中鐵七局 電務(wù)工程有限公司 郭 峰

140 km/h隧道弓形腕臂懸掛驗收技術(shù)方案的編制與實施

中鐵七局 電務(wù)工程有限公司 郭 峰

由中鐵七局電務(wù)公司承建的黔貴鐵路ZH1標電氣化接觸網(wǎng)工程，以柳州站（含）為起點，泗亭站（含）為終點，起止里程為K0+000～K306+600 km，線路正線長306 km。筆者所在項目部負責南寧鐵路局站后一標段施工，該標段橋隧密集，有隧道66條，隧道施工是重點、難點。加之該標段地質(zhì)情況復(fù)雜，山高坡陡，屬喀斯特地貌和貴州高原相結(jié)合地形，工程任務(wù)十分艱巨。

黔貴線140 km/h隧道內(nèi)懸掛采用的是中鐵第二勘測設(shè)計院和中鐵電化局寶雞器材廠聯(lián)合研制設(shè)計的國產(chǎn)化的單支撐腕臂懸掛定位方式（簡稱弓形腕臂）。弓形腕臂的檢驗驗收在國內(nèi)尚屬首次，沒有標準的檢驗驗收標準，項目部在負責編制技術(shù)驗收方案和組織實施的過程中，通過與中鐵第二勘測設(shè)計院和中鐵電化局寶雞器材廠工程師共同研究，制定了符合國產(chǎn)單支撐腕臂懸掛定位方式的檢驗驗收方案，并通過了南寧鐵路局建設(shè)指揮部和南寧鐵路局相關(guān)運營單位的認可，在2007年3月27日成功進行了檢驗驗收工作，使得單支撐腕臂懸掛定位方式最終得以在黔貴線正式使用。

一、弓形腕臂懸掛檢驗驗收組織實施概況

2008年3月27日，由中國中鐵七局電務(wù)公司黔桂電化項目經(jīng)理部組織，南寧鐵路局建設(shè)指揮部、南寧鐵路局總工辦、南寧鐵路局機務(wù)處、鐵道部第二勘測設(shè)計院、南寧鐵路局柳州供電段、中原鐵路建設(shè)監(jiān)理公司等有關(guān)部門30多位專家和單位負責人對威明隧道140 km/h隧道接觸網(wǎng)弓形腕臂結(jié)構(gòu)方式進行檢查驗收。這是國內(nèi)首次獨立設(shè)計、研發(fā)、施工和驗收140 km/h弓形腕臂的安全性和可靠性，驗收方案的制訂及實施過程由筆者所在單位負責。

筆者所在的項目部在參考德國西門子公司設(shè)計的弓形腕臂在渝懷線的驗收方案和電氣化工程局寶雞器材廠產(chǎn)品圖紙的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵道部第二勘測設(shè)計院設(shè)計要求以及《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》TB10421–2003中的有關(guān)要求，在兼顧驗收施工安裝質(zhì)量和廠家產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，編制了驗收方案。該方案共三部分，第一部分是對現(xiàn)場已經(jīng)安裝的懸掛點進行抽檢，重新驗算其測量、計算、安裝及產(chǎn)品加工尺寸的準確性；第二部分是在靜止狀態(tài)下，受電弓對各固定點的安全距離進行測量檢測；第三部分是對弓形腕臂整體安裝調(diào)整完成后，在列車高速運行時，當受電弓出現(xiàn)極限擺動情況下弓形腕臂是否碰撞其固定結(jié)構(gòu)零件進行檢測。本文，筆者主要分析了編制和組織實施140 km/h隧道接觸網(wǎng)弓形腕臂結(jié)構(gòu)方式的檢查驗收過程，以期對同行有所參考。

二、140 km/h隧道國產(chǎn)接觸網(wǎng)弓形腕臂結(jié)構(gòu)方式簡介

目前，在國內(nèi)電氣化鐵路單線隧道內(nèi)，接觸網(wǎng)采用的為水平懸掛方式，這種懸掛方式在我國的應(yīng)用已超過30 a。實際運營情況表明，該懸掛方式穩(wěn)定可靠，適用于中、低列車運行，隨著我國鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展，主要干線的列車運行速度大幅度提高，在這種情況下，傳統(tǒng)的懸掛方式已經(jīng)不能適應(yīng)列車運行的需要。列車提速后，受電弓震動量變大，原定位部分的棒式絕緣子已經(jīng)伸到受電弓的工作范圍內(nèi)，成為安全隱患，2000年以前，弓形腕臂的懸掛方式在日本、英國、法國、瑞士等國家被大量采用，2004年在渝懷鐵路上，我國引進了西門子公司的第一代弓形腕臂，積累了一定的施工安裝和運行經(jīng)驗。西門子公司對弓形腕臂的設(shè)計、生產(chǎn)、和檢驗驗收全程負責，國內(nèi)僅負責弓形腕臂的安裝工作和安裝驗收完成后的使用，由于國外公司技術(shù)保密，我國企業(yè)僅積累了一定的安裝經(jīng)驗。中鐵電氣化工程局寶雞器材廠對國外產(chǎn)品進行了技術(shù)吸收和改進，完成了產(chǎn)品的國產(chǎn)化，到目前為止，對弓形腕臂安裝成型后的檢驗驗收在國內(nèi)還是空白。

鑒于國內(nèi)尚沒有針對性的檢驗驗收標準，黔桂線的建設(shè)單位南寧鐵路局要求中鐵七局電務(wù)工程有限公司編制檢驗驗收方案并由筆者所在單位負責組織實施。檢驗驗收地點為黔貴線打場至南丹區(qū)間的威明隧道，試驗錨段全長1 754 m，由隧道外南丹車站21號桿起錨至威明隧道內(nèi)17號下錨，威明隧道內(nèi)共33個懸掛點，隧道外共14個懸掛點，試驗段內(nèi)包括了140 km/h直線段和曲線段，同時包括中心錨節(jié)和補償下錨等典型設(shè)計安裝形式，隧道凈空高度6 650 mm。隧道內(nèi)接觸網(wǎng)采用全補償簡單鏈型懸掛，承力索采用THJ95銅合金絞線，承力索張力15 kN，接觸導(dǎo)線采用CTHA120型銅合金導(dǎo)線，導(dǎo)線張力15 kN。接觸線懸掛點高度5 750 mm，結(jié)構(gòu)高度530 mm，采用可調(diào)節(jié)式整體吊弦。

三、已安裝懸掛點的抽檢

1.試驗檢驗工具。主要用到的工具及其數(shù)量見表1。

表1 試驗檢驗工具

檢查驗收工作是對施工單位和廠家產(chǎn)品的綜合檢驗，在檢驗前，首先要對施工安裝定位和廠家腕臂加工生產(chǎn)程序進行理論數(shù)據(jù)的檢查和驗收，并對施工過程中的相關(guān)測量進行復(fù)測。在隧道內(nèi)單支撐腕臂的計算首先需要保證承力索座頂部距隧道頂部的絕緣距離和腕臂外露端距離另一側(cè)隧道壁的絕緣距離符合設(shè)計要求。為保證安裝、調(diào)整一次到位，腕臂預(yù)制需要列出拉出值、定位器型號的選擇、接棒瓶端的腕臂切割長度、腕臂外露端的切割長度、承力索座U形環(huán)距腕臂上水平刻劃線的距離、定位器底座U形環(huán)距腕臂上斜邊刻劃線的距離。隧道內(nèi)但支撐彎臂懸掛定位的安裝方式如圖1所示，各零部件的連接如圖2所示。

需要測量的數(shù)據(jù)包括定位點隧道壁距棱鏡的水平距離L，隧道底座相對于豎直方向的夾角α及打點處距離軌面的高度h。首先，需要計算出底座的測量點到線路中心的水平距離，這需要分部計算出底座、棒瓶的水平長度和彎曲型腕臂兩刻劃線的水平距離，再根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出檢測需要的數(shù)據(jù)。

1.腕臂底座部分的計算。底座結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)圖3中的幾何關(guān)系可求出CH的長度。經(jīng)測量可知，AB＝270 mm，DB＝CQ＝90 mm，GH＝113.5 mm，F(xiàn)P＝30 mm，∠BAG＝α。則有CF＝90/cosα，BE＝90tanα，EF＝30/cosα，AF＝AB－BE－EF；FG＝AF sinα＝（270－90tanα－30/cosα）sinα，CH＝CF＋FG＋GH＝90/comα＋（270－90tanα－30/cosα）sinα＋113.5。

2.棒瓶部分的計算。棒瓶結(jié)構(gòu)如圖4所示，棒瓶結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系如圖5所示。

由圖4和圖5計算出MN和NT的長度，有

MN＝KM tan30°＝80 tan30°＝46.2 mm。

NT＝750cos30°＝649.5 mm。

3.彎曲型腕臂部分的計算。彎曲型腕臂各結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系如圖6所示。

V和U均在腕臂的刻劃線上，設(shè)U在水平刻劃線上，V在斜邊刻劃線上，普通定位用的彎曲型腕臂L1＝600 mm，L2＝1 210 mm，R＝500 mm。彎曲型腕臂連接到棒瓶的長度為85 mm，需要求出IJ和VW的長度。I點是棒瓶與腕臂的連接處。根據(jù)圖6的幾何關(guān)系可知，IJ＝（L1－85）cos30°＝446 mm，UV＝2（R sin15°）＝258.8 mm，VW＝UV cos15°＝250 mm，UW＝UV sin15°＝67 mm。

4.匯總計算程序。根據(jù)如下公式組進行匯總計算。

由式（1）可以確定ΔL1的長度，同時也就確定了t3和定位器底座U形環(huán)距斜邊刻劃線的距離L1′，再根據(jù)t3確定定位器的型號，確定ΔL2。該公式在施工中基本上能確保安裝調(diào)整一次到位。

5.注意事項。在現(xiàn)場驗收過程中，要注意以下事項。

（1）下錨處承力索座與下錨接觸線斜拉線棒的絕緣距離要符合《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》TB10421–2003中有關(guān)絕緣安全距離的要求。

（2）定位器底座處的頂緊螺栓起限位作用，需調(diào)整限位螺栓的位置，保證定位器的抬升在100 mm范圍內(nèi)起到限位作用。

（3）絕緣錨段關(guān)節(jié)檢查工作支和非支安裝位置要正確。

四、靜止狀態(tài)下受電弓對各固定點的安全距離的測量檢測

1.接觸網(wǎng)的靜特性和動特性分析。主要包括以下幾個方面：接觸線的高度（最高高度及最低高度）、在運行中接觸懸掛的彈性性能及受電弓的實際運行軌跡、接觸線的高度變化曲線、沿跨距內(nèi)接觸線和受電弓間的接觸壓力、接觸懸掛–受電弓振動系統(tǒng)的最大振幅、接觸懸掛和受電弓的接觸狀態(tài)（離線情況）、受電弓的靜態(tài)特性和動態(tài)特性、接觸線拉出值及偏移值、在錨段關(guān)節(jié)及道岔處接觸線的相對位置、特殊硬點測量等。

2.檢測具體事項。根據(jù)弓形腕臂結(jié)構(gòu)的檢驗要求，主要對接觸線的高度（最高高度及最低高度）、在運行中接觸懸掛的彈性性能及受電弓的實際運行軌跡、接觸線的高度變化曲線、接觸懸掛–受電弓振動系統(tǒng)的最大振幅、接觸懸掛和受電弓的接觸狀態(tài)、受電弓的靜態(tài)特性和動態(tài)特性、接觸線拉出值及偏移值及在錨段關(guān)節(jié)及道岔處接觸線的相對位置，進行測量檢測。

3.現(xiàn)場檢測時，作業(yè)車在運行過程中，由運營單位負責人隨機命令停車，指定懸掛點對弓形腕臂各點距離固定接地體的安全距離進行測量，并添表簽認，作為檢查原始記錄。在靜態(tài)測量中，按照《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》TB10421–2003中的有關(guān)要求，設(shè)計制作了140 km/h隧道內(nèi)懸掛檢驗驗收記錄，需記錄的具體內(nèi)容見表2。

表2 140 km/h隧道內(nèi)懸掛檢驗驗收記錄的具體內(nèi)容

通過動態(tài)和靜態(tài)檢查驗收，弓形腕臂各項檢測參數(shù)均滿足規(guī)范要求。

五、安裝調(diào)試后弓形腕臂安全性檢驗

由于威明隧道目前尚未開通，故使用模擬受電弓對整體安裝完成的弓形腕臂進行靜態(tài)試驗，但僅能檢測出靜態(tài)情況下，弓形腕臂與受電弓的弓網(wǎng)關(guān)系以及受電弓對固定接地體的安全距離。在列車速度達到140 km/h的情況下，受電弓振動量大，在受電弓極限位置，即受電弓向上振動120 mm、左右擺動250 mm的情況下，受電弓必須保持平穩(wěn)運行，不能剮碰到弓形腕臂的任何位置，特別是定位環(huán)。為了盡可能模擬出受電弓在動態(tài)運行的情況下的弓網(wǎng)關(guān)系，筆者在現(xiàn)場設(shè)計制作了受電弓動態(tài)包絡(luò)線，模擬出在受電弓極限工作的情況下，受電弓距離弓形腕臂各接近點的極限距離，并進行了記錄；通過試驗測量，在電力機車以設(shè)計最高速度140 km/h運行時，受電弓沒有剮碰到弓形腕臂的任何位置，證明了弓形腕臂的結(jié)構(gòu)方式滿足在受電弓極限工作的情況下的安全運營。

六、結(jié)論

由中鐵七局電務(wù)公司黔貴電化項目經(jīng)理部組織驗收的威明隧道內(nèi)接觸網(wǎng)單支撐腕臂懸掛（弓形腕臂）新技術(shù)于2008年3月27日通過了專家組的驗收。這標志著中鐵七局電務(wù)公司黔貴線接觸網(wǎng)工程填補了一項重要的國內(nèi)施工驗收技術(shù)空白。隧道內(nèi)單支撐腕臂懸掛的試驗成功，不僅解決了國外新工藝在國產(chǎn)化后檢驗驗收的標準問題，也為今后同類施工檢驗驗收提供了經(jīng)驗和參考驗收標準。