中低速磁浮道岔安裝調(diào)試技術(shù)

周 文

(中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司 湖南長沙 410100)

1 引言

中低速磁浮交通車輛與軌道無接觸，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行，列車非黏著運(yùn)行阻力相對(duì)輪軌交通車輛要小得多，列車運(yùn)行平穩(wěn)舒適，噪聲小，振動(dòng)小，無磨耗，環(huán)境保護(hù)和運(yùn)行維護(hù)成本都具有明顯優(yōu)勢(shì)，可在我國很多城市推廣使用，特別是中運(yùn)量城市高架軌道線路，旅游景區(qū)等[1-5]。國內(nèi)已開通長沙磁浮快線、北京S1線兩條中低速磁浮運(yùn)營線，廣東清遠(yuǎn)磁浮旅游專線項(xiàng)目，鳳凰磁浮文件旅游項(xiàng)目正在穩(wěn)步建設(shè)中。

長沙磁浮快線為我國首條自主設(shè)計(jì)、施工、管理的中低速磁浮交通工程，其技術(shù)新、工藝新、標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、精度高、施工難度大，且國內(nèi)無任何施工借鑒經(jīng)驗(yàn)[6]。中低速磁浮道岔首次在正線高架橋上進(jìn)行安裝施工，首次進(jìn)行道岔控制系統(tǒng)與信號(hào)聯(lián)鎖、車輛聯(lián)合調(diào)試，需要解決長大件運(yùn)輸、困難條件下長大結(jié)構(gòu)件精確吊裝、磁浮道岔基礎(chǔ)平臺(tái)精確定位、磁浮道岔單調(diào)及聯(lián)調(diào)等技術(shù)難題，其施工技術(shù)填補(bǔ)國內(nèi)空白。

2 工程概況

長沙磁浮工程為銜接長沙南高鐵站與黃花機(jī)場(chǎng)的軌道交通線路，線路全長18.389 km。正線線路最小平面曲線半徑為100 m；線路縱斷面最大坡度為40‰，設(shè)計(jì)速度為100 km/h。全線共設(shè)3座車站，7組中低速磁浮道岔。

中低速磁浮道岔是中低速磁浮交通重要的線路設(shè)備，引導(dǎo)列車換線運(yùn)行，采用整體移動(dòng)鋼梁結(jié)構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，長沙磁浮快線道岔結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，道岔全長32.646 m，總質(zhì)量約70 t。

圖1 中低速磁浮道岔結(jié)構(gòu)組成

3 安裝調(diào)試方案及施工難點(diǎn)

3.1 安裝調(diào)試方案及工藝流程

中低速磁浮道岔包括基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)件和控制系統(tǒng)三大部分，安裝調(diào)試工藝流程與其他移梁型道岔類似[7]，采用自下而上方式順序進(jìn)行:基礎(chǔ)→結(jié)構(gòu)件→控制系統(tǒng)。工藝流程為:施工準(zhǔn)備→基礎(chǔ)施工(支撐角安裝→基礎(chǔ)板安裝→基礎(chǔ)平臺(tái)混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護(hù))→吊裝臺(tái)車→吊裝鉸軸連桿→吊裝道岔梁→調(diào)整道岔梁線型→安裝角平分裝置→吊裝F型導(dǎo)軌→調(diào)整F型導(dǎo)軌線型→安裝驅(qū)動(dòng)裝置→安裝鎖定裝置→安裝控制系統(tǒng)→道岔單調(diào)(道岔靜態(tài)調(diào)試→道岔電動(dòng)轉(zhuǎn)轍調(diào)試)→道岔聯(lián)合調(diào)試→車岔聯(lián)合調(diào)試→涂裝修復(fù)及標(biāo)識(shí)→環(huán)境恢復(fù)。

3.2 施工難點(diǎn)

3.2.1 基礎(chǔ)板定位精度要求高

中低速磁浮道岔定位精度要求很高，道岔與相鄰軌排的軌縫誤差小于2 mm，接頭高低小于0.5 mm，橫向錯(cuò)位小于1 mm道岔，與相鄰軌排高低、方向偏差小于1.5 mm/4 m、3 mm/10 m。而中低速磁浮軌排和道岔都采用工廠制作、現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝模式，如果道岔基礎(chǔ)板安裝位置偏差超出容許值將導(dǎo)致道岔與相鄰軌排無法正確對(duì)接，影響行車，嚴(yán)重時(shí)需要將道岔基礎(chǔ)平臺(tái)混凝土鑿除重新定位澆筑。

3.2.2 道岔梁精確吊裝難度大

長沙磁浮快線正線道岔全部位于高架橋上，其中磁浮高鐵站、磁浮機(jī)場(chǎng)站起吊高度大，吊點(diǎn)距離遠(yuǎn)，需要采用300 t大型自行走輪胎式吊機(jī)。橋面遮擋了吊機(jī)操作人員視線，吊裝時(shí)需要橋上指揮人員對(duì)操作人員指揮，因此需要操作人員與指揮人員密切配合，緩慢吊裝到位，吊裝難度很大。

3.2.3 道岔聯(lián)調(diào)

道岔控制系統(tǒng)與通訊信號(hào)系統(tǒng)按照接口協(xié)議分別由道岔設(shè)計(jì)單位、通訊信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，道岔、通訊信號(hào)系統(tǒng)安裝完成后需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，解決聯(lián)鎖中心與道岔控制之間控制指令下達(dá)、執(zhí)行、反饋以及道岔監(jiān)控信息傳輸?shù)瓤赡艹霈F(xiàn)的各種問題。

4 安裝調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基礎(chǔ)板安裝

4.1.1 基礎(chǔ)板定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

中低速磁浮道岔基礎(chǔ)板包括固定垛梁基礎(chǔ)板、1#～4#臺(tái)車基礎(chǔ)板、鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ回轉(zhuǎn)中心基礎(chǔ)板、驅(qū)動(dòng)減速機(jī)電機(jī)基礎(chǔ)板、鎖定裝置基礎(chǔ)板，除鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ旋轉(zhuǎn)中心基礎(chǔ)只有1個(gè)定位點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)有2個(gè)定位點(diǎn)外，其余每個(gè)基礎(chǔ)板有4個(gè)定位點(diǎn)，整組道岔共36個(gè)定位點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 中低速磁浮道岔基礎(chǔ)布置

由于道岔岔心與大地坐標(biāo)原點(diǎn)、道岔中心線與大地坐標(biāo)軸都不重合，因此不能由設(shè)計(jì)圖直接得到定位點(diǎn)的放樣坐標(biāo)值，需要通過變換進(jìn)行計(jì)算定位點(diǎn)的坐標(biāo)值，以便安裝時(shí)進(jìn)行放樣。計(jì)算過程如下:

由設(shè)計(jì)單位給定道岔岔心C為原點(diǎn)，岔前定位點(diǎn)A及岔后定位點(diǎn)B連線為x軸建立局部坐標(biāo)系，如圖3所示。由設(shè)計(jì)圖可以得到道岔基礎(chǔ)任一定位點(diǎn)D在此局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)，則定位點(diǎn)D的放樣坐標(biāo)(XD，YD)為:

式中，(XC，YC)為岔心點(diǎn)C的大地坐標(biāo)；(xD，yD)為定位點(diǎn)局部坐標(biāo)；θ為局部坐標(biāo)x軸與大地坐標(biāo)系X軸之間的旋轉(zhuǎn)角度。

式中，(XA，YA)、(XB，YB)分別為岔前定位點(diǎn)A和岔后定位點(diǎn)B的大地坐標(biāo)。

圖3 基礎(chǔ)板定位點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

舉例計(jì)算長沙磁浮快線車輛段L3道岔(右開道岔)基礎(chǔ)板定位坐標(biāo):

已知岔心、岔前定位點(diǎn)及岔后定位點(diǎn)坐標(biāo)分別為(56 886.408 7，94 657.874 7)、(56 888.415 9，94 598.069 5)、(56 884.995 3，94 699.989 7)，計(jì)算得到基礎(chǔ)定位點(diǎn)坐標(biāo)如表1所示。

表1 長沙磁浮快線車輛段L3道岔基礎(chǔ)板定位坐標(biāo)

4.1.2 基礎(chǔ)板定位基準(zhǔn)放樣

基礎(chǔ)板定位孔放樣采用CPⅢ測(cè)量放樣技術(shù)，通過全站儀在CPⅢ控制網(wǎng)下自由設(shè)站測(cè)量放置在定位孔的棱鏡獲取定位孔的三維坐標(biāo)[8-9]。為了保證全站儀設(shè)站精度，同一測(cè)站CPⅢ控制點(diǎn)不少于4對(duì)，合格CPⅢ控制點(diǎn)不得少于6個(gè)，全站儀與定位孔之間的距離為8～40 m，測(cè)量示意如圖4所示。

圖4 基礎(chǔ)板定位點(diǎn)測(cè)量放樣

4.1.3 基礎(chǔ)板安裝

為了保證基礎(chǔ)板安裝精度，采用二次澆筑混凝土工藝，如圖5所示。一次澆筑混凝土?xí)r將初步定位的基礎(chǔ)板支撐角下半部分與鋼筋混凝土澆筑在一起，確保二次澆筑混凝土?xí)r支撐角不發(fā)生位置移動(dòng)。二次澆筑混凝土?xí)r將定位好的基礎(chǔ)板與支撐角焊接為整體結(jié)構(gòu)，保證二次澆筑混凝土?xí)r基礎(chǔ)板不會(huì)發(fā)生位移，長沙磁浮道岔基礎(chǔ)板安裝完成后基礎(chǔ)板位置偏差小于1 mm，從而保證了道岔上部結(jié)構(gòu)有良好精度的基礎(chǔ)平臺(tái)。

圖5 基礎(chǔ)平臺(tái)二次澆筑示意

4.2 結(jié)構(gòu)件吊裝

4.2.1 大部件吊裝

采用自下而上的原則依次吊裝道岔結(jié)構(gòu)件，為了減小吊裝量，先將鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ分別和1#、2#臺(tái)車預(yù)組裝。首先吊裝處于最下部的固定端垛梁，鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ，1#～4#臺(tái)車，活動(dòng)端垛梁，然后依次吊裝主動(dòng)梁、1#從動(dòng)梁、2#從動(dòng)梁。由于3#、4#臺(tái)車吊裝到臺(tái)車行軌道時(shí)接觸面較小，因此需臨時(shí)進(jìn)行固定支撐，待與主動(dòng)梁用螺栓連接后方可去掉臨時(shí)支撐。大部件吊裝完成后對(duì)道岔梁前后位置、中線位置、線形進(jìn)行調(diào)整，使道岔梁總長偏差小于5 mm，各梁段間距偏差小于2 mm，直線度小于3 mm，同一截面F型導(dǎo)軌安裝面高差小于0.5 mm。

4.2.2 F型鋼、角平分裝置吊裝

道岔梁F型鋼安裝面與道岔梁面高度為10 mm，如果直接用吊帶吊裝F型鋼，F(xiàn)型鋼落下將無法取出吊帶卡扣，需制作專用工裝吊裝F型鋼。按順序?qū)型鋼吊裝到已調(diào)整好道岔梁上，連接螺栓初擰到F型鋼不滑落為止，為方便后續(xù)調(diào)整F型鋼線形，不能擰緊連接螺栓。所有F型鋼吊裝到位后開始吊裝3個(gè)角平分裝置，將角平分裝置在道岔平臺(tái)上組裝好，然后整體吊裝，角平分裝置上F型鋼搭接到道岔梁F型鋼，角平分裝置拉桿與道岔梁連接。

F型鋼、角平分裝置吊裝完成后需要對(duì)F型鋼進(jìn)行調(diào)整，使道岔全長、F型鋼直線度、F型鋼磁浮面平面度、軌距、軌縫滿足設(shè)計(jì)要求。

(1)兩端垛梁F型鋼調(diào)整

選取垛梁F型鋼兩端螺栓孔為定位基準(zhǔn)，如圖6所示，采用與基礎(chǔ)板定位孔坐標(biāo)計(jì)算方法計(jì)算該定位基準(zhǔn)坐標(biāo)值。利用CPⅢ控制點(diǎn)對(duì)全站儀自由設(shè)站，根據(jù)垛梁F型鋼兩端定位基準(zhǔn)坐標(biāo)調(diào)整F型鋼位置，偏差控制在1 mm以內(nèi)，道岔與相鄰磁浮軌排軌縫滿足(20±2)mm要求。

圖6 F型鋼定位基準(zhǔn)

(2)F型鋼磁極面平面度調(diào)整、軌縫調(diào)整、直線度及軌距調(diào)整

以兩端垛梁基礎(chǔ)為基準(zhǔn)調(diào)整F型鋼磁極面平面度、軌縫、直線度及軌距。由于同一段內(nèi)道岔梁F型鋼安裝面為高精度機(jī)床一次裝卡機(jī)加而成，F(xiàn)型鋼磁極面平面度通常吊裝完成就能滿足設(shè)計(jì)，F(xiàn)型鋼磁極面度只需測(cè)量復(fù)核。道岔全長范圍內(nèi)通過增減墊片調(diào)整道岔支座高度使F型鋼磁極面度滿足設(shè)計(jì)要求:小于0.6 mm/3 m，全長小于1.5 mm。用撬棍插入F型鋼螺栓孔，利用螺栓孔與螺栓之間的間隙對(duì)F型鋼進(jìn)行微調(diào)，保證軌距偏差小于1 mm。在垛梁F型鋼側(cè)面磁極面往上50 mm處拉一直徑為0.5 mm鋼絲弦線，拉力不小于5 kN，用角尺及精度達(dá)到0.5 mm的直尺測(cè)量F型鋼側(cè)面直線度，對(duì)不滿足要求的地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到設(shè)計(jì)要求:小于1 mm/3 m，全長小于3 mm。

4.2.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鎖定系統(tǒng)吊裝

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位于道岔直線位主動(dòng)梁下，安裝時(shí)需要將主動(dòng)梁移至側(cè)線位置，方便吊裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速機(jī)及減速電機(jī)。吊裝前先在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)板上對(duì)減速機(jī)底座進(jìn)行初步放樣，然后將減速機(jī)吊放到底座上，轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂將擺臂導(dǎo)輥滑入與主動(dòng)梁相連的導(dǎo)槽內(nèi)。通過調(diào)節(jié)支擋架上調(diào)整螺栓伸出長度對(duì)減速機(jī)位置進(jìn)行精調(diào)，滿足導(dǎo)輥與導(dǎo)槽內(nèi)壁間距(3±1)mm，道岔轉(zhuǎn)轍后主動(dòng)梁上F型導(dǎo)軌與垛梁F型導(dǎo)軌橫向錯(cuò)位小于1 mm設(shè)計(jì)要求。

吊裝鎖定系統(tǒng)時(shí)，先進(jìn)行預(yù)組裝，保證安裝同一個(gè)直插銷的兩個(gè)直插銷座同軸度，安裝后直插銷能用手輕松推動(dòng)為合格。用手拉葫蘆將鎖定裝置安裝板吊至主動(dòng)梁底板位置，裝入起定位作用的鉸制螺栓，然后將其他螺栓連接到位。根據(jù)直插銷配裝插銷座組件，偏心軸處于中間位置，為后面左右調(diào)整預(yù)留相同調(diào)整量。

4.3 控制系統(tǒng)安裝

電控柜吊裝到電控制基礎(chǔ)平臺(tái)上，鋪設(shè)電纜鍍鋅鋼管，連接行程開關(guān)的低壓控制電纜與連接電機(jī)的高壓動(dòng)力電纜分別用不同電纜鍍鋅鋼管進(jìn)行布線，鋼管端部用密封接頭與電纜波紋管相連。按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電纜進(jìn)行加壓試驗(yàn)后再按照設(shè)計(jì)圖連接行程開關(guān)、電機(jī)及電控柜，接線時(shí)按圖制作端子，按圖封裝線號(hào)，連接時(shí)注意接頭密封做到位，避免使用中水汽粉塵進(jìn)入。最后對(duì)電纜進(jìn)行分類整理，布置整齊美觀。

4.4 調(diào)試

4.4.1 道岔單機(jī)調(diào)試

(1)手動(dòng)調(diào)試。用手搖動(dòng)鎖定電機(jī)進(jìn)行鎖定系統(tǒng)解鎖及鎖定，測(cè)試直插銷在解鎖及鎖定過程是否有卡阻，是否滑順；用手搖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行道岔轉(zhuǎn)轍，測(cè)試轉(zhuǎn)轍過程是否有異響，是否平穩(wěn)，轉(zhuǎn)轍前后道岔線型是否變化等。

(2)電動(dòng)調(diào)試。上電前仔細(xì)檢查所有電纜全部按設(shè)計(jì)圖正確連接，為避免漏項(xiàng)，用檢點(diǎn)表逐項(xiàng)檢查。電動(dòng)調(diào)試的順序?yàn)?電動(dòng)解鎖調(diào)試→電動(dòng)鎖定調(diào)試→電動(dòng)轉(zhuǎn)轍調(diào)試→點(diǎn)動(dòng)試驗(yàn)→連續(xù)轉(zhuǎn)轍試驗(yàn)→模擬集中控制轉(zhuǎn)轍試驗(yàn)。電動(dòng)調(diào)試過程應(yīng)注意觀察道岔運(yùn)行是否平穩(wěn)，道岔起動(dòng)停止不能有過大的沖擊，解鎖、鎖定、轉(zhuǎn)轍正常，轉(zhuǎn)轍時(shí)間滿足要求，轉(zhuǎn)轍前后道岔線形穩(wěn)定。所有單項(xiàng)調(diào)試完成后進(jìn)行50次連續(xù)轉(zhuǎn)轍試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4.2 線路通訊信號(hào)聯(lián)調(diào)

道岔單機(jī)調(diào)試完成后再進(jìn)行道岔控制系統(tǒng)與線路通訊信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，調(diào)試道岔與通訊信號(hào)系統(tǒng)接口是否滿足要求。調(diào)試內(nèi)容包括:道岔監(jiān)測(cè)信息傳輸、車控室人工對(duì)道岔進(jìn)行操控、信號(hào)系統(tǒng)對(duì)道岔進(jìn)行集中操控。

4.4.3 車岔聯(lián)調(diào)

車輛通過時(shí)對(duì)道岔有振動(dòng)激勵(lì)作用，車輛道岔容易產(chǎn)生耦合振動(dòng)[10]，車岔聯(lián)合調(diào)試的目的是讓磁浮列車能夠平穩(wěn)通過磁浮道岔，滿足乘客乘坐舒適性要求。車岔聯(lián)調(diào)應(yīng)在車輛、道岔、線路、供電、通訊信號(hào)、限界等所有相關(guān)系統(tǒng)調(diào)試完成后進(jìn)行，車輛以5、10、15 km/h等不同速度通過道岔及車輛在道岔區(qū)靜浮，測(cè)試車輛、道岔振動(dòng)加速度、振動(dòng)位移等響應(yīng)值，各項(xiàng)測(cè)試值應(yīng)在容許范圍內(nèi)。長沙磁浮快線道岔在車岔聯(lián)調(diào)時(shí)出現(xiàn)了車岔耦合振動(dòng)情況，初期通過在道岔梁內(nèi)裝填沙袋、后期在道岔梁內(nèi)安裝阻力器解決車岔耦合振動(dòng)問題[11-12]。

5 結(jié)束語

中低速磁浮道岔首次在運(yùn)營線及橋上成功安裝，為后續(xù)中低速磁浮道岔安裝積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)幾何關(guān)系由設(shè)計(jì)給定岔心、岔前、岔后控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算道岔基礎(chǔ)板定位孔、道岔梁基準(zhǔn)點(diǎn)及軌排基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，采用CPⅢ測(cè)量控制方法對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行精確放樣。二次澆筑混凝土工藝安裝基礎(chǔ)板，有效保證了基礎(chǔ)板安裝精度，為道岔結(jié)構(gòu)件及F型鋼安裝提供精確定位。通過解決道岔單調(diào)、聯(lián)調(diào)和車岔聯(lián)調(diào)出現(xiàn)的問題，最終實(shí)現(xiàn)磁浮車輛通過磁浮道岔時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)舒適。長沙磁浮快線已成功載客運(yùn)營約4周年，全線7磁浮道岔運(yùn)行狀況良好，無影響行車的故障發(fā)生，為發(fā)揮長沙磁浮快線示范作用，推廣中低速磁浮交通運(yùn)用起到重要作用。