石济客专设计运行速度250km/h,正线采用全补偿弹性链型悬挂(JTMH120+CTS150),额定张力20kN+25kN。接触线高度为5500mm,结构高度1600mm。接触网施工的主要流程如下:接口检查验收→支柱、硬横梁(吊柱)安装→附加线架设→腕臂计算参数测量→腕臂计算→腕臂预配运送安装→承力索架设(中锚安装)→弹吊初始安装→接触线架设→定位安装→补偿装置调整→(临时悬挂s钩)→承力索高度及跨距测量→吊弦计算、制作及安装→弹吊及定位装置调整→电连接等其他零件设备安装。误差的产生是伴随整个施工流程的,有些误差是人为可控的,有些误差是不可避免的,在施工中应尽量减少误差,达到控制质量的目的。本文对产生误差的重点施工环节进行讨论。
1 支柱、吊柱及腕臂底座安装
支柱整正时,力矩、斜率应当达标,若不达标、斜率超标,可能导致在后续工作中支柱发生较大形变,受力不平衡,造成支柱内倾、外倾或顺线路倾斜,使得后续工作产生误差。对于吊柱腕臂底座力矩不达标,可能会使悬挂后吊柱走形或下滑,甚至造成事故。
双腕臂底座安装力矩必须达到标准值,防止在接触网架设后发生形变。特别是曲线关节转换柱处力矩很大,若双腕臂底座力矩不达标,会引起腕臂底座不水平,发生形变导致后续工作中接触线高度发生变化。
2 腕臂支持装置误差
2.1 腕臂计算数据采集
2.1.1 限界测量
普通中间柱限界测量采用全站仪利用站前CPⅢ桩测量,精度mm级。为减小误差可测量两次,取两次测量数据的平均值为测量值。关节双腕臂可能存在支柱拧面情况。
2.1.2 测量斜率
测量斜率时先将经纬仪镜头瞄准支柱顶部内沿,一人配合,将测量尺放在距柱底800mm处,测量其内倾斜值,则其斜率=倾斜值/剩余柱高。
2.1.3 标高测量
测量时采用全站仪,通过线路参数和站前CPⅢ桩数据测量出轨面红线位置。注意曲线段的线路参数以低轨高程为准,但轨面高度需考虑半个超高。标高测量关系到底座安装位置。现场部分基础标高相差较大,通常调整安装腕臂上下底座调节孔位置。如现场测量出来基础相对轨面的标高为300mm,而按照设计值推算相对标高为185mm为标准,则说明基础面离轨面更低。因此,只有升高上、下底座安装高度,达到控制承力索高度,满足结构高度的目的,移动底座需计算人员注明并为安装人员指出,防止安装时仍然按照技术标准中的正常情况安装。
2.2 腕臂计算
在计算腕臂时需要输入数据有:跨距、限界、斜率、各拉出值、结构高度,接触线高度及线路参数。计算出现的误差一般为数据输入错误、线材张力选择错误、附加荷载(包括电连接、中锚等)加载重量及位置错误。其中,线路参数就包括该锚段的坡度情况及曲线情况。拉出值的输入应当根据设计图纸来选择。计算时,若腕臂测量参数中的任意一个数据不正确,则整套腕臂均会发生较大变化,从而与实际情况不符。
3 吊弦计算
3.1 吊弦计算数据测量
测量数据包含跨距、承力索高度、拉出值、超高。在测量如此繁多的数据时,最可能出现的人为错误有:测量数据读数误差、记录数据写错、电子输入数据时错误,以上各种错误均会导致计算人员按照错误数据进行计算,造成错误结果。因此,在数据测量及计算时,必须进行检查核对。在测量时也可以通过两个人记录数据,电子数据输入时进行核对。计算人员应当记住一些常识性数据,以便发现错误数据,要求重新测量核对。
3.2 吊弦计算修正
因曲线测量时是测量承力索拉出值,而实际情况承力索与接触线存在一定偏角,因此在计算吊弦过程中需要修正拉出值,如图1所示。
承力索拉出值的修正值见式(1):
(1)
式中,β为曲线外轨超高引起的倾角。
承力索修正拉出值为:a1=a2±b,曲外取“-”,曲内取“+”。
a1-接触线实际拉出值;a2-承力索测量拉出值;H-结构高度
图1 吊弦计算修正
3.3 加载负荷
在吊弦计算过程中需预考虑各种线夹设备重量引起的偏差,如中锚、电连接等负荷引起的变化。中锚绳、电连接及线夹重量需要实际测量,以免加载的重量与实际不符合,导致接触线高度不合适,从而更换吊弦,导致返工,造成浪费。
3.4 计算结果数据检查
计算结果检查很重要,输出数据显示吊弦长度及布置。可根据一般情况下的数据进行核对。如吊弦长度最大及最短都有规定,吊弦基本上不会出现2.151m以上情况,为计算错误。因此,在计算完成后必须检查数据是否正确合理,然后才能发送预配数据至预配中心,从而减少返工,避免材料浪费。
4 腕臂、吊弦预配及安装
在加工预配时,最容易出现的情况是读数错误,包括读取预配表单数据时人为主观地读取错误,将一些预配数据读错。再则是标尺本身误差以及在标尺上测量时人为造成的误差。
中心料库按照计算结果加工预配。紧固力矩必须达标,零件相对位置必须要准确。石济客专全线按照250km/h速度设计,在运行过程中各零件受到的震动比较频繁、剧烈。若力矩不达标,很可能导致在频繁的震动中腕臂结构发生形变,受力不均匀,出现事故。若零件相对位置不满足要求,那么腕臂整体结构受力也不均匀。因此,在预配过程中应当严格按照技术标准实施,杜绝预配产生的误差。
在腕臂安装时,在安装过程中会产生一系列问题,改变底座安装位置或改变底座间距。考虑曲线情况下绝缘关节弓形定位安装而升底座,或有横跨建筑物而降低高度的情况,而以上变动却在实际安装中并没有遵循计算结果。安装人员必须根据计算人员标注的结果表单里面的文字记录,确认现场是否升降底座安装位置,从而达到控制腕臂定位支座高度、定位器开口及坡度的目的。吊弦安装时,应当注意吊弦安装的起始杆号,如吊弦编号13#~15#,那么吊弦必须从13#支柱往15#支柱方向从第一根开始安装。因线路等情况吊弦布置间距测量应当在接触线上从定位点开始,间距测量精确到mm,尽可能地减小误差。
在区间较多的情况下,杆号肯定有重合的现象,因此很有可能发生A区间的腕臂装在B区间杆子上的情况。在运输及安装时,必须保护好腕臂及吊弦上的标签。
5 弹性影响
弹性链形悬挂施工关键的环节和难点在于弹性吊索的安装调整,弹性吊索安装调整达到标准值才能保证弹性悬挂点与跨中的弹性一致,降低接触线的弹性不均匀度,保证受电弓受流良好。弹性吊索的安装需采用专用张力装置进行。承力索放线24h后,根据温度及腕臂偏移曲线表进行腕臂偏移调整,确认无误后方可安装弹性吊索,弹性吊索预安装在承力索鞍子位置固定处,从中心锚节向两侧安装,半个锚段内只允许一组人员预安装,先安装靠近中锚结一侧,再安装下锚侧,弹性吊弦初安装张力为2.5kN。
若在施工时腕臂偏移未正确调整到相应位置,由于温度的变化,腕臂偏移,则弹性吊索位置也会发生相应的移动,与计算值发生冲突,使接触线高度调整不出来,吊弦不受力,产生严重偏差。因此,在安装时应严格按照腕臂偏移温度曲线表执行。
因吊弦长度是根据测量数据、承导设计张力以及各种负载(中锚线夹、吊弦线夹、电连接线夹及相关引线等)计算出来的,因此现场弹吊张力对接触线高度的影响巨大。实验证明:弹性吊索张力正确与否对定位点点两边接触线的高度和弹性有明显的影响,越小于(或大于)额定张力时,定位点处的弹性越小(越大),定位点附近的接触线高度降出现明显的正(负)驰度。
图2 弹性吊索张力小于理论计算值
由图2可见,弹性吊索张力<理论计算值,跨中接触线高度增高,出现正驰度;定位点位置接触线高度降低,出现负驰度。
图3 弹性吊索张力大于理论计算值接触线高度情况
由图3可见,弹性吊索张力>理论计算值,跨中接触线高度降低,出现负驰度;定位点位置接触线高度增高,出现正驰度。
图4 弹性吊索张力不均匀
图4中,第一个定位点张力大,第二个定位点张力小,第三个定位点张力大,依次后面弹性吊索张力皆不均匀。因此,为避免弹吊张力引起的接触网高度发生较大变化,导致受电弓受流不均匀,弹性吊索张力必须严格按照施工工艺进行,否则出现返工,增大工作难度。
6 结语
综上所述,本文对安装力矩、测量、计算、预配及弹吊张力调整进行了简单分析,而在实际施工流程中存在许多引起误差的原因,如测量数据不准确、腕臂偏移未按照温度变化曲线表调整、弹吊及吊弦安装位置偏差较大、补偿棘轮卡滞、补偿坠砣加载不正确等,因此施工中的每一道工序均要按照工艺进行,尽量减小误差范围。
参考文献
[1]李凯.BIM在接触网工程施工深化设计中的应用研究[J].铁路技术创新,2015,(6).
[2]王哲浩.高速铁路接触网工程高精确度施工技术探讨[J].铁道标准设计,2011,(3).
收稿日期:2018-05-31
作者简介:刘晓辉(1975-),男,河北石家庄人,中铁电气化局集团第一工程有限公司高级技师,研究方向:铁路电气化接触网。