地鐵接觸軌設(shè)備病害分析與整治

梁添富，李金龍，李帥標(biāo)，武建旺，李 闖

（北京市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理有限公司，北京 102488）

0 引言

接觸軌是將電能傳輸?shù)降罔F和城市軌道交通系統(tǒng)電力牽引車輛的裝置。鋼鋁復(fù)合接觸軌因其傳輸電流大、重量輕、安裝方便而得到廣泛應(yīng)用。由于高架段接觸軌設(shè)備受溫度影響較大，故存在的病害也較多。本文從軌道線路專業(yè)維養(yǎng)接觸軌的角度出發(fā)，針對(duì)高架線鋼鋁復(fù)合上接觸軌出現(xiàn)的常見病害進(jìn)行了分析并提出了預(yù)防整治措施，對(duì)提高列車的行車安全性、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，為接觸軌的養(yǎng)護(hù)維修提供的依據(jù)和參考。

1 彎頭拉弧及異常磨耗原因分析及整治

（1）接觸軌彎頭施工安裝時(shí)忽視了彎頭處的順坡水平，是造成拉弧及異常磨耗的根本原因。接觸軌水平指接觸軌（面）中軸線與軌面連線中垂線的垂直（水平）距離，為保證端部彎頭具有良好的自熄弧特性，每一處彎頭的端部都經(jīng)過預(yù)彎，形成一定的坡度。以北京地鐵燕房線為例，由于端部彎頭坡度高速?gòu)濐^1∶50，低速?gòu)濐^1∶30，所以低速?gòu)濐^存在拉弧及磨耗情況較多。通過燕房線車輛段110 個(gè)低速?gòu)濐^檢查發(fā)現(xiàn)，低速?gòu)濐^拉弧情況主要存在于距彎頭接頭夾板1600～2300 mm 范圍內(nèi)。通過現(xiàn)場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)距接頭1650～3250 mm 處的水平變化較大，接觸軌定位的工作高度會(huì)直接導(dǎo)致拉弧現(xiàn)象。拉弧主要發(fā)生在列車受流器與端部彎頭接觸或脫離的運(yùn)動(dòng)瞬間，其形成的主要原因是彎頭各部位順坡水平變化過大。由于彎頭各點(diǎn)位水平不同，普通接觸軌尺無法測(cè)量，需要使用專用的分彎頭檢查尺進(jìn)行測(cè)量。在建設(shè)施工時(shí)，往往忽視了該位置的水平，造成水平超限嚴(yán)重，所以新線驗(yàn)收時(shí)必須將彎頭的幾何尺寸作為重點(diǎn)檢查項(xiàng)目。

整治措施是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算接觸軌彎頭各部位的順坡水平，施工及養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)利用定制接觸軌彎頭尺對(duì)彎頭處水平進(jìn)行測(cè)量，按照計(jì)算的正確順坡水平，對(duì)超限處進(jìn)行調(diào)整，確保接觸軌水平符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

（2）觸軌絕緣支座跨距不符合要求。《城市軌道交通接觸軌供電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定接觸軌支撐點(diǎn)跨距不宜大于5 m，北京地鐵燕房線接觸軌支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)最大跨距不得大于4.6 m，且在道岔、膨脹接頭、彎頭處應(yīng)適當(dāng)減小。但在施工時(shí)，有道岔、彎頭處未按照設(shè)計(jì)要求適當(dāng)減小跨距，導(dǎo)致彎頭水平順坡率不能滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)整接觸軌彎頭處幾何尺寸時(shí)只能調(diào)整支座處位置。如果跨距過大會(huì)導(dǎo)致彎頭中部下垂，進(jìn)而加大接觸軌彎頭中部拉弧的可能性，調(diào)整時(shí)由于支撐點(diǎn)跨距過大會(huì)導(dǎo)致該處超限無法整改。

整治措施是合理增加接觸軌絕緣支座、減小支座跨距，保證各部位順坡率滿足要求。引導(dǎo)集電靴平滑接觸導(dǎo)電軌，減少集電靴“離開”時(shí)產(chǎn)生電弧和“臨觸”時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊。建議在設(shè)計(jì)階段將支座的跨距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)明，指導(dǎo)施工單位嚴(yán)格按圖施工，從源頭上杜絕此類原因造成的病害，降低后期養(yǎng)護(hù)維修成本。

（3）調(diào)整接觸軌彎頭幾何尺寸調(diào)整時(shí)未統(tǒng)籌考慮。在整治接觸軌幾何尺寸超限時(shí)，個(gè)別人員經(jīng)驗(yàn)不足，只調(diào)整單點(diǎn)支座處幾何尺寸超限，未全面考慮彎頭其他部位幾何尺寸，導(dǎo)致彎頭存在連續(xù)差過大的情況。如果彎頭支座水平連續(xù)差較大，則會(huì)造成接觸軌中部或其他薄弱部位拱起，加劇接觸軌中部拱起部位的磨耗值，故調(diào)整時(shí)必須對(duì)彎頭處根據(jù)各部位幾何尺寸計(jì)算表進(jìn)行全面調(diào)整，確保接觸軌平順、無死點(diǎn)、無硬彎。

2 膨脹接頭異常磨耗原因分析及整治

（1）高架接觸軌每隔75 m 設(shè)置1 組膨脹接頭。根據(jù)接觸軌熱脹冷縮計(jì)算公式估算，設(shè)接觸軌所處環(huán)境的極限最高溫度為tmax，極限最低溫度為tmin，接觸軌的熱膨脹系數(shù)為α，標(biāo)準(zhǔn)錨段長(zhǎng)度L，在極限環(huán)境溫度時(shí)的變化量為ΔL，則ΔL=α（tmax-tmin）L（設(shè)計(jì)時(shí)取tmax為42.6 ℃，tmin為-27.4 ℃）。北京地鐵燕房線接觸軌設(shè)計(jì)給出接觸軌的膨脹系數(shù)（線脹系數(shù)）為不大于20.16×10-6℃-1，根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)報(bào)告，實(shí)際膨脹系數(shù)為17.2×10-6℃-1。將最大膨脹系數(shù)20.16×10-6℃-1代入公式，可以得出每個(gè)錨段長(zhǎng)度在極限環(huán)境溫度時(shí)的極限變化量ΔL 為105.8 mm，小于兩個(gè)錨段間的膨脹接頭補(bǔ)償余量200 mm，故200 mm 補(bǔ)償量完全能夠滿足要求。而目前存在個(gè)別膨脹接頭存在夏季頂死，冬季伸縮量不足等問題，其主要原因是施工時(shí)未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)溫度要求預(yù)留膨脹接頭間隙。

整治方法是根據(jù)設(shè)計(jì)溫度要求，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的膨脹接頭間隙，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際間隙值對(duì)比，檢查其是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。如果不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，應(yīng)根據(jù)單點(diǎn)膨脹接頭間隙超標(biāo)情況，現(xiàn)場(chǎng)查看前后膨脹接頭是否有余量可調(diào)整。如果無法直接調(diào)整，則必須通過插入接觸軌的方式進(jìn)行調(diào)整。如果膨脹接頭間隙成段偏大，則可以通過竄動(dòng)接觸軌的方式成段調(diào)整，成段調(diào)整后通過插入接觸軌的方式進(jìn)行處理。所以在建設(shè)過程中一定要由熟悉標(biāo)準(zhǔn)的施工負(fù)責(zé)人，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工。運(yùn)營(yíng)單位在接管時(shí)也要加強(qiáng)該方面的驗(yàn)收檢查，防止為后期運(yùn)營(yíng)工作埋下隱患。

（2）膨脹接頭滑塊夾板螺栓扭矩不符合標(biāo)準(zhǔn)。膨脹接頭共有3 條螺栓，為滿足膨脹接頭伸縮要求，中間螺栓扭矩標(biāo)準(zhǔn)一般要大于兩側(cè)螺栓扭矩2 倍。而維修養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)往往不注重螺栓扭矩，作業(yè)后不能及時(shí)對(duì)扭矩進(jìn)行檢測(cè)，從而使螺栓扭矩不符合標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致膨脹接頭滑塊伸縮不均勻。所以，在日常養(yǎng)護(hù)維修時(shí)必須利用力矩扳手對(duì)照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求調(diào)整膨脹接頭處扭矩，使其符合設(shè)計(jì)要求。

（3）膨脹接頭滑塊內(nèi)側(cè)處夾有異物，從而導(dǎo)致其無法正常伸縮。維修養(yǎng)護(hù)部門要根據(jù)年度檢查或維修計(jì)劃，對(duì)膨脹接頭進(jìn)行拆解檢查，對(duì)膨脹接頭滑塊進(jìn)行清理，確保無異物，防止其伸縮受影響。

（4）接觸軌中心錨節(jié)安裝位置及數(shù)量錯(cuò)誤。根據(jù)設(shè)計(jì)要求在兩個(gè)膨脹接頭接觸軌中間設(shè)置中心錨節(jié)1 對(duì)，對(duì)于大于20‰的坡度可增加1 對(duì)中心錨節(jié)。在實(shí)際施工安裝中心錨節(jié)時(shí)，未將中心錨節(jié)設(shè)置在中間位置，將導(dǎo)致膨脹接頭兩側(cè)伸縮量不一致或一側(cè)無法伸縮。所以，必須將中心錨節(jié)調(diào)整至兩膨脹接頭中間位置，并在溫度變化時(shí)對(duì)存在離縫或歪斜中心錨節(jié)進(jìn)行調(diào)整，防止因?yàn)橹行腻^節(jié)導(dǎo)致伸縮不均勻或伸縮量不足問題。

3 冬季防護(hù)罩拉斷原因分析及整治

（1）防護(hù)罩拉斷的后果非常嚴(yán)重，如果運(yùn)營(yíng)期間防護(hù)罩拉斷導(dǎo)致脫落，會(huì)造成高速行駛列車的受流器損壞，影響運(yùn)營(yíng)安全。防護(hù)罩拉斷病害發(fā)生的時(shí)間主要集中在冬季，主要原因是由于膨脹接頭間隙未按照標(biāo)準(zhǔn)值預(yù)留，在冬季溫差變化的影響下，加上個(gè)別防護(hù)罩存在細(xì)微裂紋未及時(shí)更換，尤其是橋梁梁縫附近的膨脹接頭，預(yù)留間隙值時(shí)未考慮受橋梁梁縫處伸縮變化影響，使冬季膨脹接頭伸縮量不滿足伸縮要求，導(dǎo)致個(gè)別薄弱位置防護(hù)罩拉斷。膨脹接頭預(yù)留間隙值除考慮溫度影響外，還必須將梁縫變化數(shù)值進(jìn)行考慮，尤其是在連續(xù)梁的梁縫處。可通過當(dāng)?shù)販夭?、接觸軌膨脹系數(shù)并結(jié)合梁縫變化數(shù)值，對(duì)梁縫附近膨脹接頭設(shè)置合理的間隙值。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮梁縫變化因素，在連續(xù)梁縫處附近安裝的膨脹接頭應(yīng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，將該位置膨脹接頭的伸縮量適當(dāng)加大，以減少運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。入冬前，對(duì)存在問題的防護(hù)罩及時(shí)進(jìn)行更換。

（2）防護(hù)罩搭接量不足。一是由于個(gè)別位置防護(hù)罩需要切割加工，切割時(shí)未垂直切割，導(dǎo)致上部搭接、側(cè)面未搭接，形成虛搭接，造成水平與鉛垂面的垂直公差較大，或搭接量不符合要求。冬季接觸軌受溫度變化影響，導(dǎo)致防護(hù)罩拉斷。二是由于搭接螺栓孔處存在裂紋未及時(shí)更換，導(dǎo)致防護(hù)罩拉斷。所以插入的防護(hù)罩搭接量必須符合設(shè)計(jì)要求，或搭接量不得少于75 mm，對(duì)搭接量不符合要求的必須及時(shí)進(jìn)行更換。冬季要將防護(hù)罩列為重點(diǎn)檢查項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)存在裂紋的應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

（3）在膨脹接頭處，由于防護(hù)罩伸縮量與膨脹接頭伸縮量不匹配造成防護(hù)罩?jǐn)嗔选Ｒ话闩蛎浗宇^有200 mm 的伸縮量、防護(hù)罩有400 mm 的伸縮量，由于安裝時(shí)未考慮該因素，容易導(dǎo)致伸縮量不匹配。例如膨脹接頭還有100 mm 的伸縮量，而防護(hù)罩僅剩余50 mm的伸縮量，導(dǎo)致膨脹接頭伸縮時(shí)因防護(hù)罩伸縮量不足而造成拉斷。所以，不論是施工過程中還是維修過程中，都必須調(diào)整膨脹接頭及防護(hù)罩的伸縮量，使其相互匹配，確保伸縮量滿足實(shí)際要求。

（4）日常養(yǎng)護(hù)維修不到位。沒有整體、有計(jì)劃地對(duì)防護(hù)罩螺栓進(jìn)行定期復(fù)緊，導(dǎo)致螺栓扭矩不足，使列車運(yùn)行的振動(dòng)導(dǎo)致螺栓脫落。根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)，每年應(yīng)對(duì)防護(hù)罩螺栓進(jìn)行全面復(fù)緊一次，確保扭矩達(dá)標(biāo)，防止螺栓松動(dòng)導(dǎo)致防護(hù)罩脫落。對(duì)復(fù)緊后的螺栓進(jìn)行劃線標(biāo)識(shí)，確保螺栓松動(dòng)脫落能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

（5）在地鐵運(yùn)營(yíng)中或搶修時(shí)間緊張的情況下，如果發(fā)現(xiàn)防護(hù)罩拉斷導(dǎo)致脫落情況，可在拉斷處臨時(shí)安裝1 個(gè)絕緣支架或直接將拉斷防護(hù)罩拆除，以減少對(duì)運(yùn)營(yíng)工作的影響，待運(yùn)營(yíng)結(jié)束后再對(duì)其進(jìn)行更換處理。

4 接觸軌個(gè)別軌縫偏大原因分析及整治

（1）接觸軌軌端不齊。個(gè)別地段需要通過插入端軌的方式進(jìn)行聯(lián)結(jié)，而切割時(shí)未垂直切割，會(huì)導(dǎo)致軌端不垂直，聯(lián)結(jié)后存在軌端下部貼死，上部存在軌縫偏大的情況。所以接觸軌切割時(shí)必須采用專用鋸軌機(jī)具，切口應(yīng)方正平直。如果存在切斜的情況，必須使用角磨機(jī)打磨，將軌端磨平，確保軌端緊密貼合。

（2）接觸軌接頭處夾板螺栓孔存在擴(kuò)孔的情況。由于安裝時(shí)未設(shè)置好卡具或螺栓孔距測(cè)量錯(cuò)誤，導(dǎo)致螺栓無法穿入，而通過擴(kuò)孔的方式進(jìn)行強(qiáng)行安裝，造成螺栓孔大于標(biāo)準(zhǔn)孔徑的1～2 倍。如果螺栓扭矩不足或受溫度變化的影響，容易導(dǎo)致軌縫偏大。一旦發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象，必須通過更換接觸軌的方式進(jìn)行處置。

（3）鋼鋁復(fù)合接觸軌鋼鋁錯(cuò)位。錯(cuò)位會(huì)造成上部鋼帶存在離縫，下部鋁軌密貼。針對(duì)該問題，必須對(duì)錯(cuò)位部位進(jìn)行切割，并通過插入接觸軌的方式進(jìn)行永久處理。

5 接觸軌支座歪斜原因分析及整治

（1）中心錨節(jié)未按正確位置安裝，未安裝在膨脹接頭中間。中心錨節(jié)不居中會(huì)導(dǎo)致在環(huán)境溫度變化時(shí)一側(cè)拉力過大，造成支座歪斜，所以中心錨節(jié)必須設(shè)置在兩膨脹接頭中間位置或設(shè)計(jì)要求位置。支座如果長(zhǎng)期偏斜，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致支座裂紋或失效。在日常工作中，必須重視歪斜支座，及時(shí)調(diào)整安裝錯(cuò)誤或不符合設(shè)計(jì)要求的中心錨節(jié)。

（2）鋪設(shè)接觸軌時(shí)，錨固螺栓孔存在偏斜的情況。錨固螺栓孔偏斜會(huì)造成支座歪斜無法調(diào)整，整治方法是對(duì)錨固螺栓預(yù)埋套管，利用水鉆取出，并將尼龍?zhí)坠芪恢弥匦骂A(yù)埋，方可徹底根治該問題。

（3）車站岔區(qū)支座未按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋尼龍?zhí)坠?。未設(shè)置好穩(wěn)固的支座基礎(chǔ)，會(huì)導(dǎo)致支座不牢固，進(jìn)而造成偏斜，所以岔區(qū)接觸軌支座必須按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置穩(wěn)固的支座基礎(chǔ)。對(duì)已經(jīng)開通運(yùn)營(yíng)而未設(shè)置穩(wěn)固支座的接觸軌，應(yīng)納入改造計(jì)劃，增加接觸軌支座穩(wěn)固基礎(chǔ)，防止支座偏斜。

（4）絕緣支座錨固失效或螺栓扭矩不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致支座歪斜。在日常工作中，要定期對(duì)錨固螺栓進(jìn)行檢查，對(duì)失效錨固螺栓采用水鉆的方式取出失效尼龍?zhí)坠懿⒗弥步钅z進(jìn)行錨固，定期對(duì)錨固螺栓進(jìn)行復(fù)緊，并利用力矩扳手進(jìn)行檢測(cè)，確保扭矩達(dá)標(biāo)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)地鐵接觸軌常見病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行總結(jié)分析，并提出整改措施。地鐵運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員在日常的養(yǎng)護(hù)維修工作中，必須了解設(shè)備的變化規(guī)律，掌握設(shè)備的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合季節(jié)變化合理制定設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃，進(jìn)行周期性的養(yǎng)護(hù)維修，才能保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)病害時(shí)，首先要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等進(jìn)行分析，找出病害產(chǎn)生的具體原因，并制定有針對(duì)性的整治計(jì)劃，確保設(shè)備質(zhì)量符合設(shè)計(jì)、規(guī)范的要求。并積極與設(shè)計(jì)人員溝通，提出合理化建議，促進(jìn)接觸軌設(shè)備的設(shè)計(jì)及維養(yǎng)水平不斷提升。