馬 君
(中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 建設(shè)部,高級(jí)工程師,廣西 南寧 530029)
焦柳鐵路屬邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工的“三邊工程”,建于20世紀(jì)70年代,設(shè)計(jì)速度120km/h,2018年開(kāi)展電氣化改造。該鐵路隧道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,隧道內(nèi)漏水等病害現(xiàn)象嚴(yán)重,改造空間小,隧道凈空低,最低僅6152mm,接觸網(wǎng)懸掛困難。
在既有內(nèi)燃牽引低凈空隧道電氣化改造項(xiàng)目中,接觸網(wǎng)一般采用小結(jié)構(gòu)高度的鏈形懸掛,根據(jù)隧道凈空高度壓縮接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度,達(dá)到滿足內(nèi)燃牽引區(qū)段隧道建筑限界的目標(biāo);或者直接去掉承力索,采用異型支撐結(jié)構(gòu),如黎湛電化工程燕子坡梁低凈空隧道采用的“人字形”簡(jiǎn)單懸掛。焦柳鐵路若采用小結(jié)構(gòu)高度鏈形懸掛,受凈空低影響,需對(duì)隧道局部進(jìn)行擴(kuò)挖方能滿足絕緣要求,由于該線路建成年代較早,隧道病害多,不容擴(kuò)挖,該方案行不通;若借鑒黎湛電化“人字形”采用最基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單懸掛,由于沒(méi)有承力索,接觸網(wǎng)彈性均勻度差,速度受到限制,需限速80km/h,限速區(qū)段分散,總長(zhǎng)達(dá)20公里,而焦柳鐵路原設(shè)計(jì)速度120km/h,限速則大幅度影響運(yùn)輸效率,此方案亦有不妥之處。為能滿足上述兩點(diǎn),必須應(yīng)用非常規(guī)懸掛類型。
通過(guò)對(duì)城市地下軌道交通接觸網(wǎng)剛性懸掛系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn),剛性懸掛在滿足接觸網(wǎng)物理絕緣、電氣性能要求的同時(shí),運(yùn)營(yíng)速度能達(dá)到焦柳鐵路要求。參考城市地下軌道交通剛性懸掛系統(tǒng),形成焦柳鐵路低凈空隧道接觸網(wǎng)懸掛方案,可確保焦柳電化工程順利完成。
鏈形懸掛為現(xiàn)在接觸網(wǎng)最常用的懸掛方式,通過(guò)吊弦懸掛在承力索上,承力索懸掛于支柱的支持裝置上,使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點(diǎn),利用調(diào)整吊弦長(zhǎng)度,使接觸線在整個(gè)跨距內(nèi)對(duì)軌面的距離保持一致。鏈形懸掛減小了接觸線在跨距中間的弛度,改善了彈性,增加了懸掛重量,提高了穩(wěn)定性,可以滿足電力機(jī)車高速運(yùn)行取流的要求,如圖1所示。
圖1 簡(jiǎn)單鏈形懸掛示意圖
優(yōu)點(diǎn):(1)工程改造完成后,可以滿足120km/h既有運(yùn)營(yíng)速度,對(duì)未來(lái)運(yùn)輸效率無(wú)影響。
(2)屬常規(guī)懸掛,與其他區(qū)段接觸懸掛方式相同,運(yùn)營(yíng)維護(hù)難度小。
缺點(diǎn):(1)鏈形懸掛包含承力索和接觸線,由于焦柳鐵路隧道存在凈空低的先天不足,最低達(dá)到6152mm,焦柳鐵路設(shè)計(jì)接觸線與軌面最低導(dǎo)高5400mm,最低凈空在壓縮承力索與接觸線之間的結(jié)構(gòu)高度后,較難滿足承力索與隧道壁的絕緣距離,為運(yùn)營(yíng)留下調(diào)整空間余量較小,安全隱患大。
(2)焦柳鐵路建造時(shí)間早,受施工技術(shù)條件影響,多數(shù)隧道斷面成形不規(guī)則,圓弧率不標(biāo)準(zhǔn),常規(guī)腕臂懸掛絕緣距離很難通過(guò)調(diào)整滿足,需在懸掛點(diǎn)處進(jìn)行開(kāi)挖,對(duì)隧道破壞大,并且在施工期間需對(duì)線路進(jìn)行限速,施工工期長(zhǎng),施工期間對(duì)運(yùn)輸效率干擾大。
以黎湛鐵路燕子坡隧道人字形簡(jiǎn)單懸掛為例,兩懸掛點(diǎn)間距10m,定位點(diǎn)間距不大于40m。人字形簡(jiǎn)單懸掛兩埋入桿間距1.34m,在其埋入桿上分別經(jīng)過(guò)連接調(diào)整板安裝仿1300型硅橡膠絕緣子,兩絕緣子間用加長(zhǎng)滑動(dòng)管相連,在滑動(dòng)管上裝有滑動(dòng)環(huán),經(jīng)梯形板連接硅橡膠絕緣子,通過(guò)定位線夾實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸線的懸掛。如圖2所示。
圖2 黎湛鐵路燕子坡隧道簡(jiǎn)單懸掛示意圖
優(yōu)點(diǎn):(1)無(wú)需對(duì)隧道進(jìn)行擴(kuò)挖處理,能夠滿足導(dǎo)高和絕緣要求。
(2)工程影響范圍小、施工難度低,施工周期短。
(3)與本線其他區(qū)段接觸懸掛方式差異較小,運(yùn)營(yíng)維護(hù)難度相對(duì)較小。
缺點(diǎn):簡(jiǎn)單懸掛雖然優(yōu)點(diǎn)較多,通過(guò)去掉承力索解決了隧道凈空低、絕緣距離不足的先天不足,但由于沒(méi)有了承力索,一是接觸網(wǎng)彈性均勻度差,速度受到限制,需限速80km/h開(kāi)通,而既有焦柳鐵路運(yùn)營(yíng)速度120km/h,涉及改造隧道總長(zhǎng)約20公里,分散在近百公里線路上,若都限速,對(duì)運(yùn)輸效率影響較大;二是需增加供電能力補(bǔ)強(qiáng)內(nèi)容,彌補(bǔ)取消承力索造成的電氣缺口。
剛性懸掛接觸網(wǎng)是將接觸線鑲嵌在匯流排中的一種懸掛方式,廣泛應(yīng)用于隧道截面相對(duì)較小的城市地鐵接觸網(wǎng)中,匯流排起著傳送電能和固定接觸線的作用,如圖3所示。懸掛點(diǎn)8米一處,每節(jié)匯流排長(zhǎng)12米,通過(guò)中間接頭連接成整體。整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)錨段組成,每個(gè)錨段長(zhǎng)約300米,錨段與錨段之間通過(guò)膨脹接頭相連接。各錨段的主體是由標(biāo)準(zhǔn)的匯流排接續(xù)而成,并在每個(gè)錨段的中心位置都設(shè)有中心錨結(jié)裝置,防止匯流排順線路方向發(fā)生串動(dòng)。剛性懸掛如圖4所示。
圖3 匯流排橫截面示意圖
圖4 剛性懸掛示意圖
優(yōu)點(diǎn):與簡(jiǎn)單懸掛類似,通過(guò)去掉承力索,為上部空間留出了較大的余量,解決了隧道凈空低、絕緣距離不足問(wèn)題。但與簡(jiǎn)單懸掛不同,剛性懸掛接觸線包含在剛性匯流排中,通過(guò)分布較為密集的懸掛點(diǎn)固定,避免了簡(jiǎn)單懸掛接觸網(wǎng)彈性均勻度差的缺陷,可以滿足120km/h既有運(yùn)營(yíng)速度,工程改造完成后,對(duì)運(yùn)輸效率無(wú)影響。
缺點(diǎn):(1)施工難度大,施工周期略長(zhǎng)。
(2)與本線其他區(qū)段接觸懸掛方式差異較大,運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理難度較大。
表1為方案對(duì)比表。
表1 方案對(duì)比表
通過(guò)方案對(duì)比、論證,最終選擇方案三剛性懸掛作為焦柳鐵路低凈空隧道改造方案。該方案對(duì)隧道破壞小,能夠滿足導(dǎo)高和絕緣要求,改造完成后對(duì)運(yùn)輸效率無(wú)影響。但施工難度相對(duì)常規(guī)懸掛方式較大,施工周期略長(zhǎng),需強(qiáng)化安全管控措施,加強(qiáng)施工組織。本項(xiàng)目所用的剛性懸掛在國(guó)內(nèi)屬第一次大規(guī)模應(yīng)用,還需結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)及靜、動(dòng)態(tài)驗(yàn)收暴露出的問(wèn)題,在實(shí)踐過(guò)程中形成運(yùn)營(yíng)、檢修、應(yīng)急搶修規(guī)程等指導(dǎo)性意見(jiàn),彌補(bǔ)該方案運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理難度較大的弱勢(shì)。
2020年4月12日晚,首件試裝在彭莫山隧道開(kāi)展,在3小時(shí)天窗點(diǎn)內(nèi)共完成180米接觸網(wǎng)剛性懸掛匯流排安裝,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核,整體技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。2020年8月底完成全部工程,長(zhǎng)度共20公里。
2020年9月24日,第一次開(kāi)展120km/h動(dòng)態(tài)檢測(cè),檢測(cè)共發(fā)現(xiàn)一級(jí)硬點(diǎn)共35個(gè)。9月25日至9月28日,集中力量對(duì)膨脹關(guān)節(jié)及中間接頭進(jìn)行了調(diào)整。9月29日檢測(cè),一級(jí)硬點(diǎn)降到9個(gè),減少26個(gè)。經(jīng)整改,在10月14日動(dòng)態(tài)檢測(cè)中,原9個(gè)處所硬點(diǎn)全部消缺。
2020年11月進(jìn)行月度例行動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí),新出現(xiàn)硬點(diǎn)10個(gè),經(jīng)分析,原因?yàn)槭芗竟?jié)轉(zhuǎn)換,溫度變化較大影響,膨脹接頭產(chǎn)生形變量較大,引起膨脹關(guān)節(jié)處部分調(diào)整不到位的部件出現(xiàn)位置偏差,產(chǎn)生卡滯,影響線路平順性。反應(yīng)出剛性懸掛脫離地鐵全封閉、溫差小的良好環(huán)境,在國(guó)鐵應(yīng)用過(guò)程中存在適應(yīng)性問(wèn)題,需加大調(diào)整力度及精度。為此,對(duì)全線進(jìn)行全面排查,查看膨脹接頭刻度尺與溫升曲線進(jìn)行對(duì)比,判斷膨脹接頭有無(wú)卡滯現(xiàn)象,對(duì)存在卡滯的處所進(jìn)行懸掛點(diǎn)調(diào)整或更換產(chǎn)品處理。截止目前,運(yùn)行情況較好。
不同于新建鐵路線路,既有鐵路改造經(jīng)常會(huì)碰到新工程標(biāo)準(zhǔn)與舊建設(shè)條件不匹配的情況,若采用常規(guī)保守方案來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)苛刻的施工條件,往往會(huì)在其他方面有所將就。若想找到一個(gè)最優(yōu)方案,需敢于創(chuàng)新,酌情研究采用非常規(guī)方案,對(duì)于可能出現(xiàn)的問(wèn)題,采取措施、彌補(bǔ)不足,提高適應(yīng)性即可,以達(dá)到最優(yōu)化解決問(wèn)題的目的。
本項(xiàng)目借鑒城市地鐵懸掛系統(tǒng),采用的剛性懸掛在路內(nèi)屬第一次大規(guī)模應(yīng)用,結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)及月度動(dòng)態(tài)檢測(cè)暴露出的問(wèn)題,摸索完善了適用于國(guó)鐵項(xiàng)目的剛性懸掛施工方案,為后期集團(tuán)公司益湛線電氣化改造乃至全國(guó)其他各老舊隧道電化改造提供了寶貴經(jīng)驗(yàn);在實(shí)踐過(guò)程中逐漸形成的相關(guān)維護(hù)經(jīng)驗(yàn),為全路制定剛性懸掛運(yùn)營(yíng)、檢修及應(yīng)急搶修規(guī)程提供了寶貴參考。