上设备的空间位置不影响受电弓取流。（5） 网上设备的质量应轻且分布均匀，保证接触网的弹性尽量一致。（6） 有足够的防腐蚀性能各耐磨性能，使用寿命应尽可能长。（7） 在保证接触悬挂稳定性的前提下，结构应尽量简化，有利于施工，维护及事故抢修。（8） 在最高运行速度下，弓网离线率应在容许的范围内。总的来说，要求接触网无论在任何条件下,都能保证良好地供给电力机车电能,保证电力机车在线路上安全,高速运行,并在符合上述要求的情况下,尽可能地做到节省投资,结构合理,维修简便,便于新技术的应用。第二章 我国高速接触网施工中存在的若干问题 随着电气化铁路的不断发展，我国在学习和引进国外新技术、新材料、新结构的同时，广大工程技术人员也自主研发了许多接触网新金具和新设备，随着新技术、新材料、新工艺的不断更新，传统的施工方法和手段已不能满足要求，主要表现为施工队伍的技术素质和施工技术两大方面滞后。2-1我国接触网施工队伍的现状 1.施工人员的整体技术素质偏低 上前从事接触网工程施工的队伍中，除少数工程技术人员和管理人员具有大专以上学历外，一线工作的大多数施工人员都是些没有受过专业教育的普通工人或民工，其文化素质、专业技能和技术水平相对较差。 2.技术装配落后 目前，国内各施工单位的技术装配与高速铁路发达国家相比，其施工设备功能不强、性能不高、新度系数偏低;施工设备综合性能低，笨重。检测手段和检测设备的精确度不够。2-2我国接触网施工标准和工艺存在的问题 1.施工技术及工艺滞后 从全国范围来看，目前我国除少数施工单位外，大多数施工单位的施工工艺和施工技术还停留在上世纪九十年代初的水平，很难适应目前高速接触网的施工要求。 2.施工的技术标准不协调 接触网的施工与路基、轨道的施工技术标准不协调，接触网一般是以轨面标高作为施工基准点的，而轨道施工的允许偏差较大，导至接触网工程施工质量难以满足技术要求。 3.技术规范和操作规范不够完善 我国目前还没有一部高速电气化铁路的施工标准，每一条线路的施工技术要求除参照国外相应线路制定外，没有更多的通用性和标准化。 我国目前也没有一套高速接触网的施工操作规范，除个别施工单位具有较为系统的施工工艺手册外，大部分施工单位或施工队伍在施工时的随意性较大，应及时完善我国高速电气化接触网的标准化操作规范。2-3我国施工技术应重点解决的问题 由于高速接触网的技术要求较高，为了保证施工的精确度，必须在施工前对相关的施工参数进行准确的参数计算，对装配结构进行预装配工作，在高速接触网施工中应实现施工作业工厂化、标准化，简单现场作业内容，缩短现场作业时间，要实现以上目标，应重点研究和解决以下几项内容: 1.开发和研制新型测量仪器设备，提高施工定测技术的准确度和精度; 2.重视基础工程的施工，消除因基础位移或偏斜对接触网的影响; 3.研究和完善支持装配计算及安装调整计算，提高支持结构的调整速度和精确度: 4.研究和完善软硬横跨的安装调整及其计算，提高软横跨的调整速度和精确度; 5.研究和完善整体吊弦预制及施工技术，将因整体吊弦长度引起的接触线高度和弛度变化控制在最小范围内; 6.研究和完善高速接触网线岔布置技术，消除线岔处的硬点; 7.积极研究恒张力放线的技术特点和施工工艺; 8.积极研究组合定位装置施工技术; 9.积极研究接触线高度偏差的控制技术。第三章 对接触网施工中若干新技术的研究3-1电气化接触网超拉工艺的探讨为使新线初伸长（蠕变）一次基本出尽，保证接触悬挂调整一次到位，符合设计要求，超拉是解决这一问题的关键措施。为适应国民经济的飞速发展，铁路提速及建造高速的客运专线已成为我国铁路发展的趋势，随着行车速度的不断提高，对接触网的静、动弹性和不均匀度要求越来越高，为了使接触线和承力索架设后一次安装到位并达到设计要求，世界各国针对初伸长对接触悬挂质量影响的这一主要矛盾，各国都采用了不同的超拉方法。 1“超拉”的定义承力索和接触线在额定张力下的蠕变伸长是一个漫长的过程，其主要影响因素就是所加张力和时间。同样的蠕变伸长量，所加张力和时间成反比，即张力越大，时间就越短。在施工中，往往为了缩短施工周期，以便后序工作（安装、调试）能迅速展开，而在保证线材不被破坏的前提下通过加大额定张力来完成承力索和接触线大部分蠕变伸长过程，这就是超拉。 2 为什么要进行超拉 2.1 承力索和接触线的蠕变伸长对接触悬挂的影响。 在链型悬挂中，承力索和接触线往往因为不同材质，其线胀系数不同，蠕变伸长量是不相同的；同一种材质的承力索和接触线，因生产方法、线材结构、补偿张力等因素不同，其蠕变伸长量也不一样。吊弦安装时呈铅垂，因上下蠕变伸长量不同，吊弦偏斜超出规范、验标允许范围,时间越长，偏斜越严重，且越靠近下锚地方偏斜越严重，使得接触网的安装、调试不准确，造成反复施工和额外返工，对整体吊弦的计算、安装、调试影响更大,而且引起接触线导高发生变化,加大施工误差。承力索和接触线的蠕变伸长，通过补偿滑轮成倍（1：3或1：4）关系反映到坠砣串上，坠陀串下落距离则成倍增长，致使其下落至地面,影响自动补偿功能，承力索和接触线的张力比额定张力偏小,必须重新调整补偿坠砣串的高度，使其离开地面，方可进行后序施工；另外，也会影响补偿坠砣串的b值调整的准确，甚至还会造成b值的反复调整。 2.2超拉作用以上分析蠕变伸长对接触悬挂的影响，对承力索和接触线进行超拉的目的就是为了消除新线材的蠕变伸长对接触悬挂的影响,对整体吊弦区段更为重要。新线在一定张力作用下,经过一定时间 (一般是较长时间, 甚至十几年, 几十年) 以后其长度比新使用时要增加, 形成塑性伸长, 其用蠕变率来量化, 即蠕变引起的线材伸长与原始长度之比, 用百分数表示，计算公式如下：r=(L/L)x100% 其中：r表示蠕变率；L表示全锚段（承力索或接触线）的蠕变伸长量；L表示全锚段（承力索或接触线）的总长度。材质不同，其蠕变率也不同，但同种材质制成同样规格的线材，蠕变率是相同的，因此经过超拉施工时所测量的数据，计算蠕变率，可以作为检测每个锚段的承力索或接触线是否符合技术要求。蠕变伸长与线材的生产和施工方法有密切关系,一般由三部分组成： 一部分是线材在张力的作用下, 因生产过程中绞制结构中单线面相互挤压, 接触点上产生畸变等引起的, 这部分塑性伸长与线材结构及材料性能有关, 一般经几百小时才趋向稳定。第二部分是在架线施工时,架线张力短时过大而引起的塑性伸长，因此, 在施工架线时要避免瞬时的机械冲击力，尽量保持恒张力架线或额定张力架线。第三部分是线材在额定工作张力下引起的塑性伸长(纯金属蠕变引起的)。通过以上分析，对接触网的承力索和接触线进行超拉不仅能够消除蠕变伸长对接触悬挂安装、调试的影响，做到安装、调整一次到位，而且能缩短接触网的施工周期，加快施工进度，提高工作效率。 3 超拉的张力标准及方式承力索和接触线在额定工作张力的基础上究竟再加多大的力才能在短时内将蠕变伸长基本拉出,目前国内属于摸索阶段，还没有统一标准,国外也没有统一的标准，日本、法国、德国等都有不同的要求。在武广线和秦沈线超拉加载的标准均是参考日本模式的, 即承力索超拉张力为额定工作张力的1.6倍, 接触线的超拉张力为额定工作张力的2.0倍。最常用的超拉方式有两种，一、利用机械作业，提供超拉所需的张力并持续到相应的时间，一般采用作业车进行作业，这种方法需要的天窗点时间较长，在日本采用过，其夜间没有列车运营。二、增加坠砣数量（即加大坠砣串的重力）来进行超拉, 这种方法简便、易操作、甚至可以不需要天窗点，国内既有线电气化接触网施工一般采用第二种超拉方式。武广线和秦沈线结合实际的施工情况，都是采用增加用坠砣数量的方式进行超拉的。 4 超拉的劳动力、机、具、料安排 施工人员：现场负责人1名，作业梯车2组共12名。机械设备：作业梯车 2 组。材料及工具：临时拉线2组，超拉肩架2组,温度计2支，坠砣若干，40铁线若干, 平腕臂2组（含底座），大滑轮2组，加固肩架若干，棕绳2根，链条葫芦2套，锲形线夹4个，钢丝卡子4个，钢丝套4套，断线钳2把，钢卷尺2把，对讲机5台，防护旗（红、黄各一面）。 5 超拉的施工流程同一锚段内的承力索和接触线是必须单独进行超拉, 其超拉流程是一致的 6 超拉的施工方法承力索和接触线分别超拉，先超拉承力索，完毕后再超拉接触线，超拉宜在白天进行。承力索和接触线同时超拉会加大支柱、腕臂的负载，甚至超出支柱、腕臂的设计容量。超拉时承力索或接触线不装吊弦且置于放线滑轮的槽中。用作业梯车在中心锚结处卡牢中锚。中心锚结不仅能缩小因超拉而出现的事故范围，缩短事故时间，还可以减小因两端加载不均而引起的左右偏移量，保证加载后测量数据的准确。 两组作业梯车分别从中锚处向下锚处进行加固。支柱在曲内部分，采用角钢或平腕臂支持加固腕臂；支柱在曲外部分，采用40铁丝将承力索或接触线分别拉在支柱上或腕臂底座上，防止超拉时线材滑出轮槽影响行车；在转换柱处，由于腕臂底座受力较大,超拉时底座受压易弯, 用平腕臂将底座受力直接过渡到支柱上, 另外，该处承力索或接触线有明显导角, 超拉时张力过大容易损伤线材, 用大滑轮的圆导角来避免对导线损伤；在孔外安装的下锚角钢处，拧紧各连接螺栓，且在角钢的下面，砼柱采用同样的下锚角钢进行加固，钢柱采用卡砣加固。在下锚支柱处设置临时拉线各一组,与地面夹角不宜大于450，对设置锚板形式的拉线根据实际情况可增加设置临时拉线。调整坠砣串b值，以满足超拉时坠砣有自由活动的空间。根据中心锚结距下锚处的长度（L1或L2）、及相应线材每单位长度在承受由额定工作张力至超拉张力时伸长量（r）。因此，线材在由额定工作张力到超拉张力时，在下锚处线材伸长量（L1或L2）为：L1=L1xr； L2=L2xr再由补偿滑轮传动比关系（1：3或1：4），折算到坠砣串下降高度，并结合温度的变化，将坠砣的b值调整到适当高度,以防止超拉时坠砣串着地,达不到超拉张力，影响超拉效果。超拉加载，由施工负责人统一负责指挥。根据施工前制定的超拉张力标准，通过补偿滑轮转传动比计算出加载坠砣的数量和重量（超拉坠砣宜采用铁坠砣, 便于施工和重复使用）进行加载。加载时, 用对讲机加强联系,尽量做到同时加载, 每一次加4块坠砣,待稳定后测出b值及温度, 每隔10min后, 重复以上操作, 加载完毕后, 每隔一定时间记录下b值及温度, 承力索超拉持续时间宜为4小时,接触线超拉持续时间宜为6小时。 超拉完毕后，同时拆除超拉坠砣, 恢复至额定张力,测出b值及温度并作好记录，将坠砣串调整到适量的高度。由于为满足超拉时坠砣能有自由活动的空间，将其b值调整偏大，温度变化时，补偿滑轮与坠砣杆间距小，坠砣杆卡在滑轮槽中，承力索和接触线无法随温度降低而收缩，补偿装置失去正常的功能，情况严重时，导致承力索和接触线断裂，因此，超拉完毕后必须将坠砣串的b值调整到适量的高度， 拆除临时拉线及相应加固装置, 同时检查超拉锚段是否存在安全隐患，将检查结果报告给施工负责人，确认无安全隐患后方可撤出施工现场。施工记录数据的处理。根据测量温度、b值及锚段长度,计算出承力索或接触线的蠕变率。 7 施工安全注意事项超拉前，对支柱的容量及关键受力部位的零件强度必须进行校核。临时拉线、曲内外支柱、转换柱加固装置必须牢固。 通讯联系保持畅通，同时加载、防止偏载。加载时，必须设置可靠的行车防护。超拉时必须加强巡视，特别是关键部位可设置专人盯防。 孔外安装的下锚角钢，防止下滑。超拉肩架平行铁路放置，防止侵限。 超拉完毕后，检查承力索或接触线是否引起变形、变性。3-2电气化铁道隧道内接触悬挂方式探究一、研究的目的及必要性1.高速铁路对接触网悬挂的要求 高速铁路反映与代表了一个国家的经济技术水平，是当今世界铁路发展的趋势和潮流。接触网系统是牵引供电系统中主要的供电设备之一，它直接与机车相连，当列车高速运行时，接触导线和机车受电弓之间是一种动态稳定的系统，受流质量既取决于弓的参数，又取决于网的参数，两者参数应合理的匹配才能实现高质量的取流，才能确保列车高速运行。因此接触网悬挂系统的选择，应能保证在车速变化等各种恶劣条件下正常取流，以提高运行可靠性。 列车要高速运行，弓网受流质量是高速电气化铁路需要解决的最要害的问题。评价受流质量通常有离线率、动态接触压力、动态抬升量、接触网的弹性、受电弓的追随特性等因素，下面是世界各国对高速接触网悬挂弓网受流质量的普遍评价标准： （1）最大接触压力（Fmax）：200N （2）最小接触压力（Fmin）：40N （3）接触压力标准偏差（）：=20%30%F （4）平均接触压力（F）：（F-3）0 （5）离线：离线率（）：5% 最大持续时间50ms （6）弹性不均匀系数：U30% 要满足以上要求，除提高接触线、承力索张力外，接触网的悬挂形式也是非常重要的研究课题。 2.水平悬挂存在的问题 目前，我国单线隧道内接触网所采取的悬挂方式为水平悬挂方式，该方式从我国第一条电气化铁路就一直沿用。长期运营经验证实：该方式结构简单、稳定、可靠，其装配形式得到广泛推广和使用。见下图：水平悬挂方式存在以下缺陷： （1）在接触线定位点集中了定位装置的全部重量约9.5kg，局部形成硬点，影响接触网弹性的均匀度； （2）定位绝缘子已伸到了受电弓的工作范围内，成为不安全隐患； （3）承力索柔性悬挂，接触网的稳定性差； 在列车高速运行的情况下，由于该悬挂的弹性非均匀度较大，轻易形成离线，离线时产生的火花与电弧，不但使受电弓受流质量差，造成接触线及受电弓局部磨耗加大，缩短接触网、受电弓使用寿命，而且其高次谐波形成对临近环境的电磁污染。由于高速线路接触压力的增大，引起接触线的抬升增大，受电弓可能直接与定位绝缘子碰撞，造成行车事故。因此水平悬挂方式已不能满足高速线路的运营模式，必须对其进行改进。 3.遂渝铁路工程设计需要 遂渝铁路为我院设计的第一条山区高速铁路，其技术设计鉴定时确定的速度目标值为160km/h。根据铁道部跨越式发展的要求，对铁路大中型在建项目，进行提速研究，遂渝铁路的速度目标值提高为200km/h，并且全线按通过装载高度为5847mm的双层集装箱设计。遂渝线共有41座隧道，总长约22550m。在提速到200km/h后，车体与隧道限界均要相应变化；考虑双层集装箱的情况后，隧道净空为7760mm。由于隧道占线路全长18.8%，其中很多为单线隧道，因此遂渝工程设计迫切需要研究与确定高速铁路单线隧道内的接触网悬挂形式。 综上所述，为满足遂渝高速铁路的设计需要，我们必须对单线隧道内的接触网悬挂安装形式进行研究，以便确定适合高速线路运营要求的接触网悬挂方案。 二、隧道内接触网悬挂方案研究思路 目前国外高速铁路隧道外及双线隧道内的接触网悬挂形式均采用直链形全补偿简单或弹性悬挂，该悬挂方式，在特定的接触线、承力索张力条件下，接触网波传播速度可达500km/h以上，已可以满足350km/h高速铁路的运营需要，其结构高度为1100mm1800mm之间，最短吊弦应大于400mm，而单线隧道内，由于隧道净空的限制，结构高度要大大降低，所以采用弹性链形悬挂是无法安装的。针对水平悬挂的稳定性差，接触网弹性非均匀性高的问题，我们设计的思路应重点放在解决这两方面的问题上。基于以上思想我们确定了以下研究思路： （1）不改变悬挂方式，仍然采用直链形全补偿简单链形悬挂；（2）方案研究中尽量采用既有、成熟的接触网悬挂零部件，减少新零件的研制工作，提高悬挂零件的通用性； （3）充分利用隧道净空，加大结构高度，增加悬挂的稳定性； （4）设计新的接触线定位方式，减少定位器分配于接触线上的重量，提高悬挂的弹性均匀度。 根据以上思路，我们研究设计了多种悬挂方案，采用现有的接触网零件，按照1：1的比例绘制了设计方案图。每种方案均有其优缺点，通过反复设计比较，最后确定了以下几种比较理想的悬挂方案。 二、单线隧道内接触网悬挂方案介绍 1.悬挂方案一： (1)设计思路：采用水平悬挂方式固定承力索，单支撑腕臂方式固定接触线。 (2)特点：隧道内水平悬挂方式是一种成熟的承力索悬挂方案，具有安全和可靠性；而单支撑腕臂悬挂方式也是一种通过了鉴定的悬挂方式。该方案对隧道净空的利用非常充分，其净空利用的限制条件仅取决于滑轮框架对隧道壁的绝缘距离；隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。理论上也可以满足200Km/h以上速度。 (3)存在问题： . 承力索悬挂为柔性悬挂，对接触网的振动是否有不好的影响应进一步研究； . 承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。 2.悬挂方案二 （1）设计思路：本方案采用原V型简单悬挂方式悬挂承力索，套管铰环+悬吊滑轮固定承力索，单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。 （2）特点：隧道内V型简单方式也是一种成熟的悬挂方案，具有安全和可靠性，施工简单，运营维护方便；对隧道净空利用的限制条件取决于V型悬挂的结构尺寸。日本新干线采用的隧道悬挂方式的原理与此相似。 （3）存在问题： 因为增加了悬挂重量，必须对V型悬挂相应零部件进行力学校验； 方案三中承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。 该方案接触线定位全部采用反定位方式，定位管受压。 （4）该方案可将V形悬挂顺线路安装，结构高度可增加至750mm。 3.悬挂方案三： （1）设计思路：参照水平悬挂方式采用单支撑腕臂悬挂组成水平悬挂，用套管铰环+悬吊滑轮进行承力索悬挂，单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。 （2）特点：该方案中承力索的稳定性最好，对隧道净空利用的限制条件取决于隧道吊柱安装结构尺寸对隧道断面的充分利用，隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。 （3）存在问题： .承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。 工程造价较高。 悬挂承力索的零件占用净空约200mm（套管绞环100mm+悬吊滑轮100mm），应进一步优化悬挂零件。 （4）方案变化：悬挂承力索的水平悬挂改为顺线路安装。 4.悬挂方案四 （1）设计思路：该方式在承力索和接触线支撑之间用定位管支撑连接起来，构成“菱形”，温度变化导致的承力索和接触线位移依靠定位管支撑使之相互带动，更加提高了接触网的受流状态及线路运行安全可靠性，并改善了定位点的弹性及受电弓的振动量。单支撑腕臂悬挂方式进行接触线定位。 （2）特点：该方案中悬挂重量分别由两悬臂支撑，接触网的稳定性较好，对隧道净空利用的限制条件取决于隧道吊柱安装结构尺寸对隧道断面的充分利用，该方案能最大限度地利用隧道净空高度加大结构高度，提高支持结构的稳定型从而获得良好的动态性能；另外该方案交之方案六，减少一个绝缘子，节约了投资。 （3）存在问题： 悬挂承力索的承力索座，要进行新零件的试制，另外需进一步研究承力索受温度影响的位移情况。 5.悬挂方案五 （1）设计思路：采用单支撑弓型腕臂+旋转腕臂斜腕臂+双线隧道吊柱构成变形三角形悬挂支撑，承力索座固定承力索，定位管+定位器固定接触线。 （2）特点：弓形腕臂与斜腕臂构成三角形结构，增强悬挂稳定性。弓型腕臂、QBNS2绝缘子均应重新设计，并可作图一图三变形设计。隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂。 （3）存在问题： 弓型腕臂、QBNS2绝缘子均必须重新设计。 该结构的稳定性应进一步研究。 图二、图三中，弓形腕臂与斜腕臂的旋转轴不在同一平面，对悬挂装置旋转灵活程度的影响应进一步研究。 6.定位方案 （1）方案一：采用单支撑平腕臂+ JL9101（D1）定位器+吊柱 该方案调整方便，零部件现成，但受绝缘子长度、吊柱安装尺寸限制及绝缘距离限制，在接触网悬挂高度较高的双层集装箱通行条件下安装困难。 （2）方案二：采用单支撑平腕臂+ JL9101（D1）定位器+隧道腕臂调整底座。该方案垂直方向调整困难。 （3）方案三：采用单支撑弓形腕臂+ 定位管+JL9101（D1）定位器+隧道腕臂。解决了垂直方向调整问题，但净空要求较大。 3-3刚性悬挂接触网设计若干问题 刚性悬挂接触网是我国近几年从国外引进的一种新型悬挂类型,广州地铁二号线刚性悬挂接触网已于2003年6月建成并投入运行。干线铁路25kV接触网也开始了试验和局部采用。无论从理论分析还是从实际运行情况来看,刚性悬挂具有比较明显的特点和优势。改建铁路焦柳线石门北至怀化段(以下简称石怀段)扩能工程有6座隧道内需设锚段关节,既有隧道改造困难大,造价高,采用刚性悬挂不失为一个好的解决方案。1 刚性悬挂的形式地铁设计规范指出刚性悬挂架空接触网用T形或型汇流排。型汇流排采用铝合挤压制造,单根长度可达12m以上,采用接头板和螺栓连接满足任意长度要求。汇流排通过对材料的优化设计,巧妙利用其弹性,通过专用放线小车可方便地架设和夹紧接触线,比T形汇流排采用螺栓和夹板夹紧接触线更为方便和可靠。型汇流排具有技术的成熟性和先进性,广州地铁二号线、三号线和宝兰线(宝鸡兰州)25kV试验段以及石怀段隧道试验段的刚性悬挂接触网均采用了型汇流排。型和T形汇流排示意如图1所示。2 悬挂定位安装方式 刚性悬挂定位安装方式有垂直和悬臂悬挂定位2种。如何选定刚性悬挂接触网的悬挂定位安装,应根据隧道净空高度和断面情况,考虑安装结构简单可靠。 地铁1500V刚性悬挂接触网采用垂直悬挂定位方式安装结构比悬臂悬挂定位方式结构简单,可靠性高。但在悬臂悬挂定位方式下绝缘子受弯矩较大。广州地铁二号线选用了垂直悬挂定位方式。25kV干线铁路刚性悬挂接触网采用垂直悬挂定位安装方式和悬臂悬挂定位安装方式均可。 石怀段几座隧道为既有隧道,断面形式为ZSOO01,是不同心的3段圆弧构成的尖拱隧道,净空高度不相等,为63907080mm,接触线高度确定为5700mm,列车运行速度为80120km/h。设计了2种安装方式。 (1)垂直悬挂定位安装方式。采用角钢焊接底座,隧道顶部安装,用4根螺栓调整接触线的空间位置,适用隧道净空高度为63906700mm;当隧道净空高度为67007080mm时,需改用厚度为400mm角钢焊接底座。 (2)悬臂悬挂安装形式。在距受电弓中心线650mm的隧道顶部安装吊柱,采用通用的高强度瓷质支柱绝缘子或硅橡胶棒形绝缘子倾斜悬臂悬挂刚性悬挂,采用3001000mm长度的吊柱,可适用隧道净空高度为63907080mm,通过悬臂偏离垂直受电弓方向安装,适应拉出值在150mm范围变化的需要。 考虑到石怀段隧道净空高度低于6450mm的悬挂定位点不多,建议:如果采用悬臂悬挂定位形式,在隧道净空高度大于6700mm时,吊柱中心线与受电弓中心线的距离为1085mm,悬臂改为可随汇流排的伸缩旋转方式,靠悬挂定位调节架来保证刚性悬挂的拉出值,以避免悬挂线夹卡滞汇流排。3 刚性悬挂的跨距 由于刚性悬挂不施加张力,刚性悬挂的允许跨距和运行速度有关,并受限制。根据国外试验和运行经验,速度和跨距的对应关系见表1。 广州地铁二号线的最高车速为80km/h,因首次使用,跨距取8m;石怀段设计的最高车速为120km/h跨距取8m,弛度不超过跨距的1。4 锚段长度 地铁设计规范规定:刚性架空接触网和接触轨的锚段长度,应根据环境温度、载流温升、材料线胀系数、伸缩要求确定。 按照石怀段隧道外设计气温最高为40,最低为-10,隧道内接触网计算温差可取70;选用已有运行经验的伸缩量为500mm的膨胀接头,考虑安装下料的温度变化,取允许伸缩量为0.2m,锚段长度可为300m,考虑到国内设计、制造、施工安装调整、运行管理等经验不足,参照广州地铁二号线锚段长度最大为250m,三号线锚段长度最大为300m,宝兰线试验段锚段长度最大为222m的情况,结合拉出值和膨胀接头应安装在受弯最小处的要求,石怀段隧道内刚性悬挂锚段长度设计300m。选用伸缩量为1000mm的膨胀接头,待今后取得运行经验后,再设计更长的锚段。5 刚柔过渡设计 由于隧道外采用柔性悬挂接触网而隧道内采用刚性悬挂接触网,弹性相差太大的2种悬挂必然存在刚柔过渡问题,地铁设计规范要求必须在其结合处采取刚柔过渡措施。从国内外的资料看,刚柔过渡的方式有多种,但都是安装一段刚度逐渐变化的刚性梁(或叫做切槽镶嵌式刚柔过渡体)。 广州地铁二号线和宝兰线试验段设计安装关节式刚柔过渡,这种刚柔过渡措施适用于较低速度(80km/h),锚段关节采用刚性悬挂。当速度高于100km/h,宜采用贯通式刚柔过渡措施。 石怀段设计采用了贯通式刚柔过渡,柔性悬挂接触网的承力索在隧道洞门拱圈上下锚,接触线嵌入12m切槽式刚性渐变汇流排和12m加强夹紧力汇流排及整个锚段的汇流排,在加强夹紧力汇流排上安装了下锚装置,使刚性悬挂接触网不受接触线张力的影响。值得注意的是,刚柔过渡段应该设在与接触线同一条直线上,并且满足隧道外接触线在受电弓工作范围之内。6 中心锚结设计 国外刚性悬挂中心锚结有2种形式,一种是“V”形中心锚结,绝缘棒与水平线的夹角约为45;另一种是带拉线“V”形中心锚结,绝缘棒与水平线的夹角约为1015。石怀段设计采用了带拉线“V”形中心锚结,能够承受很大的意外拉力,不会产生负弛度问题。在带拉线“V”形中心锚结的安装设计和平面布置中,注意要保证空气绝缘间隙,在隧道净空较低时尤其要精心设汁,精心施工。在平面布置时,尽量将中心锚结设在受电弓中心线上方,并且分别在受电弓中心线两侧下锚。3-4刚性悬挂接触网施工方法的探究刚性接触网是一种工程造价低、安全可靠、无或少维修的供电方式,在国外地铁领域中的应用已较为成熟。其中,日本214 km 、韩国148 km 、德国15 km 、瑞士18 km 的地铁线中采用了这种形式。而这种技术在我国城市轨道交通领域中的应用才刚刚起步,目前只是在广州地铁1 号线坑口花地湾间有一段全长108 m 试验段,广州地铁2 号线也在试运营中。目前准备采用这种方式的有上海的M8 线、南京地铁、沈阳地铁等线路。刚性悬挂接触网以其明显的优势在城市地铁建设中越来越凸现出广阔的应用前景。1 刚性悬挂接触网的结构和特点 刚性悬挂接触网主要有铝合金汇流排、接触线、绝缘元件和悬挂装置组成,如图1 。其中铝合金汇流排既作为固定接触线的嵌体,同时又作为导电截面的一部分。这种悬挂方式根据线路通过能力及电流量的大小,又有单接触线式和双接触线式两种。根据铝合金汇流排截面的不同又分为T 型与型两种。型结构的刚性悬挂特点是:其一, 便于安装和架设,在架设接触线时,使用专用滑动式镶线车,利用型结构的弹性力可使接触线嵌入虎口槽内;其二,结构稳定,接触线是靠两侧夹持力固定的,因此运行稳定性好。在欧洲刚性接触网中多用型铝合金汇流排的形式。我国目前采用的就是这种形式。单根接触线汇流排目前有两种类型: 一种为高80 mm 的PAC80 型, 另一种为高110 mm 的PAC110 型。其中PAC110 型的截面积为2 213 mm2 , 每节长12 m。目前在广州采用的是PAC110 型。图1 刚性悬挂结构示意图 刚性接触网具有结构紧凑、无断线隐患、可靠少、费用较低等特点,但是它的施工难度比柔性接性高、导线磨耗均匀、安装精度要求高、维护工作量触网大。刚性接触网的允许速度一般为80120 km/ h 。2 施工过程 由于刚性悬挂接触网系统的安装精度比柔性悬挂接触网系统的安装精度高,调节范围小,因此在进行刚性悬挂接触线的安装时,从施工测量开始到刚性悬挂接触线调整到位,要严格控制每一道工序的施工质量,实现一次安装到位。2. 1 施工测量(1) 起测点的确定 在进行刚性接触悬挂施工测量前,应先确定起测点,然后再进行纵向、横向测量。测量起点的选择原则是:测量工作可从已铺设标准轨道的任一车站或区间内开始,测量长度应为一个以上的刚性悬挂段;也可从刚性悬挂段锚段关节的第一个定位点开始;有绝缘锚段关节区段应从绝缘关节处开始起测。按设计图纸里程布置,以沿线准确的里程标记为准进行放线测量。(2) 纵向测量 实施纵向测量前,应复核各车站和区间的长度及不同隧道接口、隧道曲线段、道岔处等地点的实际里程是否与设计图纸相符。测量时应采用钢卷尺进行测量,曲线段应沿外轨测量。每个定位点的跨距应按设计跨距测量定位。如有定位点位于隧道伸缩缝、隧道连接缝、盾构区间管片接缝,或明显渗水、漏水等位置时,应顺线路位移,但最大位移量不超过500 mm(设计有规定时除外),且保证不超过设计最大跨距允许值和相邻两跨距的跨距比不大于11. 25 的设计标准。(3) 横向测量 由于刚性悬挂的安装精度要求高,因此测量时应使用先进的测量工具,如激光定位测量仪等,以确保定测精度。横向测量要首先确认受电弓中心的位置,然后再确定悬挂点的位置。悬挂的各种底座的位置和使用的零件有关。需要注意的是,一般直线上各定位底座中心线垂直于轨道线路中心线上;曲线上垂直于此点在线路中心线的切线上。(4) 打孔及螺栓安装 在打孔作业中,为了保证位置的准确性,一般要使用特制模具,套模钻孔,孔的深度和直径要符合设计要求。固定的胀锚螺栓、树脂灌注螺栓要严格按照设计要求和产品说明书的规定执行,而且要按设计规定时间和检测标准进行拉力测试。2. 2 支持结构的安装(1) 悬挂定位装置安装 悬挂及定位装置安装前应对每个悬挂及定位装置的类型进行复核,然后将悬挂及定位装置按设计要求进行安装。并根据悬挂点接触线的设计高度,计算出悬吊槽钢底部高度,并将悬吊槽钢调整到与轨面连线平行。(2) 汇流排安装 汇流排安装前,应复核整个刚性锚段的长度, 根据温度变化量预留两端伸缩量,计算出汇流排总长度,并合理布置短汇流排的安装位置。根据计算出的汇流排总长度,计算所需汇流排根数和需预制的短汇流排长度, 并对汇流排按安装顺序进行编号。短汇流排安装位置应尽量靠近悬挂定位点,避免放于跨中位置,全锚段汇流排按安装顺序依次编号,安装时按编号安装。刚性悬挂汇流排安装长度按下式计算: 汇流排总长度= L + L 1 2 +l + L 2 其中: L 为刚性锚段各跨距总和; L 1 为弯曲端长度, 一般设计给出;l 为全段温度变化预留量, 一般设计给出计算公式; L 2 为汇流排定位线夹宽加因汇流排弛度及正弦走向引起的长度变化量, 约100 150 mm 。 根据计算出的汇流排总长度,计算所需汇流排根数N 和要预制的短汇流排长度。需要注意的是,预制的汇流排长度不能小于设计规定值。短汇流排安装位置应靠近悬挂定位点,使定位点位于短汇流排中部状态最好。汇流排对接接头尽可能靠近悬挂定位点,避免处于或靠近跨中,对接接头也应避开处于悬挂定位线夹位置。短汇流排切割面应与汇流排中心线呈直角,且整个形截面要平整。即短汇流排长度=(总长度-两终端汇流排长度-N 汇流排长度) 。(3) 汇流排的安装 汇流排可以从锚段关节第一定位处开始向另一端安装,一般应从直线端向曲线端安装。有分段绝缘器的刚性区段,宜从分段绝缘器处向两端安装汇流排。安装时首先要在安装起点的第一个定位点处安装终端汇流排。第一个定位悬挂线夹安装在标记处,线夹固定住汇流排。同时在此悬挂线夹两端和第二个定位点处两端安装临时锚固线夹,卡紧汇流排,防止汇流排在安装过程中顺线路滑动。终端汇流排安装好后,按汇流排编号顺序依次对接安装。汇流排安装完毕后,进行中心锚结安装,最后拆除第一、二定位点处的临时锚固线夹。汇流排对接时,对接汇流排应在同一条直线上,并按照设计要求进行紧固。2. 3 中心锚结安装 刚性悬挂中心锚结有调整螺栓、锚结绳、连接件组成(见图2) 。当汇流排安装完毕,中心锚结所在跨距两端悬挂点上汇流排拉出值导高已调整到设计位置后,即可进行中心锚结的安装。一般直线上,中心锚结底座中心线位于汇流排中心线正上方;曲线上,中心锚结底座中心线位于中心锚结锚固点处汇流排中心线的延长线的正上方。中锚两端底座距中心锚固点的距离应相等,其安装误差为50 mm 。中心锚结安装调整到位后,两端锚结绳的张力应一致,且不能使锚固点出现负弛度。图2 中心锚结示意图2. 4 刚柔过渡段的安装 刚性悬挂接触网与柔性接触网之间的刚柔过渡区段,根据设计要求的不同,一般采用切槽汇流排贯通式或关节式的刚柔过渡方法。刚柔过渡区段应设在直线平坡区段,不宜设在曲线区段和坡度区段。刚柔过渡段接触线高度应等高,不宜在刚柔过渡段中进行导高坡度变化的布置。关节式的刚柔过渡方法对消除硬点较好。1) 切槽汇流排贯通式刚柔过渡段安装 安装时应按设计的要求设定刚柔过渡段的起始点。过渡段汇流排安装应从刚柔过渡端起始点开始。柔性悬挂一支接触线被嵌入切槽汇流排后, 立即紧固切槽式汇流排的配套螺栓并达到设计规定的力矩值,接着安装锚固线夹。切槽汇流排应严格按设计位置安装,并保持其处于平衡状态,其前端4 m 之内,不得安装柔性悬挂的吊弦。此跨柔性悬挂吊弦应进行合理布置,确保刚柔过渡实现平滑过渡。切槽汇流排在刚柔过渡起始点处不应形成下压或上抬力,不能形成硬点。双接触线中的另一条接触线,等高进入刚柔过渡段一定距离(符合设计要求) 后逐渐抬高,并成为非工作支进行下锚。(2) 关节式刚柔过渡段的安装 关节式刚柔过渡是采用终端汇流排与柔性悬挂并列运行,实现刚性和柔性过渡。其过渡的方式见图3 。刚柔过渡部分的间距不宜大于200 mm , 且应靠近受电弓中心,两边均匀布置。过渡端刚性悬挂起始定位点A 处接触线的高度,应比同处柔性悬挂的接触线抬高2030 mm , 然后刚性悬挂定位按接触线高度变化不大于0. 2 % 的设计原则,逐渐平缓恢复到正常高度。柔性悬挂从刚性悬挂起始定位点A 处开始,逐渐平缓抬升,经刚柔两线等高并行后,柔性平缓抬高脱离运行,到下锚端非支E 处抬高50100 mm 即可。 图3 关节式刚柔过渡示意图2. 5 接触导线架设安装 刚性悬挂接触线架设相对于柔性悬挂接触线架设来说,不但要把接触线放出,而且还要利用架镶小车将接触线镶入汇流排的沟槽内,因此对接触线架设过程的控制要求比较严格。刚性悬挂接触线架设前,应先将汇流排中心锚结安装锚固好,并用锚固线夹卡住汇流排,以使汇流排在放线过程中不滑动。具体施工过程如下: 在放线开始侧的终端汇流排前23 m 处的隧道拱顶上,安装一个临时锚固底座固定接触线。 作业人员在架镶小车前用油漆刷或其他方法,将接触线两边沟槽内均匀涂入导电油脂。接触线在嵌入汇流排前都应涂导电油脂。 在刚性悬挂接触线架设的始端,安装并调整好架镶小车。架镶接触线的小车,是专门为这种可以像拉链一样拉开和关闭的型截面汇流排配套设计的(见图4) 。在架设接触线的同时,可在另一辆有作业平台的车上将架镶小车用拉线固定于作业平台前端的牵引支架上,从始端把接触线导入汇流排,同时把接触线镶拉入汇流排沟槽内。接触线用专用小车拉镶入汇流排中后,应立即对汇流排接头部位进行紧固。接触网架线车、架镶车的组合方式见图5 。图4 架镶小车 架线车组架镶接触线时,一般行驶速度不大于5 km/h , 架设接触线时的初始张力一般以1. 0 1. 5 kN 为宜。架镶小车前设一人负责扶正导线, 使接触线燕尾端位于汇流排开口正下方,并平行于汇流排以确保架设作业顺利进行。同时在架镶小车后面,应设专人仔细检查接触线嵌入状况。如发现接触线嵌入不到位,及时通知施工负责人停车, 将架镶小车后退出此段线(这里需要注意的是张力放线车绝对不许后退),重新用架镶小车将接触线镶入汇流排。 当接触线架设至锚段的末端时,在架镶小车到达弯曲端前,架线车组停车,人工拉动架镶小车, 把接触线导入弯曲端。全部导入后,按设计要求预留接触线余量后,用钢锯锯断接触线并用扭矩扳手紧固弯曲头处螺栓至规定力矩,最后向上弯曲导线。 返回始端,按设计要求预留接触线余量后, 用钢锯锯断接触线并用扭矩扳手紧固弯曲头处螺栓至规定力矩,最后向上弯曲导线。在终端汇流排前临时锚固底座处,拆除该处临时锚固装置。2. 6 调整 由于刚性悬挂的接触线和汇流排都没有弹性, 因此对接触线的高度、拉出值要求就非常严格。在进行刚性悬挂调整时,应使用与电动客车完全一致的受电弓进行调整。(1) 刚性