隧道內(nèi)承力索旋轉(zhuǎn)腕臂偏移量的分析與計算

郭奉迎

0 引言

安裝旋轉(zhuǎn)腕臂時需根據(jù)安裝時的環(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)計規(guī)范（TB10075-2000）》規(guī)定：“隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)計氣溫應(yīng)依據(jù)隧道長度及該錨段在隧道內(nèi)的長度確定。當(dāng)2/3錨段長度及以上位于長度大于2 000 m的隧道內(nèi)時，設(shè)計氣溫可按比隧道外接觸網(wǎng)設(shè)計氣溫最低值高5℃，最高值低10℃取值；其余情況可以與隧道外接觸網(wǎng)設(shè)計氣溫取為一致。隧道內(nèi)接觸網(wǎng)的最高計算溫度宜為所取最高設(shè)計氣溫的 1.5倍?！卑丛撘?guī)定計算得出的安裝曲線，在隧道凈空較富裕、隧道內(nèi)錨段長度又較合理的情況下是可行的。但對于一些特殊情況，按規(guī)定方式計算出的結(jié)果與實際情況可能存在一些差別。本文就幾種特殊情況進行分析與計算。

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條件下的隧道。

（2）當(dāng)對隧道進行缺陷（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（如達萬線采用加套襯方式進行缺陷整治）。

（3）隧道內(nèi)預(yù)留的下錨位置使錨段過長。

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溫度變化范圍大些，反之則小些。因此，準(zhǔn)確計算與評估隧道空間內(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

達萬線分水寺隧道全長4 745.47 m，按預(yù)留下錨位置，進入隧道的第一錨段長度為2 058 m，中心錨結(jié)左側(cè)長度為1 000 m，其中隧道外有218 m，隧道內(nèi)有782 m；右側(cè)長度為1 058 m，全在隧道內(nèi)。隧道內(nèi)大部分區(qū)段需進行缺陷整治，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算

2.1 計算條件

根據(jù)達萬線電氣化改造工程中接觸網(wǎng)初步設(shè)計規(guī)定，氣象條件如下：

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

（2）長大隧道內(nèi)（隧道長度在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℃；最高計算溫度為 30×1.5=45℃；腕臂和定位器無偏移溫度為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)全補償簡單鏈形懸掛安裝圖》，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)計中經(jīng)對隧道內(nèi)氣溫的實測資料，并結(jié)合國內(nèi)外長大隧道內(nèi)運營經(jīng)驗和有關(guān)參考文獻，由中外專家共同確定的。

2.2 特殊控制點的偏移量計算

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)計規(guī)范（TB10075-2000）》進行計算，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，是一個非線性的變化過程，如果只考慮某一種情況，計算是不精確的，有可能給工程安全帶來潛在的不安全因素。

（1）按常規(guī)方式計算隧道進口處1#懸掛點的偏移量。該懸掛點距中心錨結(jié)780 m，按常規(guī)方式計算，即

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

將上述條件代入式（1），計算結(jié)果如表1所示。

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

（2）利用溫度變化曲線計算1#懸掛點處承力索最大伸縮量。將中心錨結(jié)至1#懸掛點（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)計溫度（平均值），以各小段的溫度變化范圍計算出該小段承力索最大伸縮量，將各小段的伸縮量累計到1#懸掛點處，得到該點的最大伸縮量，見表2。

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

從表3可知，右側(cè)半錨段各小段的定位器無偏移溫度接近 25℃，故可將定位器無偏移溫度設(shè)定為25℃。此時，1#懸掛點在最高溫度時腕臂偏移量數(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伸縮量數(shù)值表

表3 定位器無偏移溫度計算值表

表4 1#懸掛點在最高氣溫時腕臂偏移量數(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計算值繪制成安裝曲線后可知，在長大隧道內(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，各懸掛點的旋轉(zhuǎn)偏移量與距離中心錨結(jié)長度的關(guān)系，并不是按常規(guī)計算方法得到的線性關(guān)系，而是非線性關(guān)系。

（2）根據(jù)計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，各計算段最高計算溫度與最低計算溫度的平均值都接近 25℃。因此，可將達萬線長大隧道內(nèi)（2 000 m及以上）定位器無偏移溫度確定為25℃。

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

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