郭奉迎

0 引言

安裝旋轉(zhuǎn)腕臂時(shí)需根據(jù)安裝時(shí)的環(huán)境氣溫和“承力索旋轉(zhuǎn)腕臂安裝曲線”確定其偏移量。根據(jù)《鐵路電力牽引供電隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10075-2000）》規(guī)定：“隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)氣溫應(yīng)依據(jù)隧道長(zhǎng)度及該錨段在隧道內(nèi)的長(zhǎng)度確定。當(dāng)2/3錨段長(zhǎng)度及以上位于長(zhǎng)度大于2 000 m的隧道內(nèi)時(shí)，設(shè)計(jì)氣溫可按比隧道外接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)氣溫最低值高5℃，最高值低10℃取值；其余情況可以與隧道外接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)氣溫取為一致。隧道內(nèi)接觸網(wǎng)的最高計(jì)算溫度宜為所取最高設(shè)計(jì)氣溫的 1.5倍。”按該規(guī)定計(jì)算得出的安裝曲線，在隧道凈空較富裕、隧道內(nèi)錨段長(zhǎng)度又較合理的情況下是可行的。但對(duì)于一些特殊情況，按規(guī)定方式計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)際情況可能存在一些差別。本文就幾種特殊情況進(jìn)行分析與計(jì)算。

1 隧道內(nèi)部特殊情況與工程案例

1.1 隧道內(nèi)部特殊情況

（1）隧道凈空較緊張或特定地理?xiàng)l件下的隧道。

（2）當(dāng)對(duì)隧道進(jìn)行缺陷（襯砌厚度不足、襯砌背后脫空等）整治，需占用相當(dāng)一部分凈空（如達(dá)萬(wàn)線采用加套襯方式進(jìn)行缺陷整治）。

（3）隧道內(nèi)預(yù)留的下錨位置使錨段過長(zhǎng)。

由于隧道內(nèi)氣溫的變化并不是線性的，距離隧道口近的懸掛點(diǎn)溫度變化范圍大些，反之則小些。因此，準(zhǔn)確計(jì)算與評(píng)估隧道空間內(nèi)因承力索伸縮造成的旋轉(zhuǎn)腕臂的偏移量，精準(zhǔn)確定腕臂偏移范圍，確定預(yù)留凈空在順線路方向的寬度，為準(zhǔn)確設(shè)計(jì)承力索懸掛高度以及腕臂等接觸網(wǎng)部件與拱璧之間的絕緣距離提供可靠的理論數(shù)據(jù)是很有必要的。

1.2 工程案例

達(dá)萬(wàn)線分水寺隧道全長(zhǎng)4 745.47 m，按預(yù)留下錨位置，進(jìn)入隧道的第一錨段長(zhǎng)度為2 058 m，中心錨結(jié)左側(cè)長(zhǎng)度為1 000 m，其中隧道外有218 m，隧道內(nèi)有782 m；右側(cè)長(zhǎng)度為1 058 m，全在隧道內(nèi)。隧道內(nèi)大部分區(qū)段需進(jìn)行缺陷整治，整治措施是在隧道拱部加套襯層，套襯層厚度根據(jù)缺陷程度確定為200或300 mm，因此造成接觸網(wǎng)的安裝空間大大壓縮。經(jīng)多方案（如水平懸掛、剛性懸掛等）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，決定采用“弓形腕臂”懸掛承力索、定位絕緣子定位接觸線的方案，安裝示意圖略。

2 承力索伸縮引起的腕臂偏移量計(jì)算

2.1 計(jì)算條件

根據(jù)達(dá)萬(wàn)線電氣化改造工程中接觸網(wǎng)初步設(shè)計(jì)規(guī)定，氣象條件如下：

（1）隧道外。最高溫度為40℃；最低溫度為-5℃；最高計(jì)算溫度為40×1.5 = 60℃；腕臂和定位器無(wú)偏移時(shí)的溫度為27.5℃。

（2）長(zhǎng)大隧道內(nèi)（隧道長(zhǎng)度在2 000 m及以上）。根據(jù)隧道外氣溫確定，最高溫度為30℃；最低溫度為 0℃；最高計(jì)算溫度為 30×1.5=45℃；腕臂和定位器無(wú)偏移溫度為22.5℃。

（3）由于隧道內(nèi)氣溫的變化并不是線性的，根據(jù)“通化（2009）1008”《隧道內(nèi)全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈形懸掛安裝圖》，隧道內(nèi)溫度變化曲線如圖1所示。

圖1 隧道口至隧道內(nèi)7 500 m處溫度變化曲線圖

該曲線是在蘭（州）武（威）鐵路烏鞘嶺隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中經(jīng)對(duì)隧道內(nèi)氣溫的實(shí)測(cè)資料，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道內(nèi)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)參考文獻(xiàn)，由中外專家共同確定的。

2.2 特殊控制點(diǎn)的偏移量計(jì)算

2.2.1 隧道內(nèi)第一錨段的右側(cè)半錨段偏移量

由于隧道口第一錨段的中心錨結(jié)遠(yuǎn)離隧道口780 m以上，右側(cè)半錨段全部位于隧道內(nèi)，溫度變化范圍較小，其偏移量按《鐵路電力牽引供電隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10075-2000）》進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果是偏于保守的，在此不作過多討論。

2.2.2 隧道內(nèi)第一錨段的左側(cè)半錨段偏移量

由于隧道口第一錨段中心錨結(jié)左側(cè)半錨段的環(huán)境差別較大，隧道外有218 m，隧道內(nèi)有782 m，總長(zhǎng)度為1 000 m。從隧道外到隧道內(nèi)782 m范圍內(nèi)，溫度的變化量是不同的，是一個(gè)非線性的變化過程，如果只考慮某一種情況，計(jì)算是不精確的，有可能給工程安全帶來(lái)潛在的不安全因素。

（1）按常規(guī)方式計(jì)算隧道進(jìn)口處1#懸掛點(diǎn)的偏移量。該懸掛點(diǎn)距中心錨結(jié)780 m，按常規(guī)方式計(jì)算，即

式中，b為旋轉(zhuǎn)腕臂偏移量；L為懸掛點(diǎn)至中心錨結(jié)距離，取值為780 m；線脹系數(shù)α取值為17×10-6（1/℃）；Δt為實(shí)際溫度與腕臂無(wú)偏移時(shí)溫度之差，按隧道內(nèi)計(jì)算條件，即最高計(jì)算溫度=（+40-10）×1.5=45℃，最低計(jì)算溫度=-5+5=0℃；腕臂無(wú)偏移溫度=45/2=22.5℃（計(jì)算時(shí)取為 23℃）；θ =0.000 6（考慮新線蠕變是較短期過程，在懸掛調(diào)整時(shí)已基本達(dá)到正常狀態(tài)，故在計(jì)算中暫不考慮該影響）。

將上述條件代入式（1），計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 隧道入口處1#懸掛點(diǎn)處腕臂偏移量與溫度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

（2）利用溫度變化曲線計(jì)算1#懸掛點(diǎn)處承力索最大伸縮量。將中心錨結(jié)至1#懸掛點(diǎn)（共780 m）分成若干小段，并將“隧道內(nèi)氣溫變化曲線”在CAD中放大，然后查溫度變化曲線得到各小段的最高和最低設(shè)計(jì)溫度（平均值），以各小段的溫度變化范圍計(jì)算出該小段承力索最大伸縮量，將各小段的伸縮量累計(jì)到1#懸掛點(diǎn)處，得到該點(diǎn)的最大伸縮量，見表2。

（3）確定定位器無(wú)偏移溫度。根據(jù)表 2，右側(cè)半錨段各小段的“定位器無(wú)偏移溫度”計(jì)算值見表3。

從表3可知，右側(cè)半錨段各小段的定位器無(wú)偏移溫度接近 25℃，故可將定位器無(wú)偏移溫度設(shè)定為25℃。此時(shí)，1#懸掛點(diǎn)在最高溫度時(shí)腕臂偏移量數(shù)值見表4。

表2 隧道口至中心錨結(jié)處各小段范圍內(nèi)承力索伸縮量及累計(jì)伸縮量數(shù)值表

表3 定位器無(wú)偏移溫度計(jì)算值表

表4 1#懸掛點(diǎn)在最高氣溫時(shí)腕臂偏移量數(shù)值表

3 結(jié)論

綜上所述，可得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)表4計(jì)算值繪制成安裝曲線后可知，在長(zhǎng)大隧道內(nèi)，靠近隧道口區(qū)段，由于氣溫變化與距隧道口的距離呈非線性變化關(guān)系。因此，在同一大氣溫度情況下，各懸掛點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)偏移量與距離中心錨結(jié)長(zhǎng)度的關(guān)系，并不是按常規(guī)計(jì)算方法得到的線性關(guān)系，而是非線性關(guān)系。

（2）根據(jù)計(jì)算得到的最大偏移量，確定在隧道缺陷整治（加套襯）區(qū)段安裝弓形腕臂處，對(duì)凈空給予適當(dāng)預(yù)留，其范圍確定為順線路方向左右各800 mm是合理的。

即，800 - 305 = 495 mm＞300 mm（空氣絕緣距離），考慮新線初伸長(zhǎng)和施工誤差，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗟兀ㄆ渲小?05 mm”見表1）。

（3）從表 3可以看到，各計(jì)算段最高計(jì)算溫度與最低計(jì)算溫度的平均值都接近 25℃。因此，可將達(dá)萬(wàn)線長(zhǎng)大隧道內(nèi)（2 000 m及以上）定位器無(wú)偏移溫度確定為25℃。

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[2]TB10075-2000 鐵路電力牽引供電隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2000.

[3]劉長(zhǎng)利，田志軍，宮衍圣.隧道內(nèi)接觸網(wǎng)槽道式基礎(chǔ)的預(yù)埋設(shè)計(jì)[J].電氣化鐵道，2006z：33-37.

[4]董昭德.接觸網(wǎng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

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[7]TB/T3111-2005 中華人民共和國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).