140 km/h隧道弓形腕臂懸掛驗(yàn)收技術(shù)方案的編制與實(shí)施

中鐵七局 電務(wù)工程有限公司 郭 峰

140 km/h隧道弓形腕臂懸掛驗(yàn)收技術(shù)方案的編制與實(shí)施

中鐵七局 電務(wù)工程有限公司 郭 峰

由中鐵七局電務(wù)公司承建的黔貴鐵路ZH1標(biāo)電氣化接觸網(wǎng)工程，以柳州站（含）為起點(diǎn)，泗亭站（含）為終點(diǎn)，起止里程為K0+000～K306+600 km，線路正線長(zhǎng)306 km。筆者所在項(xiàng)目部負(fù)責(zé)南寧鐵路局站后一標(biāo)段施工，該標(biāo)段橋隧密集，有隧道66條，隧道施工是重點(diǎn)、難點(diǎn)。加之該標(biāo)段地質(zhì)情況復(fù)雜，山高坡陡，屬喀斯特地貌和貴州高原相結(jié)合地形，工程任務(wù)十分艱巨。

黔貴線140 km/h隧道內(nèi)懸掛采用的是中鐵第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院和中鐵電化局寶雞器材廠聯(lián)合研制設(shè)計(jì)的國(guó)產(chǎn)化的單支撐腕臂懸掛定位方式（簡(jiǎn)稱(chēng)弓形腕臂）。弓形腕臂的檢驗(yàn)驗(yàn)收在國(guó)內(nèi)尚屬首次，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目部在負(fù)責(zé)編制技術(shù)驗(yàn)收方案和組織實(shí)施的過(guò)程中，通過(guò)與中鐵第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院和中鐵電化局寶雞器材廠工程師共同研究，制定了符合國(guó)產(chǎn)單支撐腕臂懸掛定位方式的檢驗(yàn)驗(yàn)收方案，并通過(guò)了南寧鐵路局建設(shè)指揮部和南寧鐵路局相關(guān)運(yùn)營(yíng)單位的認(rèn)可，在2007年3月27日成功進(jìn)行了檢驗(yàn)驗(yàn)收工作，使得單支撐腕臂懸掛定位方式最終得以在黔貴線正式使用。

一、弓形腕臂懸掛檢驗(yàn)驗(yàn)收組織實(shí)施概況

2008年3月27日，由中國(guó)中鐵七局電務(wù)公司黔桂電化項(xiàng)目經(jīng)理部組織，南寧鐵路局建設(shè)指揮部、南寧鐵路局總工辦、南寧鐵路局機(jī)務(wù)處、鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院、南寧鐵路局柳州供電段、中原鐵路建設(shè)監(jiān)理公司等有關(guān)部門(mén)30多位專(zhuān)家和單位負(fù)責(zé)人對(duì)威明隧道140 km/h隧道接觸網(wǎng)弓形腕臂結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行檢查驗(yàn)收。這是國(guó)內(nèi)首次獨(dú)立設(shè)計(jì)、研發(fā)、施工和驗(yàn)收140 km/h弓形腕臂的安全性和可靠性，驗(yàn)收方案的制訂及實(shí)施過(guò)程由筆者所在單位負(fù)責(zé)。

筆者所在的項(xiàng)目部在參考德國(guó)西門(mén)子公司設(shè)計(jì)的弓形腕臂在渝懷線的驗(yàn)收方案和電氣化工程局寶雞器材廠產(chǎn)品圖紙的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)要求以及《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10421–2003中的有關(guān)要求，在兼顧驗(yàn)收施工安裝質(zhì)量和廠家產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，編制了驗(yàn)收方案。該方案共三部分，第一部分是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)安裝的懸掛點(diǎn)進(jìn)行抽檢，重新驗(yàn)算其測(cè)量、計(jì)算、安裝及產(chǎn)品加工尺寸的準(zhǔn)確性；第二部分是在靜止?fàn)顟B(tài)下，受電弓對(duì)各固定點(diǎn)的安全距離進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)；第三部分是對(duì)弓形腕臂整體安裝調(diào)整完成后，在列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，當(dāng)受電弓出現(xiàn)極限擺動(dòng)情況下弓形腕臂是否碰撞其固定結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行檢測(cè)。本文，筆者主要分析了編制和組織實(shí)施140 km/h隧道接觸網(wǎng)弓形腕臂結(jié)構(gòu)方式的檢查驗(yàn)收過(guò)程，以期對(duì)同行有所參考。

二、140 km/h隧道國(guó)產(chǎn)接觸網(wǎng)弓形腕臂結(jié)構(gòu)方式簡(jiǎn)介

目前，在國(guó)內(nèi)電氣化鐵路單線隧道內(nèi)，接觸網(wǎng)采用的為水平懸掛方式，這種懸掛方式在我國(guó)的應(yīng)用已超過(guò)30 a。實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況表明，該懸掛方式穩(wěn)定可靠，適用于中、低列車(chē)運(yùn)行，隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，主要干線的列車(chē)運(yùn)行速度大幅度提高，在這種情況下，傳統(tǒng)的懸掛方式已經(jīng)不能適應(yīng)列車(chē)運(yùn)行的需要。列車(chē)提速后，受電弓震動(dòng)量變大，原定位部分的棒式絕緣子已經(jīng)伸到受電弓的工作范圍內(nèi)，成為安全隱患，2000年以前，弓形腕臂的懸掛方式在日本、英國(guó)、法國(guó)、瑞士等國(guó)家被大量采用，2004年在渝懷鐵路上，我國(guó)引進(jìn)了西門(mén)子公司的第一代弓形腕臂，積累了一定的施工安裝和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。西門(mén)子公司對(duì)弓形腕臂的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、和檢驗(yàn)驗(yàn)收全程負(fù)責(zé)，國(guó)內(nèi)僅負(fù)責(zé)弓形腕臂的安裝工作和安裝驗(yàn)收完成后的使用，由于國(guó)外公司技術(shù)保密，我國(guó)企業(yè)僅積累了一定的安裝經(jīng)驗(yàn)。中鐵電氣化工程局寶雞器材廠對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)吸收和改進(jìn)，完成了產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，到目前為止，對(duì)弓形腕臂安裝成型后的檢驗(yàn)驗(yàn)收在國(guó)內(nèi)還是空白。

鑒于國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有針對(duì)性的檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，黔桂線的建設(shè)單位南寧鐵路局要求中鐵七局電務(wù)工程有限公司編制檢驗(yàn)驗(yàn)收方案并由筆者所在單位負(fù)責(zé)組織實(shí)施。檢驗(yàn)驗(yàn)收地點(diǎn)為黔貴線打場(chǎng)至南丹區(qū)間的威明隧道，試驗(yàn)錨段全長(zhǎng)1 754 m，由隧道外南丹車(chē)站21號(hào)桿起錨至威明隧道內(nèi)17號(hào)下錨，威明隧道內(nèi)共33個(gè)懸掛點(diǎn)，隧道外共14個(gè)懸掛點(diǎn)，試驗(yàn)段內(nèi)包括了140 km/h直線段和曲線段，同時(shí)包括中心錨節(jié)和補(bǔ)償下錨等典型設(shè)計(jì)安裝形式，隧道凈空高度6 650 mm。隧道內(nèi)接觸網(wǎng)采用全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛，承力索采用THJ95銅合金絞線，承力索張力15 kN，接觸導(dǎo)線采用CTHA120型銅合金導(dǎo)線，導(dǎo)線張力15 kN。接觸線懸掛點(diǎn)高度5 750 mm，結(jié)構(gòu)高度530 mm，采用可調(diào)節(jié)式整體吊弦。

三、已安裝懸掛點(diǎn)的抽檢

1.試驗(yàn)檢驗(yàn)工具。主要用到的工具及其數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)檢驗(yàn)工具

檢查驗(yàn)收工作是對(duì)施工單位和廠家產(chǎn)品的綜合檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)前，首先要對(duì)施工安裝定位和廠家腕臂加工生產(chǎn)程序進(jìn)行理論數(shù)據(jù)的檢查和驗(yàn)收，并對(duì)施工過(guò)程中的相關(guān)測(cè)量進(jìn)行復(fù)測(cè)。在隧道內(nèi)單支撐腕臂的計(jì)算首先需要保證承力索座頂部距隧道頂部的絕緣距離和腕臂外露端距離另一側(cè)隧道壁的絕緣距離符合設(shè)計(jì)要求。為保證安裝、調(diào)整一次到位，腕臂預(yù)制需要列出拉出值、定位器型號(hào)的選擇、接棒瓶端的腕臂切割長(zhǎng)度、腕臂外露端的切割長(zhǎng)度、承力索座U形環(huán)距腕臂上水平刻劃線的距離、定位器底座U形環(huán)距腕臂上斜邊刻劃線的距離。隧道內(nèi)但支撐彎臂懸掛定位的安裝方式如圖1所示，各零部件的連接如圖2所示。

需要測(cè)量的數(shù)據(jù)包括定位點(diǎn)隧道壁距棱鏡的水平距離L，隧道底座相對(duì)于豎直方向的夾角α及打點(diǎn)處距離軌面的高度h。首先，需要計(jì)算出底座的測(cè)量點(diǎn)到線路中心的水平距離，這需要分部計(jì)算出底座、棒瓶的水平長(zhǎng)度和彎曲型腕臂兩刻劃線的水平距離，再根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出檢測(cè)需要的數(shù)據(jù)。

1.腕臂底座部分的計(jì)算。底座結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)圖3中的幾何關(guān)系可求出CH的長(zhǎng)度。經(jīng)測(cè)量可知，AB＝270 mm，DB＝CQ＝90 mm，GH＝113.5 mm，F(xiàn)P＝30 mm，∠BAG＝α。則有CF＝90/cosα，BE＝90tanα，EF＝30/cosα，AF＝AB－BE－EF；FG＝AF sinα＝（270－90tanα－30/cosα）sinα，CH＝CF＋FG＋GH＝90/comα＋（270－90tanα－30/cosα）sinα＋113.5。

2.棒瓶部分的計(jì)算。棒瓶結(jié)構(gòu)如圖4所示，棒瓶結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系如圖5所示。

由圖4和圖5計(jì)算出MN和NT的長(zhǎng)度，有

MN＝KM tan30°＝80 tan30°＝46.2 mm。

NT＝750cos30°＝649.5 mm。

3.彎曲型腕臂部分的計(jì)算。彎曲型腕臂各結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系如圖6所示。

V和U均在腕臂的刻劃線上，設(shè)U在水平刻劃線上，V在斜邊刻劃線上，普通定位用的彎曲型腕臂L1＝600 mm，L2＝1 210 mm，R＝500 mm。彎曲型腕臂連接到棒瓶的長(zhǎng)度為85 mm，需要求出IJ和VW的長(zhǎng)度。I點(diǎn)是棒瓶與腕臂的連接處。根據(jù)圖6的幾何關(guān)系可知，IJ＝（L1－85）cos30°＝446 mm，UV＝2（R sin15°）＝258.8 mm，VW＝UV cos15°＝250 mm，UW＝UV sin15°＝67 mm。

4.匯總計(jì)算程序。根據(jù)如下公式組進(jìn)行匯總計(jì)算。

由式（1）可以確定ΔL1的長(zhǎng)度，同時(shí)也就確定了t3和定位器底座U形環(huán)距斜邊刻劃線的距離L1′，再根據(jù)t3確定定位器的型號(hào)，確定ΔL2。該公式在施工中基本上能確保安裝調(diào)整一次到位。

5.注意事項(xiàng)。在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收過(guò)程中，要注意以下事項(xiàng)。

（1）下錨處承力索座與下錨接觸線斜拉線棒的絕緣距離要符合《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10421–2003中有關(guān)絕緣安全距離的要求。

（2）定位器底座處的頂緊螺栓起限位作用，需調(diào)整限位螺栓的位置，保證定位器的抬升在100 mm范圍內(nèi)起到限位作用。

（3）絕緣錨段關(guān)節(jié)檢查工作支和非支安裝位置要正確。

四、靜止?fàn)顟B(tài)下受電弓對(duì)各固定點(diǎn)的安全距離的測(cè)量檢測(cè)

1.接觸網(wǎng)的靜特性和動(dòng)特性分析。主要包括以下幾個(gè)方面：接觸線的高度（最高高度及最低高度）、在運(yùn)行中接觸懸掛的彈性性能及受電弓的實(shí)際運(yùn)行軌跡、接觸線的高度變化曲線、沿跨距內(nèi)接觸線和受電弓間的接觸壓力、接觸懸掛–受電弓振動(dòng)系統(tǒng)的最大振幅、接觸懸掛和受電弓的接觸狀態(tài)（離線情況）、受電弓的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性、接觸線拉出值及偏移值、在錨段關(guān)節(jié)及道岔處接觸線的相對(duì)位置、特殊硬點(diǎn)測(cè)量等。

2.檢測(cè)具體事項(xiàng)。根據(jù)弓形腕臂結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)要求，主要對(duì)接觸線的高度（最高高度及最低高度）、在運(yùn)行中接觸懸掛的彈性性能及受電弓的實(shí)際運(yùn)行軌跡、接觸線的高度變化曲線、接觸懸掛–受電弓振動(dòng)系統(tǒng)的最大振幅、接觸懸掛和受電弓的接觸狀態(tài)、受電弓的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性、接觸線拉出值及偏移值及在錨段關(guān)節(jié)及道岔處接觸線的相對(duì)位置，進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)。

3.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，作業(yè)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，由運(yùn)營(yíng)單位負(fù)責(zé)人隨機(jī)命令停車(chē)，指定懸掛點(diǎn)對(duì)弓形腕臂各點(diǎn)距離固定接地體的安全距離進(jìn)行測(cè)量，并添表簽認(rèn)，作為檢查原始記錄。在靜態(tài)測(cè)量中，按照《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10421–2003中的有關(guān)要求，設(shè)計(jì)制作了140 km/h隧道內(nèi)懸掛檢驗(yàn)驗(yàn)收記錄，需記錄的具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 140 km/h隧道內(nèi)懸掛檢驗(yàn)驗(yàn)收記錄的具體內(nèi)容

通過(guò)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)檢查驗(yàn)收，弓形腕臂各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)均滿足規(guī)范要求。

五、安裝調(diào)試后弓形腕臂安全性檢驗(yàn)

由于威明隧道目前尚未開(kāi)通，故使用模擬受電弓對(duì)整體安裝完成的弓形腕臂進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，但僅能檢測(cè)出靜態(tài)情況下，弓形腕臂與受電弓的弓網(wǎng)關(guān)系以及受電弓對(duì)固定接地體的安全距離。在列車(chē)速度達(dá)到140 km/h的情況下，受電弓振動(dòng)量大，在受電弓極限位置，即受電弓向上振動(dòng)120 mm、左右擺動(dòng)250 mm的情況下，受電弓必須保持平穩(wěn)運(yùn)行，不能剮碰到弓形腕臂的任何位置，特別是定位環(huán)。為了盡可能模擬出受電弓在動(dòng)態(tài)運(yùn)行的情況下的弓網(wǎng)關(guān)系，筆者在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)制作了受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線，模擬出在受電弓極限工作的情況下，受電弓距離弓形腕臂各接近點(diǎn)的極限距離，并進(jìn)行了記錄；通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量，在電力機(jī)車(chē)以設(shè)計(jì)最高速度140 km/h運(yùn)行時(shí)，受電弓沒(méi)有剮碰到弓形腕臂的任何位置，證明了弓形腕臂的結(jié)構(gòu)方式滿足在受電弓極限工作的情況下的安全運(yùn)營(yíng)。

六、結(jié)論

由中鐵七局電務(wù)公司黔貴電化項(xiàng)目經(jīng)理部組織驗(yàn)收的威明隧道內(nèi)接觸網(wǎng)單支撐腕臂懸掛（弓形腕臂）新技術(shù)于2008年3月27日通過(guò)了專(zhuān)家組的驗(yàn)收。這標(biāo)志著中鐵七局電務(wù)公司黔貴線接觸網(wǎng)工程填補(bǔ)了一項(xiàng)重要的國(guó)內(nèi)施工驗(yàn)收技術(shù)空白。隧道內(nèi)單支撐腕臂懸掛的試驗(yàn)成功，不僅解決了國(guó)外新工藝在國(guó)產(chǎn)化后檢驗(yàn)驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，也為今后同類(lèi)施工檢驗(yàn)驗(yàn)收提供了經(jīng)驗(yàn)和參考驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。