隧道內(nèi)接觸網(wǎng)施工測量方法研究

謝琪峰

(中鐵二十局集團電氣化工程有限公司，陜西西安 710119)

1 工程概況

電氣化鐵路隧道施工包括施工測量、打孔、錨植和安裝等主要環(huán)節(jié)。由于目前我國隧道施工測量尚無比較先進的專用測量工具，特別是隧道內(nèi)錨段關(guān)節(jié)和下錨錨臂位置及旋轉(zhuǎn)滑輪底座等裝置的測量工作，要求順線路方向?qū)Ь€與錨臂前端安裝的滑輪必須保持在同一垂面，垂直線路方向錨臂前端安裝的滑輪必須與隧道壁上安裝的多個旋轉(zhuǎn)滑輪底座在同一垂面，才能較好的解決補償滑輪鋼絲繩的偏磨的問題。受隧道內(nèi)地形、環(huán)境、交叉施工、光線等影響，施工測量就比較難準(zhǔn)確測量定位。

以太中銀雙線鐵路為例，隧道較多，隧道內(nèi)測量定位的工作量非常大，復(fù)雜多變，隧道內(nèi)錨段關(guān)節(jié)多、設(shè)備多、特殊位置多，改變了傳統(tǒng)的錨段關(guān)節(jié)在隧道預(yù)留洞門墻上下錨的設(shè)計方案(采取洞內(nèi)預(yù)留錨段關(guān)節(jié)和下錨)。

2 測量方法

施工測量是隧道施工的關(guān)鍵和依據(jù)。若不能準(zhǔn)確一步到位，將嚴重制約著后續(xù)工序打孔、錨植和安裝，對隧道施工質(zhì)量至關(guān)重要，如果一旦出現(xiàn)差錯，就會造成錨植錯誤和安裝困難。隧道內(nèi)的各種埋入桿是不能重新拔出的，否則會造成對材料的嚴重浪費和較大返工。因此對測量工作提出了嚴格的要求，不能出現(xiàn)絲毫差錯。

2.1 測量

現(xiàn)在的隧道施工測量都是以人工為主，測量工器具為:鋼卷尺、水平尺、竹竿、線墜、記號筆等，原始測量方法，施工測量受人為因素影響，無法掌握，更不能控制測量誤差。圖1為隧道吊柱安裝示意圖。如采用一般的測量方法:不僅造成錨植螺栓間距誤差大，吊柱、錨臂不能正常安裝;而且吊柱或錨臂傾斜嚴重，易引起帶電體與隧道壁絕緣距離降低，造成瞬間放電現(xiàn)象發(fā)生和重復(fù)施工。分析原因是由于積累測量誤差和沒有更好的測量方法等多種因素造成的。如設(shè)計誤差、測量偏差、打灌偏差、安裝誤差及材料等原因。這里主要講設(shè)計誤差和測量方法偏差。

1)一般直線測量方法:如雙線路隧道吊柱安裝示意圖如圖1所示，人工測量如圖2所示。

線下施工單位交線路中心樁。依據(jù)線路中心根據(jù)設(shè)計要求測量出隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛裝置位置，直線區(qū)段吊柱應(yīng)位于隧道中心位置左右對稱布置。圖1中吊柱中心為L1(L2)=CX-吊柱寬度(施工中最容易忽略的計算數(shù)字，容易導(dǎo)致吊柱CX不能達到標(biāo)準(zhǔn)，對下步施工嚴重影響支持裝置的安全距離)。用竹竿上已綁好的線墜吊出吊柱的中心位置和利用竹竿上記號筆畫出隧道頂上吊柱的中心位置，最后再根據(jù)吊柱的中心位置，提前制作吊柱底盤模板，進行吊柱底盤螺栓打孔作業(yè)。確定孔位后，因吊柱底盤本身與柱體存在夾角，因此打孔要求垂直打孔，并且保證孔距精確間距。

圖1 雙線路隧道吊柱安裝示意圖

圖2 隧道內(nèi)人工測量示意圖

2)曲線上和“S”形隧道內(nèi)測量，吊柱位于隧道中心位置左右不對稱布置，見圖2:直線測量和曲線測量方法基本相同，唯獨吊柱中心為L1(L2)=C±δ-吊柱寬度經(jīng)常發(fā)生一些不該出現(xiàn)的差錯。隧道吊柱中心偏離多少與線路的超高值有關(guān)，在正確安裝吊柱位置時，曲外為+δ、曲內(nèi)為-δ。偏差過大會造成電力機車受電弓與鄰線絕緣距離不能達到要求，再加上測量偏差、錨植偏差、安裝誤差及材料等原因，很容易造成返工及絕緣距離不夠等。故確定吊柱中心位置是關(guān)鍵的一步。

在測量工作中引起的測量誤差主要是在測量過程中容易疲勞，作標(biāo)記打油漆點不準(zhǔn)確，即不能打到指定位置出現(xiàn)偏差，竹竿過長后易發(fā)生彎曲，加之隧道內(nèi)光線不好，油漆點刷的過大、油漆太多或太少、看不見標(biāo)志點等因素。如果出現(xiàn)標(biāo)志點找不到的情況，測量人員應(yīng)及時補測。隧道內(nèi)交叉施工帶來的空氣渾濁、機械尾氣排放以及各種粉塵及噪聲極易給測量人員帶來不少困難。測量人員會感到空氣中缺氧，人的思維減緩，引起反應(yīng)遲鈍，直接影響到測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，容易造成測量人員的錯覺;加上光線昏暗引起視覺誤差，隧道內(nèi)一片漆黑，測量人員難以找到一個固定的參照物。

2.2 儀器測量

經(jīng)過施工經(jīng)驗和慢慢摸索研究，我們總結(jié)出自己的一套隧道內(nèi)直線和曲線施工方法(見圖3)，增加了測量的難度，特別是長大隧道更為嚴重。限性測量方法和測量工具，采用高端工具和新方法。

首先從施工工器具和測量工具上改進，選用土建單位施工使用的激光垂準(zhǔn)儀。

1)激光垂準(zhǔn)儀基本參數(shù)為:一側(cè)垂準(zhǔn)偏差1/5萬;長水準(zhǔn)器角值20″/2 mm;波長635 mm;激光等級2級;放大倍率25倍。采用激光垂準(zhǔn)儀測量改掉以往用線墜懸吊的誤差。

2)采用提前編制好的計算機程序，套用統(tǒng)一的計算公式，簡便計算公式和復(fù)核方法，直接計算出從線路中心至吊柱中心位置的距離。根據(jù)線下交樁，直接用全站儀和棱鏡測量出吊柱中心位置，完全丟掉了鋼卷尺測量。將垂準(zhǔn)儀下點直接對準(zhǔn)棱鏡位置點，調(diào)整垂準(zhǔn)儀水準(zhǔn)，直接測量出隧道頂?shù)踔行奈恢谩?/p>

圖3 隧道內(nèi)儀器測量示意圖

3)利用垂準(zhǔn)儀激光打出隧道吊柱中心位置，梯車上人員直接拿吊柱底盤模具直接畫出吊柱中心位置及螺栓位置。

4)確定吊柱中心位置后，全站儀測量出線路中心位置，用鋼卷尺進行再次復(fù)核，確保誤差在可控范圍。

5)隧道內(nèi)的接觸網(wǎng)的施工測量工作不是簡單的抄圖照搬設(shè)計圖紙，主要是在測量工作之前審圖，發(fā)現(xiàn)問題及時提出相應(yīng)改正設(shè)計方案和措施，測量之前要熟悉圖紙中的各種尺寸和相關(guān)數(shù)據(jù)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)和幾何尺寸要兩人相互核算確認。確認無誤后，才能進行施工測量。完成隧道內(nèi)測量及吊柱安裝工程。

2.3 三維測量法

隧道內(nèi)承導(dǎo)下錨重型錨臂位置及旋轉(zhuǎn)滑輪底座位置測量更是目前行業(yè)中測量方法中的缺陷，最常用的就是人工線垂測量。這種方法雖簡單，但最容易造成返工和施工安裝后容易造成偏磨、脫槽斷線等問題。下面就我們自己總結(jié)使用的三維測量法進行簡要介紹。

1)由于下錨處隧道壁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和高鐵對下錨裝置標(biāo)準(zhǔn)要求高，給施工測量帶來諸多不便。首先測量儀器因為地形和參數(shù)(全站儀鏡頭向上抬視角度最多只能達到60°左右)無法使用，加上一般有下錨位置的隧道凈空高度要比普通吊柱安裝的凈空高出近2 m，最高處達11 m多，給施工人員在隧道頂壁打孔、測量帶來了更高的要求。

a.一般測量方法:采用人工線墜懸吊測量，使用線墜懸吊出垂直隧道壁的所有旋轉(zhuǎn)滑輪底座位置進行打孔，即圖4中B向所示。

b.測量出錨臂位置，這個可以采用垂準(zhǔn)儀前面測量吊柱的方法來控制誤差及絕緣安全距離，以不至于返工。

c.最難控制的要點所示(見圖4)，旋轉(zhuǎn)滑輪底座與重型錨臂承、導(dǎo)下錨卡箍的水平控制。如果旋轉(zhuǎn)底座滑輪高或低于下錨補償滑輪高度，補償滑輪容易脫槽;旋轉(zhuǎn)底座滑輪向左或右偏于下錨補償滑輪，容易導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)底座滑輪脫槽。為此我們組織人員對該難度施工進行攻關(guān)，突破用線墜施工的方法，并得到良好的改進。最終提出三維測量下錨位置的方法。

2)三維測量方法簡單明了(見圖5)。在使用線墜測量方法的同時得到了大幅度改進。只要從地面上確定隧道頂錨臂位置，使用改裝的三角測尺使其構(gòu)成三維保證三條軸線角度為90°，這樣才能確保測量出來的旋轉(zhuǎn)滑輪底座與重型錨臂承、導(dǎo)下錨卡箍的水平控制。既保證了旋轉(zhuǎn)底座滑輪與下錨補償滑輪呈水平，又保證旋轉(zhuǎn)底座滑輪與下錨補償滑輪在同一水平面。這種方法簡單易掌握，不易造成返工和施工安裝后偏磨及脫槽斷線等問題。

圖4 隧道內(nèi)下錨示意圖

圖5 隧道三維定位測量示意圖

3 結(jié)語

我個人認為工程技術(shù)人員就是要依據(jù)現(xiàn)場狀況，結(jié)合理論補充完善設(shè)計圖紙的缺陷，對不清楚的數(shù)據(jù)和尺寸要與專線工程師和設(shè)計院聯(lián)系落實。其實設(shè)計圖紙只是工程技術(shù)人員施工的主要依據(jù)之一，它也不是絕對不變的，隧道凈空高度、關(guān)節(jié)預(yù)留位置、隧道斷面開挖尺寸與設(shè)計是否相符等，都要去核實。工程技術(shù)人員也不能隨意改動設(shè)計圖紙的數(shù)據(jù)和尺寸，因為它是設(shè)計人員經(jīng)過認真計算出來的，否則會弄巧成拙。施工現(xiàn)場與設(shè)計不符時要修改設(shè)計，在測量時我們發(fā)現(xiàn)的種種情況有可以避免和無法避免兩種。施工測量是我們施工的前提，減少不必要的施工麻煩，我認為是完全可以避免的。隧道測量主要堅持兩個原則:

1)確保機車受電弓能正常地從網(wǎng)上平穩(wěn)運行。

2)確保隧道內(nèi)各種設(shè)備的對地絕緣距離、設(shè)備與設(shè)備間的絕緣距離、設(shè)備轉(zhuǎn)動件靈活可靠使用。

對于其他數(shù)據(jù)和尺寸的設(shè)計是針對各種設(shè)備相互連接以及運營、管理維護等而設(shè)計的，盡管隧道施工測量復(fù)雜，各種數(shù)據(jù)繁多(特別是絕緣錨段關(guān)節(jié))，只要把握住重點，其他的問題就可以迎刃而解。

隧道施工測量，以目前的測量方法和測量工具來講，已不能滿足我國今后的高速電氣化鐵路發(fā)展的需要，建議研究一些適合于新建山區(qū)隧道群的電氣化鐵路隧道施工測量的專用工具和機械設(shè)備，來改變電氣化鐵路的高速運行，為大家創(chuàng)造更高效益。

[1] 中鐵電氣化局集團有限公司.TB 10421-2003鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:中國鐵道出版社，2004:83-85.

[2] 吉鵬霄，張桂林.電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:173-182.

[3] 任勝通，徐愛軍.接觸網(wǎng)生產(chǎn)技能訓(xùn)練[M].天津:南開大學(xué)出版社，2010:47-55.