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刚性悬挂接触网设计若干技术问题探讨
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内容提示： 结合工程实际,对改建铁路焦柳线石门北至怀化段扩能工程隧道内刚性悬挂接触网设计中遇到的若干问题进行探讨,提出设计原则,对解决工程设计中的实际问题和丰富刚性悬挂接触网的设计经验,提高工程质量有一定的意义。
摘 要 结合工程实际,对改建铁路焦柳线石门北至怀化段扩能工程隧道内刚性悬挂接触网设计中遇到的若干问题进行探讨,提出设计原则,对解决工程设计中的实际问题和丰富刚性悬挂接触网的设计经验,提高工程质量有一定的意义。（参考《建筑中文网》）
关键词 隧道 刚性悬挂 接触网设计
刚性悬挂接触网是我国近几年从国外引进的一种新型悬挂类型,广州地铁二号线刚性悬挂接触网已于2003年6月建成并投入运行。干线铁路25kV接触网也开始了试验和局部采用。无论从理论分析还是从实际运行情况来看,刚性悬挂具有比较明显的特点和优势。改建铁路焦柳线石门北至怀化段(以下简称石怀段)扩能工程有6座隧道内需设锚段关节,既有隧道改造困难大,造价高,采用刚性悬挂不失为一个好的解决方案。
1 刚性悬挂的形式
地铁设计规范指出刚性悬挂架空接触网用T形或Π型汇流排。Π型汇流排采用铝合挤压制造,单根长度可达12m以上,采用接头板和螺栓连接满足任意长度要求。汇流排通过对材料的优化设计,巧妙利用其弹性,通过专用放线小车可方便地架设和夹紧接触线,比T形汇流排采用螺栓和夹板夹紧接触线更为方便和可靠。Π型汇流排具有技术的成熟性和先进性,广州地铁二号线、三号线和宝兰线(宝鸡—兰州)25kV试验段以及石怀段隧道试验段的刚性悬挂接触网均采用了Π型汇流排。Π型和T形汇流排示意如图1所示。
2 悬挂定位安装方式
刚性悬挂定位安装方式有垂直和悬臂悬挂定位2种。如何选定刚性悬挂接触网的悬挂定位安装,应根据隧道净空高度和断面情况,考虑安装结构简单可靠。
地铁1500V刚性悬挂接触网采用垂直悬挂定位方式安装结构比悬臂悬挂定位方式结构简单,可靠性高。但在悬臂悬挂定位方式下绝缘子受弯矩较大。广州地铁二号线选用了垂直悬挂定位方式。25kV干线铁路刚性悬挂接触网采用垂直悬挂定位安装方式和悬臂悬挂定位安装方式均可。
石怀段几座隧道为既有隧道,断面形式为ZSOO01,是不同心的3段圆弧构成的尖拱隧道,净空高度不相等,为6390~7080mm,接触线高度确定为5700mm,列车运行速度为80~120km/h。设计了2种安装方式。
(1)垂直悬挂定位安装方式。采用角钢焊接底座,隧道顶部安装,用4根螺栓调整接触线的空间位置,适用隧道净空高度为6390~6700mm;当隧道净空高度为6700~7080mm时,需改用厚度为400mm角钢焊接底座。
(2)悬臂悬挂安装形式。在距受电弓中心线650mm的隧道顶部安装吊柱,采用通用的高强度瓷质支柱绝缘子或硅橡胶棒形绝缘子倾斜悬臂悬挂刚性悬挂,采用300~1000mm长度的吊柱,可适用隧道净空高度为6390~7080mm,通过悬臂偏离垂直受电弓方向安装,适应拉出值在±150mm范围变化的需要。
考虑到石怀段隧道净空高度低于6450mm的悬挂定位点不多,建议:如果采用悬臂悬挂定位形式,在隧道净空高度大于6700mm时,吊柱中心线与受电弓中心线的距离为1085mm,悬臂改为可随汇流排的伸缩旋转方式,靠悬挂定位调节架来保证刚性悬挂的拉出值,以避免悬挂线夹卡滞汇流排。
由于刚性悬挂不施加张力,刚性悬挂的允许跨距和运行速度有关,并受限制。根据国外试验和运行经验,速度和跨距的对应关系见表1。
广州地铁二号线的最高车速为80km/h,因首次使用,跨距取8m;石怀段设计的最高车速为120km/h跨距取8m,弛度不超过跨距的1‰。
4 锚段长度
地铁设计规范规定:刚性架空接触网和接触轨的锚段长度,应根据环境温度、载流温升、材料线胀系数、伸缩要求确定。
按照石怀段隧道外设计气温最高为40℃,最低为-10℃,隧道内接触网计算温差可取70℃;选用已有运行经验的伸缩量为500mm的膨胀接头,考虑安装下料的温度变化,取允许伸缩量为±0.2m,锚段长度可为300m,考虑到国内设计、制造、施工安装调整、运行管理等经验不足,参照广州地铁二号线锚段长度最大为250m,三号线锚段长度最大为300m,宝兰线试验段锚段长度最大为222m的情况,结合拉出值和膨胀接头应安装在受弯最小处的要求,石怀段隧道内刚性悬挂锚段长度设计300m。选用伸缩量为1000mm的膨胀接头,待今后取得运行经验后,再设计更长的锚段。
5 刚柔过渡设计
由于隧道外采用柔性悬挂接触网而隧道内采用刚性悬挂接触网,弹性相差太大的2种悬挂必然存在刚柔过渡问题,地铁设计规范要求必须在其结合处采取刚柔过渡措施。从国内外的资料看,刚柔过渡的方式有多种,但都是安装一段刚度逐渐变化的刚性梁(或叫做切槽镶嵌式刚柔过渡体)。
广州地铁二号线和宝兰线试验段设计安装关节式刚柔过渡,这种刚柔过渡措施适用于较低速度(80km/h),锚段关节采用刚性悬挂。当速度高于100km/h,宜采用贯通式刚柔过渡措施。
石怀段设计采用了贯通式刚柔过渡,柔性悬挂接触网的承力索在隧道洞门拱圈上下锚,接触线嵌入12m切槽式刚性渐变汇流排和12m加强夹紧力汇流排及整个锚段的汇流排,在加强夹紧力汇流排上安装了下锚装置,使刚性悬挂接触网不受接触线张力的影响。值得注意的是,刚柔过渡段应该设在与接触线同一条直线上,并且满足隧道外接触线在受电弓工作范围之内。
6 中心锚结设计
国外刚性悬挂中心锚结有2种形式,一种是“V”形中心锚结,绝缘棒与水平线的夹角约为45°;另一种是带拉线“V”形中心锚结,绝缘棒与水平线的夹角约为10~15°。石怀段设计采用了带拉线“V”形中心锚结,能够承受很大的意外拉力,不会产生负弛度问题。在带拉线“V”形中心锚结的安装设计和平面布置中,注意要保证空气绝缘间隙,在隧道净空较低时尤其要精心设汁,精心施工。在平面布置时,尽量将中心锚结设在受电弓中心线上方,并且分别在受电弓中心线两侧下锚。
7 结束语
刚性悬挂接触网设计在我国经验尚少,本文针对石怀段隧道内刚性悬挂接触网设计中遇到的若干问题进行了探讨,提出设计原则,希望能对解决工程设计中的实际问题和丰富刚性悬挂接触网的设计经验、提高工程质量提供参考。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/9093.htm
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