接觸網上部結構整體到位施工工法
摘 要:為適應高速電氣化鐵路發展,采取上部結構整體到位施工方法,改善弓網關系,提高機車受流質量,在城市輕軌列車、新建電氣化鐵路、非電氣化營業線進行電氣化改造及各種專用線電氣化接觸網施工中均可應用。關鍵詞:電氣化鐵路; 接觸網; 上部結構; 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議上,對電氣化鐵路接觸網施工規范和電氣化鐵路接觸網維修規范進行修訂,使我國的電氣化接觸網技術跟上國際電氣化技術發展的腳步,為我國電氣化鐵路的高標準建設提供強有力的技術保證。
經過近2 年的努力和研究,我單位在接觸網上部施工中,已能實現支柱裝配、承力索架設、接觸線架設與調整、吊弦安裝一次整體到位,這是接觸網施工中的新突破,對于保證電氣化鐵路的安全運營具有重要意義。
2 工法特點
接觸網上部結構整體到位安裝技術的應用,能極大提高勞動生產率,有效改善弓網關系,提高接觸網平滑程度,減少硬點,有利于杜絕弓網事故的發生,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架設施工,新建電氣化鐵路、非電氣化營業線進行電氣化改造接觸網架設施工,以及各種專用線電氣化接觸網架設施工。
4 工藝原理
利用工序間影響最終質量的主要因素加以分析整理,實行提前控制和優化。據此對影響支柱裝配、承導線超拉、吊弦安裝整體到位的各數據中可變化的部分(現場的支柱狀態和線路情況),通過現場實測取得每一個實際數據,輸入計算機,根據編制的專用應用軟件計算出實際預配安裝尺寸,實現測量、計算、預配準確, 整體到位的優化工藝。
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構組裝到支柱上稱支柱裝配。傳統支柱裝配施工工藝流程為研究裝配結構圖、根據支柱裝配圖預配、作業車安裝、架線前后作業車調整。
(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條件,進行現場支柱埋設后的技術狀態的測量(采集現場數據) 、計算機處理數據、打印裝配表、集中裝配及作業車安裝。
整體到位工藝流程設計比傳統工藝在預配前多兩個工序,即現場數據采集和計算機數據處理,少了一道架線前后的調整工序,使安裝工藝起了根本變化。傳統方法是按設計提供的支柱裝配圖預配后安裝的,實際下部工程施工時常因地下固定建筑物、土質情況和施工誤差等原因的影響,造成支柱安裝后其側面限界、埋深、傾斜度及線路超高等發生與原設計標準值大小不等的變化,在掛線前不易發現支柱裝配的準確程度, 掛線受力后才發現承力索位置偏離、定位環位置偏高偏低、拉桿抬頭等現象。因此,就只有在負載情況下進行調整,這樣不僅費力費時,而且需占用封閉時間使用作業車才能完成。支柱裝配整體到位新工藝的顯著特點是將實際情況均考慮在預配尺寸內,使每一個支柱的裝配達到標準范圍,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誤差等影響下列主要尺寸,如結構高度尺寸、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車作業次數,而且提高了支柱一次整體到位的目的。
5.1.2 施工工藝
(1) 現場測量
要達到整體到位一次安裝成功的目的,要對每一根支柱進行實際安裝狀態的測量,不僅要將各支柱線路的實際狀態用數據表示出來,而且所測量的數據要達到一定的精確度。
(2) 計算機軟件
支柱裝配、預配尺寸是通過對測量取得的支柱埋深、支柱傾斜率及傾斜值、側面限界、線路超高及設計給定的結構高度、拉出值、接觸線高度、定位器傾斜率和器材的主要尺寸等進行計算,然后給出拉桿長度、鞍子、定位管、定位環、定位器的安裝位置。為準確和快速起見,將計算過程開發成專用軟件,只要將現場實測數據輸入計算機后就可直接打印出預配尺寸表,供預配用。
(3) 集中預配
按預配尺寸表的數據用腕臂預配尺測量,進行腕臂預先組裝。
(4) 作業車安裝
為方便起見,安裝時定位器和定位管分別預配完, 為準確起見在承力索架設完后,對定位環的位置進行復測和檢算工作,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
承力索和接觸線架設中實現超拉的主要目的是克服新線初伸長對接觸網整體狀態的影響。通過研究及試驗后確定出超拉的方式和超拉的數據與時間,作為超拉工藝的主要技術參數。
5.2.1 國內外銅電車線、鋼絞線初伸長消除方式
關于初伸長的問題國內外對電力架空線的有關設計和施工中都是采取措施進行補償的。美國根據長期施工經驗,在絞線安裝前以破斷張力的50 % 至70 % 進行預拉,人為地造成永久性伸長,而避免絞線在安裝后運行中再產生永久性伸長。在不能采取上述措施時, 根據氣象特點適當減少絞線安裝弛度。
日本接觸網技術資料表明,日本國鐵接觸網施工在架設承力索、接觸線時,采用了一定數值的張力,對其進行預拉(銅接觸線30 min , 鋼絞線10 min) 消除其初伸長后,才正式下錨固定。
銅電車線、鋼絞線的初伸長的影響主要表現為兩部分:其一,下錨端的延伸結果直接使補償墜砣的高度產生過大偏差,可能形成墜砣卡滯的嚴重后果;其二, 被懸掛定位處的延伸,導致定位件、懸掛件縱向偏差過大,甚至產生嚴重的橫向偏差,從而破壞正常的“弓網” 運行關系。至今,在我國《鐵路電力牽引供電施工規范》(TB10208 —98) 中,僅對消除第一部分的影響規定了施工方法,即按初伸長率預留墜砣高度,而對如何消除其初伸長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手冊中明確指出:
“金屬絞線的初伸長大小,與其自身結構、彈性系數、外加荷重的大小及加荷時間有關”。因此,我單位參照此原則選用30 m 試驗線段在基地先進行超拉試驗,取得了有益經驗并在內昆線得到實際應用。
(2) 超拉張力的確定
為了掌握常用的GJ 70 和TCG 110 線材的初伸長值與超拉時間及超拉張力的規律,參照架空電力線消除初伸長和日本對超拉的規定,制定了取30 m 長的試驗線,用補償裝置為超拉裝置做線材超拉試驗,從而取得線材初伸長值與超拉時間及超拉張力的相應規律。試驗及理論驗算均表明:
① 在接觸網工程施工中,應用超拉的方式消除承力索、接觸線初伸長的影響在現有基礎上是可行的;
② 承力索在116～210 倍額定張力條件下超拉時, 支柱、棒式絕緣子、腕臂等支持構件的機械強度都能承受;
③ 接觸線在116～210 倍額定張力條件下超拉時, 承力索按正常懸掛考慮,不考慮最大風速,僅在小于350 m 曲線半徑線路上的腕臂機械強度裕度不夠;如考慮最大風速,也僅有小于450 m 曲線半徑線路上的腕臂機械強度裕度不夠;
④ 在小于350 m 曲線半徑的線路上進行接觸線的2 倍額定張力超拉時,針對其腕臂機械強度不夠的問題,可采用臨時加強措施加以解決。
5.2.3 超拉工藝技術
(1) 不占用封閉點超拉工藝技術
安裝起錨墜砣附加裝置→承力索或接觸線架設→ 安裝中心錨結→ 安裝下錨墜砣附加裝置→ 超拉30～ 60 min →正式下錨。
利用補償裝置作為附加張力進行超拉。此種超拉方式可方便地利用補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越性是不需占用封閉時間進行。
(2) 占用封閉點超拉工藝技術
占用封閉時間進行超拉,可以充分利用施工機械架線車來進行超拉。根據實際情況可分為:用1 臺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) 的單車機械超拉方式;用2 臺架線車在起、下錨兩端同時超拉的機械超拉方式。
1 臺架線車時工藝流程:正式起錨安裝限高拉繩→承力索或接觸線架設→ 臨時超拉固定→ 超拉10～ 30 min →正式下錨。
2 臺架線車時工藝流程:起錨→ 承力索或接觸線架設→臨時超拉固定→ 超拉10～30 min → 正式下錨和起錨。
這種方式與不占用封閉時間的附加張力超拉方式相比可將補償墜砣一次安裝到位,無需先安裝好中心錨結,且事故影響面較窄,處理能力強。
5.3 吊弦安裝工藝及技術
首先,對承力索懸掛點的高度進行測量復核,根據下部工程隱蔽記錄中的實際跨距等數據,通過軟件計算后,得出每根吊弦長度及吊弦間距,列表供吊弦預配安裝用。
吊弦一次整體到位安裝工藝流程:測量承力索懸掛點高度→測量實際跨距→計算機數據處理→列表預配→作業車安裝。
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上,通過測量計算后,將誤差考慮在內,得到吊弦長度及位置的精確尺寸,達到一次整體到位安裝的目的。
6 質量要求
(1) 測量誤差控制
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度,在整體吊弦施工前,先測量支柱跨距,沿鋼軌布置吊弦間距,用紅油漆標注在鋼軌上(包括懸掛點處),測量誤差控制在±5 mm 內。結構高度測量同樣影響吊弦長度,需在接觸線架設完成后方可測量,用測量桿掛到鉤頭鞍子中,測量承力索懸掛點到線路軌平面的距離,誤差控制在±3 mm 。
(2) 承導線初伸長控制
承導線通過初伸長直接使承力索偏移、吊弦縱向偏移,綜合影響接觸線高度、平滑程度和弓網關系。一般張力超拉可消除導線蠕變的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
補償式恒張力裝置來實現的,由計算過程可見導線的張力是決定吊弦長度的直接因素之一,因此要選擇傳動效率高的組合構件。嚴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
按照整體吊弦計算程序,采集測量、設計數據,經電腦計算,以施工表形式下發施工隊。制作前,將青銅絞線進行預拉,預拉張力為115～210 kN , 預拉線不得收卷,直接用于下料。壓制時吊弦線一定要穿至壓接孔的根部,吊弦一端壓制好后,對比施工表長度,再壓制另一端,然后校核長度,誤差控制在±2 mm 。采用換算式測量尺或激光測量儀,檢驗接觸線高度,檢驗誤差控制在±10 mm 。
7 安全措施
(1) 作業車上作業平臺升降、轉動應正常,各部照明設備要齊全,作業臺與司機的通訊聯絡通暢,線盤制動器制動可靠,緊線裝置正常。
(2) 起錨、終錨時的線夾安裝嚴格按技術交底做好,以免緊線時承力索拉脫。
(3) 放線時,作業平臺無特殊情況不得任意升降, 臺上作業人員應時刻注意空中有無障礙,以免發生意外。遇有橋梁、隧道時應提前做好準備,及時降低作業臺高度。
(4) 曲線段放線時,施工人員應站在曲線外側作業,以免脫線傷人。
(5) 線盤監護人員應隨時注意線盤的運轉情況,線盤末段應固定牢固,發現異常迅速報告。
(6) 緊線過程中巡視人員應密切監視線索及支柱動態,發生線索在滑輪中脫落、卡住等情況,立即報告給指揮人員。緊線時緊線器應安裝牢固,避免滑脫。緊線時作業車要保持原位不動,長大坡道處緊線時,應用鐵靴制動。
(7) 駐站聯絡員與現場隨時保持聯系,若封鎖時間內不能完成任務,駐站聯絡員要及時向車站調度員申請延時。
(8) 區間防護員在超拉錨段兩側防護,距離在1 km 以上。
(9) 落錨完畢后,巡視各懸掛點無安全隱患,人員方可撤離。
8 效益分析
接觸網上部結構整體到位施工能極大提高勞動生產率,減少大量常見的返工返調工作,改善弓網關系, 接觸網上部結構整體到位施工安裝技術在內昆線接觸網工程。
