地鐵高架段對接觸軌膨脹接頭安裝補償間隙的影響分析

吉忠科

摘 要 地鐵線路的接觸軌除了受環(huán)境溫度影響本身出現(xiàn)熱脹冷縮的變化，這樣的變化量是通過膨脹接頭的間隙進行補償?shù)?，但當接觸軌布置于高架橋段時，接觸軌膨脹接頭的補償間隙同時還收到橋梁的熱脹冷縮和橋梁徐變的影響，本文以某條線路的實際案例，通過對不同橋梁組合對膨脹接頭間隙的影響規(guī)律進行詳細的分析，為后續(xù)施工和設(shè)計工作提供了建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞 地鐵;高架;接觸軌;膨脹接頭

前言

接觸軌又稱第三軌，作為牽引供電系統(tǒng)向地鐵車輛傳遞牽引電能的一種方式，因其安裝布設(shè)在車輛運行車輛旁邊，能夠極大地節(jié)省地鐵線路隧道開挖的空間，區(qū)別于傳統(tǒng)接觸網(wǎng)布設(shè)在隧道頂部可以較好地節(jié)省投資，已經(jīng)被國內(nèi)很多城市的軌道交通線路予以采用。近幾年隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，越來越多的地鐵線路已經(jīng)在向郊區(qū)延伸，為了進一步的減少投資，北京、廣州、成都等大城市把地鐵線路在郊區(qū)延伸段都設(shè)計成了高架線路，因為高架線路有別于地下線路的環(huán)境特殊性，而且速度又越來越快，比如廣州某線路設(shè)計時速已經(jīng)達到了120km/h，而且接觸網(wǎng)供電方式采用接觸軌，在全國屬于首例。這樣給接觸軌的安裝精度要求、適應(yīng)高架段野外環(huán)境提出新的技術(shù)要求。

1 接觸軌膨脹接頭

接觸軌系統(tǒng)由接觸軌、支撐裝置、防護裝置、隔離開關(guān)、電纜等組成，其中接觸軌、支撐裝置、防護裝置是該系統(tǒng)的三大主要構(gòu)件。（見圖1）

接觸軌又主要由鋼鋁復(fù)合軌、中間接頭、膨脹接頭、端部彎頭、電連接、中心錨結(jié)等組成，其中膨脹接頭是接觸軌的核心部件，國內(nèi)外供貨廠商都將此部件的技術(shù)作為核心技術(shù)予以保護。膨脹接頭的核心作用就是用于補償鋼鋁復(fù)合軌因溫度變化而產(chǎn)生的長度變化。在實際工程中，每隔一個錨段長度安裝一個膨脹接頭，用來補償接觸軌的線性變化量，并保證電氣連接的可靠性和集電靴平滑的從一端過渡到另一端。（見圖2）

安裝膨脹接頭時用數(shù)字溫度計測出已安裝接觸軌端部的溫度。將溫度感應(yīng)點分別置于軌底、軌腹下部及鋼帶表面，記錄讀數(shù)并計算其平均值。根據(jù)記錄的溫度對照安裝曲線間隙表進行補償間隙的調(diào)整。補償間隙δ為兩側(cè)間隙相加值[1]。（見圖3）

2 安裝過程中遇到的問題

廣州某線路郊外區(qū)段占比較大，采用高架橋梁方式的線路大概有十幾公里。接觸軌施工安裝時間是在2018年5、6月份，正屬于廣州比較炎熱的時候。作者在該線路從事監(jiān)理工作，多次檢查就發(fā)現(xiàn)已安裝的膨脹接頭補償間隙很不規(guī)律，經(jīng)查詢安裝記錄和詢問現(xiàn)場監(jiān)理、施工人員，均是嚴格按照作業(yè)程序在環(huán)境溫度下對照安裝曲線間隙表預(yù)留的補償量預(yù)留的，操作沒有問題。

經(jīng)過進一步的排查，發(fā)現(xiàn)高架區(qū)段所有的膨脹接頭都呈現(xiàn)出一種無規(guī)律、非設(shè)計曲線的變化。雖然補償值沒有突破膨脹接頭最大補償量，但有的膨脹接頭補償間隙比設(shè)計曲線值更大，有點比設(shè)計曲線值更小，極個別的差距又可以忽略不計。問題的暴露引起了各方的重視，由監(jiān)理方組織設(shè)計、施工、運營、建設(shè)等多方召開了數(shù)次會議，最后形成了比較明確的結(jié)論。

3 補償間隙的影響因素分析

（1）接觸軌隨溫度的變化呈現(xiàn)線性熱脹冷縮，變化量通過膨脹接頭的補償間隙調(diào)整，一套膨脹接頭裝置設(shè)計補償量為200mm。

（2）膨脹接頭補償間隙受橋梁熱脹冷縮變化量的影響。

（3）膨脹接頭受接觸軌錨段安裝位置是否跨越橋梁伸縮縫又出現(xiàn)了不同的變化，有可能是疊加效應(yīng)，也可能是抵消效應(yīng)。連續(xù)梁的組合方式對應(yīng)接觸網(wǎng)的安裝表現(xiàn)出來的膨脹接頭間隙變化也是不一樣的。

（4）膨脹接頭受橋梁徐變量的影響。

以上影響因素初始設(shè)計僅考慮了第一種因素，后幾種因素的疊加影響就造成了高架段接觸軌膨脹接頭在安裝后一段時間內(nèi)表現(xiàn)出了無規(guī)律的變化。這些影響因素的疊加是否會造成變化量突破膨脹接頭的設(shè)計補償極限，就成了所有人的擔(dān)心。而這樣的情況，恰恰是廣州某線路特有的高速接觸軌線路在高架段表現(xiàn)出來的技術(shù)難題。

找到了原因，就需要解決辦法[2]。

4 問題的解決思路及效果

4.1 對橋梁和接觸軌數(shù)據(jù)進行全面分析

（1）橋梁數(shù)據(jù)

通過設(shè)計工程師之間的聯(lián)絡(luò)，獲取了線路橋梁專業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。見下表：

1）橋梁伸縮量

根據(jù)橋梁提資，橋梁伸縮溫度考慮±20度，基準溫度為20～25度。連續(xù)梁中間固定，兩側(cè)伸縮。不同長度橋梁伸縮歸類為：

a.160米橋左側(cè)±16.5mm，右側(cè)±15.3mm.取最大值±16.5mm。

b.120米橋左側(cè)±12.6mm，右側(cè)±11.3mm.取最大值±12.6mm。

通過以上伸縮量折算及相關(guān)資料，橋梁混凝土的膨脹系數(shù)為10×10-6m/℃。

2）橋梁徐變量

根據(jù)橋梁專業(yè)提資，根據(jù)不同長度橋梁歸類為：①160米橋十年內(nèi)徐變-44mm。②120米橋十年內(nèi)徐變-33mm。

（2）接觸軌數(shù)據(jù)

接觸軌熱脹系數(shù)：20X10-6m/℃;溫度范圍：環(huán)境溫度-5℃～45℃，考慮接觸軌在負荷電流通過的情況下溫度升高，接觸軌設(shè)計溫度按-5℃～85℃的范圍考慮。

接觸軌錨段長度，高架橋范圍內(nèi)接觸軌錨段長度為60m。

4.2 對各種安裝工況的疊加效應(yīng)進行分析

（1）接觸軌伸縮量

廣州某線路高架區(qū)段接觸軌設(shè)計錨段長度為60米，接觸軌溫度變化量?t按-5℃～85℃范圍考慮，接觸軌線性膨脹系數(shù)?l1取20x10-6m/℃，接觸軌膨脹接頭間隙變化的計算公式為?δ=Lx?l1x?t因此高架橋區(qū)段接觸軌最大伸縮量：?δ=60×90×20x10-6=108mm。

（2）膨脹接頭工況分類

廣州某線路高架段橋梁分為120m、160m兩種連續(xù)梁兩種類型，根據(jù)高架橋段膨脹接頭安裝位置的實際工況，主要可分為跨橋梁伸縮縫及不跨橋梁伸縮縫兩類。