地铁接触轨曲线段施工技术研究

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  摘要:地铁接触轨曲线段施工技术是关于地铁接触轨曲线段施工工艺方面的一个专项性研究成果,目前全世界有60多个城市的地铁采用了接触轨供电方式。该技术主要应用于地铁曲线段接触轨施工测量及安装,是以现场施工实际为基础,结合设计规范要求,通过现场测量、数学建模、科学计算,最终形成了简单灵活,操作方便的实用工法。
  关键词: 地铁接触轨施工
  中图分类号:U231文献标识码: A
  一、前言:接触轨是将电能传输到地铁和城市轨道交通系统电力牵引车辆上的装置。它是一种古老的电力牵引车辆供电形式,早在1891年就有接触轨雏形的产生。二十世纪前半个世纪一直只使用钢接触轨,二十世纪中期以后对钢接触轨的材质进行了改进,形成所谓的“铁接触轨”实际上是进行了材质变化,降低了杂质,加入了提高导电性的元素,单位电阻得到了降低。随着地铁和城轨交通事业的发展,面对接触轨大电流,轻型化的要求,70年代末出现了一种新型的接触轨-钢铝复合接触轨,德国在1978年建成了世界上第一段钢铝复合轨, 近几年我国地铁或城铁也因为钢铝复合轨的传输电流大,重量轻,安装方便而广泛应用.
  二、施工工艺流程及操作要点
  1.1工艺流程
  接触轨施工主要工艺流程如下图1-1所示:
  
  
  
  
  图1-1地铁接触轨施工工艺流程图
  
  1.2 操作要点
  1.2.1施工测量
  1.纵向测量
  以车站中心标、道岔岔心或设计图纸标明的测量起点开始测量;根据起测点里程和施工图纸定位点里程,定测出第一个定位点的位置,用粉笔在钢轨轨腹上做好标记,并注明锚段号和绝缘定位号及相关说明;按施工图纸上的跨距数据,沿钢轨依次测量并标记各支架定位位置,曲线上沿曲线外侧钢轨进行测量;一个整锚段(指从一个膨胀接头到另一个相邻的膨胀接头或从一个膨胀接头到相邻的端部弯头的距离)测量后,对此锚段进行复核,无误后继续进行测量;测量出各定位点位置后,用红油漆在钢轨侧面和轨枕上作出清晰明显的标记。技术要求:测量前应对起测点基桩进行复核,确保起测点的正确性;应使用钢卷尺进行测量,严禁使用皮卷尺,以保证测量的精确度;曲线上应沿曲线外轨进行测量,并适当增加跨距测量值;测量中悬挂定位点如遇到道床伸缩缝或其他障碍物时,根据设计原则,合理调整相邻跨距,并做好记录。
  2.横向测量
  将接触轨综合测量仪中心线对齐钢轨上的纵向测量标记,并将其垂直于轨道中心线放置;用接触轨综合测量仪测出绝缘支架底座锚固螺栓孔位的中心位置,在道床上标记出该中心点,记为“X”,同时,在接触轨综合测量仪上读数,记录该处道床或轨枕平面距轨面的高度;在曲线区段利用测量仪、水平尺和钢卷尺测出轨道外轨超高,并记录该值;用专用测量模板定位标记出钻孔位置;用红油漆标记孔位位置。
  3.技术要求
  运用接触轨综合测量仪,确保定测精度;使用时测量仪放于轨面上,横向垂直于支架定位处轨道中心线放置,道尺挡板抵紧钢轨内缘,专用仪器定位棒与钻孔孔位中心重合,将定位棒放下,按设计限界来确定绝缘支架底座在道床或轨枕上的位置,同时利用定位棒上的标尺测出轨枕平面距轨面的高度,专用仪器定位棒垂直于两轨面连线,其垂直偏差不大于1‰;接触轨综合测量仪精度精确到1mm;测量定位时应避开道床伸缩缝、道床连接缝、预留电缆沟、预埋钢管、预留防迷流铜接线母排等位置,同时应严格遵守最大设计偏移量、最大设计跨距值等设计原则;膨胀元件处、端部弯头处绝缘支架定位点严格按纵向定位标记定测;定位测量时使用钢筋探测仪,探测出定位点处的钢筋分布情况,以使钻孔孔位避开钢筋位置;制作出和支架底座孔位相同、孔径与钻孔孔径相同的各种专用模板,并标出中心线;定测时,测量划出底座中心线位置,并套模确定出钻孔孔位。
  4.注意事項
  在测量时,注意观察线路能否满足接触轨安装的限界及高度要求,观察沿线是否有可能影响接触轨安装和侵入接触轨限界的设备存在。
  1.2.2绝缘支架底座及绝缘支架安装
  地下道床区段:( C20混凝土抹平)
  首先按图中尺寸要求在道床上打孔安装胀锚螺栓,打孔方向与走行轨轨顶面连线相垂直,胀锚螺栓安装后,先在每个胀锚螺栓上拧一个螺母,调整四个螺母使其同在一个平面(与走行轨面连线平行),然后用强度等级不低于C20的细石混凝土抹成平台,其表面与调整好的螺母顶面等高平齐,待混凝土凝固及强度等级达到要求后,再安装支架底座。但混凝土抹平层最大厚度不超60mm。
  1.螺栓钻孔安装
  钻孔:技术人员根据测量数据,编制钻孔技术要求,施工班组检查核对现场标记的各类数据无误后,准备好冲击钻、专用钻头和钻孔模板。以施工测量时标记在道床上的基准点(线),套用钻孔模板,核查钻孔孔位。使用钢筋探测仪探测钻孔范围内是否有钢筋,以便适当调整避开钢筋。先套模板在孔位上钻出3~5mm的凹槽,取下模板, 1人持冲击电钻开始钻孔,并保持钻头垂直于安装平面,1人握吹尘器将尘屑吹向无人侧。后切底式螺杆锚栓采用专用钻头,达到钻孔深度后,钻头挡板即抵住道床或轨枕平面,以钻头加粗部分为支点进行环状旋转,对钻孔底部进行锥形扩削,形成柱锥钻孔。
  清孔:先用清孔毛刷、清孔气囊彻底清除孔屑及孔内杂物。
  2.锚栓安装
  将后切底锚栓放入孔中,使用专用安装工具将锚栓膨胀套管推至低于混凝土表面至1~2mm,露出蓝色标记,即表示锚栓已安装到位。
  3.技术要求:
  套模钻孔,4个孔位的底座应使用特制模板,套模钻孔。模板是底座板孔的“克隆”品(孔位一致、孔径与钻孔孔径相同),标有底座中心线。钻孔前,模板中心线与测量中心线对准。选用规定规格的钻头或专用钻头,严禁使用大于或小于规定直径的钻头,代替标准直径钻头钻孔。严格按设计孔深和角度进行钻孔,确保孔位不发生偏斜。严禁使用比规定孔深长或短的钻头。钻孔时应避开道床伸缩缝、道床连接缝、预留电缆沟、预埋钢管、预留防迷流铜接线母排等位置,定位原则要求到接逢边缘距离应能满足螺栓受力要求。
  3.底座安装一次到位
  接触轨下接触安装方式要求:接触轨中心线与相邻走行轨内缘距离为700±5mm,接触轨轨平面与走行轨轨平面平行且距离为160±5mm。那么底座安装就必须满足这一条件。下面参看绝缘支架底座安装示意图(图1.2.2-1)加以说明:
  经过认真仔细的分析研究,我们发现接触轨中心线的投影与绝缘支架底座外孔中心线(a)相重合,也就是说只要调整外孔中心线a与相邻走行轨内缘的精确距离为700mm,那么就可以完全保证接触轨安装后只需通过微调绝缘支架长孔就可以了。绝缘支架底座一次安装到位,不再作任何调整。
  4.绝缘支架安装
  将装配好的整体绝缘支架利用轨道作业车运至施工现场,逐点对号按设计图纸要求安装。采用道尺检查,调整使竖向安装垂直于轨面, 绝缘支架应安装牢固,部件安装正确齐全紧固,各螺栓使用扭矩扳手按规定力矩紧固,安装符合厂家说明书配装及螺栓紧固力矩要求。
  技术要求:对于支架底座、整体绝缘支架要根据安装类型选择不同的形式。底座与整体绝缘支架及各连接部件安装要牢靠稳固,安装调整好的绝缘支架应垂直于轨平面。所有调节孔位均应居中安装,以保证充分的调节余量。预配件、零部件中所有螺栓均应采用力矩扳手紧固,用于配合紧固的扳手应为专用扳手。
  整体绝缘支架安装前应放在纸箱内搬运,底座和整体绝缘支架运输及安装时应轻拿轻放,严禁使用金属器具敲击,调整时应使用橡胶锤轻轻推进就位,防止损伤绝缘支架表面,影响支架的机械强度和电气性能。
  
  图1.2.2-1:底座安装示意图
  
  1.2.3曲线段接触轨安装
  1.端部弯头安装
  确定端部弯头的安装位置,将端部弯头安装于绝缘支架上,安装紧固接触轨扣件,用临时锚固夹具在绝缘支架处两端将接触轨端部弯头卡住,防止在接触轨安装过程中顺线路移动。
  1)高速端部弯头安装
  接触轨下接触式高速端部弯头全长6254mm,斜率1:50,从340mm处开始抬高,端部要求抬高140mm,切点处抬高115mm,由两个支撑点支撑,要求第一支撑点(a)距接轨处为1000mm,第二支撑点(b)距端部为1754mm,第一与第二支撑点距离为3500 mm(见图1.2.3-1)。
  由于端部弯头的抬高需由两个绝缘支架支撑点来配合完成,而绝缘支架又是靠底座支撑的,那么,支撑点的高度实际就是绝缘支架高度加上底座高度,我们暂用H表示。假设与端部弯头相连接的接触轨的H值为δ,那么,通过精确计算端部弯头第一支撑点(a)的H值为Ha=δ+13.2mm; 第二支撑点(b)的H值为Hb=δ+83mm。
  可以通过调换底座型号以及增加垫片等方式一次性满足上述要求,避免施工中反复调试的烦琐劳动,充分提高工作效益。
  2)低速端部弯头安装
  低速端部弯头全长3954mm,斜率1:30,从340mm处开始抬高,端部要求抬高140mm,切点处抬高115mm,由一个支撑点支撑,要求支撑点(a)与端部距离为1200mm。(见图1.2.3-2)。
  同样设与端部弯头相连接的接触轨的H值为δ,通过计算得出支撑点(a)的H值为Ha=δ+80.5mm。仍然用调换底座和增加垫片来满足其要求。
  掌握了端部弯头支撑点H值的准确数值,安装起来心中有数,施工应用得心应手。
  2.曲线段接触轨安装
  下面重点阐述接触轨在隧内整体道床曲外段、曲内段安装时测量轨长度与接触轨锚段长度不对应的问题,以及换算的办法。
  1)曲外接触轨安装(参看图1.2.3-3)
  图中,a代表接触轨锚段长度,b代表与a相对应的测量轨锚段长度,R代表测量轨曲线半径(公式中单位为m)。通过计算得出以下公式:
  曲外计算公式:(测量轨)b=a()
  2)曲内接触轨安装(参看图1.2.3-4)
  图中,a代表接触轨锚段长度,b代表与a相对应的测量轨锚段长度,R代表测量轨曲线半径(公式中单位为m)。通过计算得出以下公式:
  曲内计算公式:(测量轨)b=a()
  综合以上分析、计算表明,无论走行轨曲线半径为何值,只要给定接触轨锚段长度值,我们都能通过公式【曲外:b=a()、曲内: b=a()】计算出相应的测量轨的长度(公式中单位为m,r为圆心角)。并且,以上公式适用于接触轨在任何道床上的安装。
  计算步骤: 1)(曲外)参看图1.2.3-3
   b = a =
   =b=a( )
  2)(曲内)参看图1.2.3-4
   b=a =
  =b=a( )
  
  图1.2.3-1:高速端部弯头安装示意图
  
  
  图1.2.3-2:低速端部弯头安装示意图
  
  
  图1.2.3-3:曲外接触轨安装示意图
  
  
  图1.2.3-4:曲内接轨安装示意图
  
  
  需要注意的是曲外接触轨测量时,其测量轨的曲线半径是变化的:如果沿钢轨的内缘测量,上述公式无需改动;如果沿钢轨的外沿测量,测量轨半径R就应加上钢轨的宽度,同时公式中的0.7也要相应的减去钢轨的宽度。总之,施工技术人员应根据施工现场的实际情况,灵活掌握公式的应用。
  3.膨胀接头安装
  1)用数字温度计读出安装接触轨处的环境温度读数,根据膨胀接头安装曲线查出膨胀接头预留间隙值,调整膨胀接头间隙使其满足温度曲线。
  2)调整好膨胀接头,使用木块和临时夹具固定,不使间隙值在安装外力的情况下发生变化。
  3)彻底清洁接触面,涂导电脂,使用千斤顶将膨胀接头调至与相邻接触轨平齐,调整膨胀接头与相邻接触轨平齐,对接面密贴、平顺后,按接触轨对接安装程序,安装中间接头。
  4)膨胀接头安装在绝缘支架上后用临时固定夹具对膨胀接头进行固定,防止膨胀接头在安装接触轨过程中顺线路移动和补偿间隙值发生变化。一个锚段安装完后立即将中锚安装固定,保证膨胀接头的正常伸缩。
  5)膨胀接头出厂时,间隙δ1与δ2完全闭合(见图1.2.3-5),此时长度为4m;膨胀接头安装后,其长度为:(=4+δ1+δ2)。
  6)接触轨在测量时,膨胀接头的预留间隙是根据当时的气温而定的,可是在接触轨安装时的气温却不一定与测量时的气温一致,导致安装时膨胀接头的实际间隙与测量时的预留间隙不相吻合,温度差异较大时,从安装曲线图上可以看出,间隙值的误差将达到10cm左右,这是不能允许的。
  通过以上分析,我们发现接触轨安装时,不仅受气温的影响,而且与阳光的照射也有关系(阳光照射时,接触轨的轨温变高),采取的措施如下:
  (1)接触轨测量与安装的间隔时间尽量缩短。
  (2)选择接触轨安装的气候条件与测量时的气候情况相近。
  (3)分析、判断现场施工条件,争取在测量组测量的同时,及时安装绝缘支架底座等,接触轨安装作业组随后跟进。
  
  图1.2.3-5膨胀接头工作原理示意图
  
  
  4.接触轨调整
  1)接触轨调整:调整各定位点接触轨受流面至轨平面的高度为:160±5 mm,接触轨中心至相邻走行轨内缘的距离为700±5 mm。
  2)接触轨工作面调整:调整整体绝缘支架,检测接触轨接触面与走行轨轨面平行,避免接触轨面发生偏磨现象。
  3)膨胀接头、端部弯头调整:精细调整膨胀接头、端部弯头处高度和侧面限界值,细调接触面平行度,保证使集电靴能够平滑、顺畅滑动。
  4)膨胀接头、端部弯头处检测:利用接触轨测量仪、水平尺、钢卷尺、游标卡尺等检测膨胀接头、端部弯头的各项参数,对不合格者进行调整。
  5)绝缘距离检查:接触轨带电体距接地体的绝缘距离应满足设计要求,测量、检查接触轨带电体与周围接地体及其他设备的绝缘距离是否满足设计要求,对不合格者查找其原因,通知相关各方到现场处理解决问题。
  6)限界检查:检查有无其他设备侵入接触轨限界,一旦发现问题,属接触轨安装部分的及时处理,属其他设备侵入接触轨限界的,及时反馈给相关人员,妥善解决。
  5.防爬器(中心锚节)安装
  1)位置定测:接触轨调整到位后,按施工图纸中锚位置,沿接触轨测定出中心锚结防爬器位置。
  2)根据以前确定的中心锚结支撑的位置将锚结固定在绝缘支撑的两边,安装后要保证锚结与绝缘支撑紧密接触,然后安装M12螺栓、尼龙螺母和垫圈,最后拧紧,使扭距达到75Nm。
  1.2.4防护罩安装
  1.防护罩支撑卡安装
  防护罩支撑卡直接卡在接触轨上,每隔约500 mm放置一个(在支撑点处对称放置),将防护罩支撐卡均匀安装于接触轨上,将其摆正、装好。
  2.防护罩加工
  按接触轨实际跨距测量并计算所需接触轨防护罩长度,按该长度、用专用防护罩切割工具截取防护罩,各切口要磨平且保证防护罩在加工过程中无损坏。
  3.防护罩安装
  防护罩通过防护罩支撑卡覆盖在接触轨上,在绝缘支架、电连接等处防护罩的安装选用特殊的防护罩形式。先安装接触轨防护罩,然后安装电连接接线板防护罩、绝缘支架防护罩,并保证其紧扣于防护罩支撑卡上。防护罩搭接应紧密,安装稳固,搭接长度不小于200 mm,搭接点要有支撑卡支撑。
  检查已安装的防护罩,看是否有防护罩没完全卡入防护罩支撑块的,防护罩接头是否完好,各种类型的防护罩是否安装匹配,防护罩有无损坏等.
  三、结语
  地铁接触轨曲线段施工工法的研究与应用解决了曲线段接触轨安装与测量不对应现象、端部弯头支撑点的抬高值及膨胀接头预留间隙的准确性问题。具有施工测量数据化、计算方法微机化、接触轨预配工厂化、施工工艺标准化的特点,极大的提高了施工的效率,使工艺流程更为科学合理,是一项值得加以推广应用的施工技术。
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