接觸網(wǎng)上部結(jié)構(gòu)整體到位施工工法
摘 要:為適應(yīng)高速電氣化鐵路發(fā)展,采取上部結(jié)構(gòu)整體到位施工方法,改善弓網(wǎng)關(guān)系,提高機(jī)車受流質(zhì)量,在城市輕軌列車、新建電氣化鐵路、非電氣化營(yíng)業(yè)線進(jìn)行電氣化改造及各種專用線電氣化接觸網(wǎng)施工中均可應(yīng)用。關(guān)鍵詞:電氣化鐵路; 接觸網(wǎng); 上部結(jié)構(gòu); 整體到位; 工法
1 概述
2000 年在鐵道部高速鐵路電氣化工作會(huì)議上,對(duì)電氣化鐵路接觸網(wǎng)施工規(guī)范和電氣化鐵路接觸網(wǎng)維修規(guī)范進(jìn)行修訂,使我國(guó)的電氣化接觸網(wǎng)技術(shù)跟上國(guó)際電氣化技術(shù)發(fā)展的腳步,為我國(guó)電氣化鐵路的高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保證。
經(jīng)過(guò)近2 年的努力和研究,我單位在接觸網(wǎng)上部施工中,已能實(shí)現(xiàn)支柱裝配、承力索架設(shè)、接觸線架設(shè)與調(diào)整、吊弦安裝一次整體到位,這是接觸網(wǎng)施工中的新突破,對(duì)于保證電氣化鐵路的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。
2 工法特點(diǎn)
接觸網(wǎng)上部結(jié)構(gòu)整體到位安裝技術(shù)的應(yīng)用,能極大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,有效改善弓網(wǎng)關(guān)系,提高接觸網(wǎng)平滑程度,減少硬點(diǎn),有利于杜絕弓網(wǎng)事故的發(fā)生,減輕受電弓磨損。
3 適用范圍
本工法適用于城市輕軌接觸網(wǎng)架設(shè)施工,新建電氣化鐵路、非電氣化營(yíng)業(yè)線進(jìn)行電氣化改造接觸網(wǎng)架設(shè)施工,以及各種專用線電氣化接觸網(wǎng)架設(shè)施工。
4 工藝原理
利用工序間影響最終質(zhì)量的主要因素加以分析整理,實(shí)行提前控制和優(yōu)化。據(jù)此對(duì)影響支柱裝配、承導(dǎo)線超拉、吊弦安裝整體到位的各數(shù)據(jù)中可變化的部分(現(xiàn)場(chǎng)的支柱狀態(tài)和線路情況),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)取得每一個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù),輸入計(jì)算機(jī),根據(jù)編制的專用應(yīng)用軟件計(jì)算出實(shí)際預(yù)配安裝尺寸,實(shí)現(xiàn)測(cè)量、計(jì)算、預(yù)配準(zhǔn)確, 整體到位的優(yōu)化工藝。
5 施工工藝
5.1 支柱裝配整體到位
5.1.1 工藝流程
(1) 傳統(tǒng)工藝流程
將懸掛接觸線和承力索的腕臂、拉桿、絕緣子、支座以及定位器、定位管等裝置組成的支持結(jié)構(gòu)組裝到支柱上稱支柱裝配。傳統(tǒng)支柱裝配施工工藝流程為研究裝配結(jié)構(gòu)圖、根據(jù)支柱裝配圖預(yù)配、作業(yè)車安裝、架線前后作業(yè)車調(diào)整。
(2) 支柱裝配整體到位工藝流程
支柱整體到位的安裝,其流程包括研究裝配圖和技術(shù)條件,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)支柱埋設(shè)后的技術(shù)狀態(tài)的測(cè)量(采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)) 、計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)、打印裝配表、集中裝配及作業(yè)車安裝。
整體到位工藝流程設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)工藝在預(yù)配前多兩個(gè)工序,即現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理,少了一道架線前后的調(diào)整工序,使安裝工藝起了根本變化。傳統(tǒng)方法是按設(shè)計(jì)提供的支柱裝配圖預(yù)配后安裝的,實(shí)際下部工程施工時(shí)常因地下固定建筑物、土質(zhì)情況和施工誤差等原因的影響,造成支柱安裝后其側(cè)面限界、埋深、傾斜度及線路超高等發(fā)生與原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值大小不等的變化,在掛線前不易發(fā)現(xiàn)支柱裝配的準(zhǔn)確程度, 掛線受力后才發(fā)現(xiàn)承力索位置偏離、定位環(huán)位置偏高偏低、拉桿抬頭等現(xiàn)象。因此,就只有在負(fù)載情況下進(jìn)行調(diào)整,這樣不僅費(fèi)力費(fèi)時(shí),而且需占用封閉時(shí)間使用作業(yè)車才能完成。支柱裝配整體到位新工藝的顯著特點(diǎn)是將實(shí)際情況均考慮在預(yù)配尺寸內(nèi),使每一個(gè)支柱的裝配達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍,這樣就消除了支柱受力后尺寸的變化及前工序的各種累計(jì)誤差等影響下列主要尺寸,如結(jié)構(gòu)高度尺寸、承力索與接觸線在垂直面上的位置、拉出值等。新工藝不僅減少了作業(yè)車作業(yè)次數(shù),而且提高了支柱一次整體到位的目的。
5.1.2 施工工藝
(1) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
要達(dá)到整體到位一次安裝成功的目的,要對(duì)每一根支柱進(jìn)行實(shí)際安裝狀態(tài)的測(cè)量,不僅要將各支柱線路的實(shí)際狀態(tài)用數(shù)據(jù)表示出來(lái),而且所測(cè)量的數(shù)據(jù)要達(dá)到一定的精確度。
(2) 計(jì)算機(jī)軟件
支柱裝配、預(yù)配尺寸是通過(guò)對(duì)測(cè)量取得的支柱埋深、支柱傾斜率及傾斜值、側(cè)面限界、線路超高及設(shè)計(jì)給定的結(jié)構(gòu)高度、拉出值、接觸線高度、定位器傾斜率和器材的主要尺寸等進(jìn)行計(jì)算,然后給出拉桿長(zhǎng)度、鞍子、定位管、定位環(huán)、定位器的安裝位置。為準(zhǔn)確和快速起見,將計(jì)算過(guò)程開發(fā)成專用軟件,只要將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后就可直接打印出預(yù)配尺寸表,供預(yù)配用。
(3) 集中預(yù)配
按預(yù)配尺寸表的數(shù)據(jù)用腕臂預(yù)配尺測(cè)量,進(jìn)行腕臂預(yù)先組裝。
(4) 作業(yè)車安裝
為方便起見,安裝時(shí)定位器和定位管分別預(yù)配完, 為準(zhǔn)確起見在承力索架設(shè)完后,對(duì)定位環(huán)的位置進(jìn)行復(fù)測(cè)和檢算工作,待架完接觸線后與吊弦一起安裝,其他部分在架線前安裝。
5.2 承力索、接觸線超拉工藝技術(shù)
承力索和接觸線架設(shè)中實(shí)現(xiàn)超拉的主要目的是克服新線初伸長(zhǎng)對(duì)接觸網(wǎng)整體狀態(tài)的影響。通過(guò)研究及試驗(yàn)后確定出超拉的方式和超拉的數(shù)據(jù)與時(shí)間,作為超拉工藝的主要技術(shù)參數(shù)。
5.2.1 國(guó)內(nèi)外銅電車線、鋼絞線初伸長(zhǎng)消除方式
關(guān)于初伸長(zhǎng)的問(wèn)題國(guó)內(nèi)外對(duì)電力架空線的有關(guān)設(shè)計(jì)和施工中都是采取措施進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹Ｃ绹?guó)根據(jù)長(zhǎng)期施工經(jīng)驗(yàn),在絞線安裝前以破斷張力的50 % 至70 % 進(jìn)行預(yù)拉,人為地造成永久性伸長(zhǎng),而避免絞線在安裝后運(yùn)行中再產(chǎn)生永久性伸長(zhǎng)。在不能采取上述措施時(shí), 根據(jù)氣象特點(diǎn)適當(dāng)減少絞線安裝弛度。
日本接觸網(wǎng)技術(shù)資料表明,日本國(guó)鐵接觸網(wǎng)施工在架設(shè)承力索、接觸線時(shí),采用了一定數(shù)值的張力,對(duì)其進(jìn)行預(yù)拉(銅接觸線30 min , 鋼絞線10 min) 消除其初伸長(zhǎng)后,才正式下錨固定。
銅電車線、鋼絞線的初伸長(zhǎng)的影響主要表現(xiàn)為兩部分:其一,下錨端的延伸結(jié)果直接使補(bǔ)償墜砣的高度產(chǎn)生過(guò)大偏差,可能形成墜砣卡滯的嚴(yán)重后果;其二, 被懸掛定位處的延伸,導(dǎo)致定位件、懸掛件縱向偏差過(guò)大,甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向偏差,從而破壞正常的“弓網(wǎng)” 運(yùn)行關(guān)系。至今,在我國(guó)《鐵路電力牽引供電施工規(guī)范》(TB10208 —98) 中,僅對(duì)消除第一部分的影響規(guī)定了施工方法,即按初伸長(zhǎng)率預(yù)留墜砣高度,而對(duì)如何消除其初伸長(zhǎng)第二部分的影響尚未提出一次性的處理方法。
5.2.2 整體到位安裝銅電車線、鋼絞線消除初伸長(zhǎng)超拉方式、超拉張力的確定
(1) 超拉方式的確定高壓架空輸電線路施工技術(shù)手冊(cè)中明確指出:
“金屬絞線的初伸長(zhǎng)大小,與其自身結(jié)構(gòu)、彈性系數(shù)、外加荷重的大小及加荷時(shí)間有關(guān)”。因此,我單位參照此原則選用30 m 試驗(yàn)線段在基地先進(jìn)行超拉試驗(yàn),取得了有益經(jīng)驗(yàn)并在內(nèi)昆線得到實(shí)際應(yīng)用。
(2) 超拉張力的確定
為了掌握常用的GJ 70 和TCG 110 線材的初伸長(zhǎng)值與超拉時(shí)間及超拉張力的規(guī)律,參照架空電力線消除初伸長(zhǎng)和日本對(duì)超拉的規(guī)定,制定了取30 m 長(zhǎng)的試驗(yàn)線,用補(bǔ)償裝置為超拉裝置做線材超拉試驗(yàn),從而取得線材初伸長(zhǎng)值與超拉時(shí)間及超拉張力的相應(yīng)規(guī)律。試驗(yàn)及理論驗(yàn)算均表明:
① 在接觸網(wǎng)工程施工中,應(yīng)用超拉的方式消除承力索、接觸線初伸長(zhǎng)的影響在現(xiàn)有基礎(chǔ)上是可行的;
② 承力索在116～210 倍額定張力條件下超拉時(shí), 支柱、棒式絕緣子、腕臂等支持構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度都能承受;
③ 接觸線在116～210 倍額定張力條件下超拉時(shí), 承力索按正常懸掛考慮,不考慮最大風(fēng)速,僅在小于350 m 曲線半徑線路上的腕臂機(jī)械強(qiáng)度裕度不夠;如考慮最大風(fēng)速,也僅有小于450 m 曲線半徑線路上的腕臂機(jī)械強(qiáng)度裕度不夠;
④ 在小于350 m 曲線半徑的線路上進(jìn)行接觸線的2 倍額定張力超拉時(shí),針對(duì)其腕臂機(jī)械強(qiáng)度不夠的問(wèn)題,可采用臨時(shí)加強(qiáng)措施加以解決。
5.2.3 超拉工藝技術(shù)
(1) 不占用封閉點(diǎn)超拉工藝技術(shù)
安裝起錨墜砣附加裝置→承力索或接觸線架設(shè)→ 安裝中心錨結(jié)→ 安裝下錨墜砣附加裝置→ 超拉30～ 60 min →正式下錨。
利用補(bǔ)償裝置作為附加張力進(jìn)行超拉。此種超拉方式可方便地利用補(bǔ)償墜砣為附加張力的重量砝碼完成超拉,這種超拉方式的最大優(yōu)越性是不需占用封閉時(shí)間進(jìn)行。
(2) 占用封閉點(diǎn)超拉工藝技術(shù)
占用封閉時(shí)間進(jìn)行超拉,可以充分利用施工機(jī)械架線車來(lái)進(jìn)行超拉。根據(jù)實(shí)際情況可分為:用1 臺(tái)架線車在下錨端施加超拉張力,起錨端作正式固定(包括墜砣高度) 的單車機(jī)械超拉方式;用2 臺(tái)架線車在起、下錨兩端同時(shí)超拉的機(jī)械超拉方式。
1 臺(tái)架線車時(shí)工藝流程:正式起錨安裝限高拉繩→承力索或接觸線架設(shè)→ 臨時(shí)超拉固定→ 超拉10～ 30 min →正式下錨。
2 臺(tái)架線車時(shí)工藝流程:起錨→ 承力索或接觸線架設(shè)→臨時(shí)超拉固定→ 超拉10～30 min → 正式下錨和起錨。
這種方式與不占用封閉時(shí)間的附加張力超拉方式相比可將補(bǔ)償墜砣一次安裝到位,無(wú)需先安裝好中心錨結(jié),且事故影響面較窄,處理能力強(qiáng)。
5.3 吊弦安裝工藝及技術(shù)
首先,對(duì)承力索懸掛點(diǎn)的高度進(jìn)行測(cè)量復(fù)核,根據(jù)下部工程隱蔽記錄中的實(shí)際跨距等數(shù)據(jù),通過(guò)軟件計(jì)算后,得出每根吊弦長(zhǎng)度及吊弦間距,列表供吊弦預(yù)配安裝用。
吊弦一次整體到位安裝工藝流程:測(cè)量承力索懸掛點(diǎn)高度→測(cè)量實(shí)際跨距→計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理→列表預(yù)配→作業(yè)車安裝。
吊弦整體到位一次安裝工藝是在承力索、接觸線、支柱裝配一次到位的基礎(chǔ)上,通過(guò)測(cè)量計(jì)算后,將誤差考慮在內(nèi),得到吊弦長(zhǎng)度及位置的精確尺寸,達(dá)到一次整體到位安裝的目的。
6 質(zhì)量要求
(1) 測(cè)量誤差控制
跨距除決定支柱縱向安裝位置外,最重要的是直接影響跨間吊弦長(zhǎng)度,在整體吊弦施工前,先測(cè)量支柱跨距,沿鋼軌布置吊弦間距,用紅油漆標(biāo)注在鋼軌上(包括懸掛點(diǎn)處),測(cè)量誤差控制在±5 mm 內(nèi)。結(jié)構(gòu)高度測(cè)量同樣影響吊弦長(zhǎng)度,需在接觸線架設(shè)完成后方可測(cè)量,用測(cè)量桿掛到鉤頭鞍子中,測(cè)量承力索懸掛點(diǎn)到線路軌平面的距離,誤差控制在±3 mm 。
(2) 承導(dǎo)線初伸長(zhǎng)控制
承導(dǎo)線通過(guò)初伸長(zhǎng)直接使承力索偏移、吊弦縱向偏移,綜合影響接觸線高度、平滑程度和弓網(wǎng)關(guān)系。一般張力超拉可消除導(dǎo)線蠕變的80 % 。
(3) 承力索、接觸線張力控制承力索、接觸線的張力是靠附掛墜砣重量的滑輪
補(bǔ)償式恒張力裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的,由計(jì)算過(guò)程可見導(dǎo)線的張力是決定吊弦長(zhǎng)度的直接因素之一,因此要選擇傳動(dòng)效率高的組合構(gòu)件。嚴(yán)格控制墜砣重量誤差,總誤差控制在±1 % 。
(4) 整體吊弦的制作安裝誤差控制
按照整體吊弦計(jì)算程序,采集測(cè)量、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),經(jīng)電腦計(jì)算,以施工表形式下發(fā)施工隊(duì)。制作前,將青銅絞線進(jìn)行預(yù)拉,預(yù)拉張力為115～210 kN , 預(yù)拉線不得收卷,直接用于下料。壓制時(shí)吊弦線一定要穿至壓接孔的根部,吊弦一端壓制好后,對(duì)比施工表長(zhǎng)度,再壓制另一端,然后校核長(zhǎng)度,誤差控制在±2 mm 。采用換算式測(cè)量尺或激光測(cè)量?jī)x,檢驗(yàn)接觸線高度,檢驗(yàn)誤差控制在±10 mm 。
7 安全措施
(1) 作業(yè)車上作業(yè)平臺(tái)升降、轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)正常,各部照明設(shè)備要齊全,作業(yè)臺(tái)與司機(jī)的通訊聯(lián)絡(luò)通暢,線盤制動(dòng)器制動(dòng)可靠,緊線裝置正常。
(2) 起錨、終錨時(shí)的線夾安裝嚴(yán)格按技術(shù)交底做好,以免緊線時(shí)承力索拉脫。
(3) 放線時(shí),作業(yè)平臺(tái)無(wú)特殊情況不得任意升降, 臺(tái)上作業(yè)人員應(yīng)時(shí)刻注意空中有無(wú)障礙,以免發(fā)生意外。遇有橋梁、隧道時(shí)應(yīng)提前做好準(zhǔn)備,及時(shí)降低作業(yè)臺(tái)高度。
(4) 曲線段放線時(shí),施工人員應(yīng)站在曲線外側(cè)作業(yè),以免脫線傷人。
(5) 線盤監(jiān)護(hù)人員應(yīng)隨時(shí)注意線盤的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,線盤末段應(yīng)固定牢固,發(fā)現(xiàn)異常迅速報(bào)告。
(6) 緊線過(guò)程中巡視人員應(yīng)密切監(jiān)視線索及支柱動(dòng)態(tài),發(fā)生線索在滑輪中脫落、卡住等情況,立即報(bào)告給指揮人員。緊線時(shí)緊線器應(yīng)安裝牢固,避免滑脫。緊線時(shí)作業(yè)車要保持原位不動(dòng),長(zhǎng)大坡道處緊線時(shí),應(yīng)用鐵靴制動(dòng)。
(7) 駐站聯(lián)絡(luò)員與現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)保持聯(lián)系,若封鎖時(shí)間內(nèi)不能完成任務(wù),駐站聯(lián)絡(luò)員要及時(shí)向車站調(diào)度員申請(qǐng)延時(shí)。
(8) 區(qū)間防護(hù)員在超拉錨段兩側(cè)防護(hù),距離在1 km 以上。
(9) 落錨完畢后,巡視各懸掛點(diǎn)無(wú)安全隱患,人員方可撤離。
8 效益分析
接觸網(wǎng)上部結(jié)構(gòu)整體到位施工能極大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,減少大量常見的返工返調(diào)工作,改善弓網(wǎng)關(guān)系, 接觸網(wǎng)上部結(jié)構(gòu)整體到位施工安裝技術(shù)在內(nèi)昆線接觸網(wǎng)工程。
