高速鐵路彈性吊索一次到位施工方法研究

潘兆舟

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，湖北 武漢 430074）

我國高速鐵路接觸網(wǎng)多采用帶彈性吊索的鏈形懸掛，其主要特點是接觸網(wǎng)各點彈性均勻，受電弓受流穩(wěn)定。但這種懸掛形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大，傳統(tǒng)的安裝工藝進(jìn)行彈性吊索初安裝時，彈性吊索安裝張力按以往經(jīng)驗取值，或者是通過現(xiàn)場反復(fù)試驗來選取一個張力值，不僅誤差較大，而且由于現(xiàn)場情況的復(fù)雜多樣，往往很多取值不合適，需反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，大大降低了施工效率。同時，傳統(tǒng)的安裝工藝進(jìn)行彈性吊索安裝，彈性吊索受力后，往往會出現(xiàn)彈性吊索張力同設(shè)計張力偏差過大，致使接觸線導(dǎo)高和坡度等無法滿足設(shè)計要求，需要進(jìn)行大量調(diào)整工作。為解決高速鐵路彈性吊索安裝調(diào)整施工的難題，在總結(jié)歸納國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對彈性吊索張力分析、參數(shù)預(yù)計算，完成接觸網(wǎng)彈性吊索安裝位置預(yù)計算，實現(xiàn)彈性吊索免調(diào)整的一次性安裝到位技術(shù)。

1 彈性吊索張力分析

為確保彈性吊索一次安裝到位，在進(jìn)行彈性吊索安裝時，可通過精確計算，提前考慮整體吊弦、彈性吊弦、定位器等對彈性吊索張力的影響，使整體吊弦、彈性吊弦、定位器以及其他集中負(fù)載安裝后，彈性吊索張力能恰好等于或近似等于設(shè)計張力值，有效避免彈性吊索的二次調(diào)整。

如圖1所示為彈性鏈型懸掛的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)彈性吊索安裝張力為F0（N），彈性吊索設(shè)計張力為Ft（N），A、B 兩點處受到向下的合力分別為G1（N）、G2（N），由于承力索張力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性吊索的張力，在A、B 兩點受力引起的C、D 兩點高度變化，其對彈性吊索張力的影響很小，為便于計算，可忽略其影響，則對A、B 兩點進(jìn)行受力分析如圖2所示。為便于計算，將圖2中受力模型進(jìn)行簡化得到其等效受力模型如圖3所示。

圖1 彈性鏈型懸掛結(jié)構(gòu)

圖2 受力分析

圖3 等效受力模型

通過圖3的受力分析可得到：

在不考慮彈性吊弦與整體吊弦間有集中負(fù)載的情況下，設(shè)接觸線單位長度重量為GJ（N/m），每根彈性吊弦線夾總重GY（N），彈性吊索重量為GT（N），彈性吊弦線單位長度重量為GYX（N/m），定位器重量為GD（N），定位線夾重量為GX（N），對G1、G2的受力組成分析可得到：

由于現(xiàn)場實際施工過程中還存在彈性吊弦與整體吊弦間有集中負(fù)載的情況，如隔離開關(guān)引線等，如圖4所示，設(shè)集中負(fù)載對接觸線產(chǎn)生的向下的垂直分力為FJ（N），則可得到：

圖4 有集中負(fù)載時彈性鏈型懸掛結(jié)構(gòu)

將式（4）和式（5）代入公式（1）中，可得到：

通過式（6）可計算出彈性吊索安裝時的安裝張力，按照此張力進(jìn)行安裝，待彈性吊弦、整體吊弦、集中負(fù)載等安裝完后，彈性吊索的張力即可近似等于設(shè)計的張力值，從而避免進(jìn)行二次調(diào)整。

通過以上分析可知，要確定彈性吊索的安裝張力，需提前計算出整體吊弦的安裝位置，以及彈性吊弦的長度。在進(jìn)行吊弦計算時，彈性吊索的張力值也是吊弦計算的一項關(guān)鍵參數(shù)，通常取設(shè)計的張力值，這也是傳統(tǒng)工藝下需要進(jìn)行二次調(diào)整才能確保彈性吊索工作狀態(tài)下張力值等于設(shè)計張力值的原因。

2 彈性吊索預(yù)計算

（1）精確測量接觸線單位長度重量GJ（N/m），每根彈性吊弦線夾總重GY（N），每根彈性吊索重量GT（N），彈性吊弦線單位長度重量GYX（N/m），定位器重量GD（N），定位線夾重量GX（N）。

（2）依據(jù)彈性吊索的設(shè)計張力值Ft（N）以及設(shè)計彈性吊弦線距離定位器的安裝距離L1（m），計算出彈性吊弦線分別距離兩側(cè)第一吊線的水平距離L2（m）、L3（m），彈性吊弦的長度YH1（m）、YH2（m）。同時按照現(xiàn)場實際情況，若彈性吊弦與整體吊弦間有集中負(fù)載，集中負(fù)載分?jǐn)傇诮佑|線上的重量為FJ（N），測量其距離第一根整體吊線的水平距離為LA1（m）、LA2（m）。

（3）按照上述公式6 編制計算表格，編制完成后的計算樣表如圖5。

圖5 彈性吊索安裝張力計算實例

（4）將設(shè)計及測量得到的相關(guān)數(shù)據(jù)填入表中，表格自動計算出彈性吊索的安裝張力值F0（N），如圖5所示。

3 工程實例

3.1 工程概況

新建武漢至十堰鐵路（以下簡稱“漢十高鐵”）位于湖北中部至西北部。線路自漢孝城際鐵路孝感東站引出西行，經(jīng)孝感市、云夢縣、安陸市、隨州市、隨縣、棗陽市、襄陽市、谷城縣、丹江口市至十堰市，線路全長399.126 公里。

本工程包含接觸網(wǎng)270.26 條公里，正線承力索接觸線采用JTMH-120+CTMH-150，設(shè)計張力為23KN+28.5KN。彈性吊索采用JTMH-35 型硬銅絞線，設(shè)計張力為3.5kN。全線共計安裝彈性吊索4237 套。

3.2 彈性吊索預(yù)制

（1）彈性吊索在料庫統(tǒng)一預(yù)配，彈性吊索的預(yù)制長度按設(shè)計長度+200mm 計算（考慮張力計緊線器位置）。

（2）料庫預(yù)配時用緊線器將彈性吊索拉緊，按預(yù)制長度裁剪后，彈性吊索在線夾外留頭為30mm，預(yù)制時彈性吊索端部繚繞30mm 長膠帶，再從膠帶內(nèi)邊沿起至設(shè)計長度的一半處用膠帶繚繞10mm（為彈吊中間位置），從中間位置量1/2 設(shè)計長度處繚繞30mm 長的膠帶，再將端頭用膠帶綁扎。

3.3 彈性吊索安裝

根據(jù)施工表安裝相應(yīng)長度的彈性吊索，從中心錨結(jié)中心柱向下錨方向按順序安裝。一個錨段只允許2 個作業(yè)小組分別從中錨向下錨放下作業(yè)，中心錨結(jié)至錨柱半個錨段范圍內(nèi)只允許一個作業(yè)小組作業(yè)。

彈性吊索安裝時，端頭長170mm 側(cè)安裝彈吊張力計，彈吊留頭30mm 側(cè)安裝在中錨側(cè)，170mm 留頭安裝在下錨側(cè)，如圖6所示，中錨中心柱處彈性吊索安裝方向可自行規(guī)定，一般30mm 端頭安裝在小里程測。

圖6 彈性吊索安裝示意圖

彈性吊索安裝時，中間位置膠帶應(yīng)對承力索座中心位置，固定好彈性吊索30mm 端頭處的彈性吊索線夾后，在另一端將彈性吊索張力緊線工具固定于170mm 端頭位置（留出彈性吊索線夾安裝位置），操作彈性吊索張力緊線工具，在彈性吊索張力略高于提前計算好的安裝張力值后，安裝彈性吊索線夾。

取下彈性吊索張力緊線工具，使用線索張力檢測儀復(fù)測安裝后的彈性吊索張力，若差值較大需重新進(jìn)行安裝。重復(fù)以上步驟直至整個錨段彈性吊索安裝完畢。

3.4 吊弦安裝

利用現(xiàn)場測量采集到的數(shù)據(jù)，完成吊弦的計算及制作，將提前預(yù)制好的整體吊弦和彈性吊弦，按要求進(jìn)行安裝。 消除接觸線新線蠕變的影響后（一般接觸線架設(shè)72h 以后）方可安裝吊弦。

安裝吊弦前，應(yīng)事先檢查起、下錨補償墜砣串是否靈活，有無卡滯現(xiàn)象，并處理達(dá)標(biāo)后，方可安裝。吊弦的布置、安裝要嚴(yán)格按照吊弦計算結(jié)果進(jìn)行安裝，對現(xiàn)場測量出現(xiàn)的累計誤差，應(yīng)將其集中在跨中。

吊弦安裝順序應(yīng)從中心錨結(jié)向兩側(cè)下錨方向進(jìn)行；吊弦間距按計算值布置，從懸掛點向跨中測量，其偏差累計在跨中調(diào)整，安裝位置符合設(shè)計要求，懸掛點第一吊弦嚴(yán)格按計算位置安裝，其余吊弦位置允許偏差±50mm。

3.5 復(fù)測調(diào)整

在彈性吊索、吊弦全部安裝完畢，錨段內(nèi)的電連接、開關(guān)引線、絕緣子等集中負(fù)載安裝完畢后，對接觸線導(dǎo)高進(jìn)行復(fù)測，并做好記錄。

根據(jù)復(fù)測的數(shù)據(jù)，繪制整個錨段的導(dǎo)高波形圖，檢查是否有如圖7和圖8所示的波形產(chǎn)生，若有則分析原因。當(dāng)彈性吊索張力偏大時，應(yīng)適當(dāng)減小彈性吊索張力，同時復(fù)核鄰近兩跨接觸線導(dǎo)高；反之，適當(dāng)增加彈性吊索張力，并復(fù)核鄰近兩跨接觸線導(dǎo)高。

圖7 彈性吊索張力偏大

圖8 彈性吊索張力偏小

3.6 效果分析

漢十高鐵工程應(yīng)用彈性吊索一次安裝到位技術(shù)順利完成工程范圍內(nèi)的3892 套彈性吊索預(yù)制安裝，彈性吊索均一次到位未進(jìn)行二次調(diào)整，提高了施工效率，確保工期進(jìn)度。同時，彈性吊索預(yù)制安裝技術(shù)能夠充分考慮接觸線、承力索、吊弦、支柱、支持裝置等形成的垂直、水平負(fù)載對彈性吊索弛度的影響，通過張力預(yù)計算，消除垂直、水平負(fù)載的影響，安裝精度高、工序簡單，有效減少了后期接觸網(wǎng)懸掛調(diào)整工作量，極具推廣應(yīng)用價值。彈性吊索安裝完成后效果如圖9所示。

圖9 彈性吊索安裝完成后效果

4 結(jié)語

本文通過對彈性吊索及相關(guān)影響因素的研究與傳統(tǒng)安裝技術(shù)相對比，提高了安裝精度。該技術(shù)在彈性吊索安裝前經(jīng)過精細(xì)的測量及計算，消除影響彈性吊索安裝張力參數(shù)的各項因素，提高了安裝精度。本技術(shù)與傳統(tǒng)安裝工藝的不同，在彈性吊索一次安裝完成后無需進(jìn)行二次調(diào)整，減少彈性吊索線夾和吊弦線夾各部件因反復(fù)調(diào)整而產(chǎn)生的磨損，保證安裝一次到位，提高了工程施工質(zhì)量。

本技術(shù)方法可根據(jù)施工現(xiàn)場情況，如彈性吊索長度、彈性吊弦安裝位置、集中負(fù)載、接觸線型號、吊弦間距等現(xiàn)場參數(shù)的不同進(jìn)行調(diào)整，可適用于所有彈性鏈形懸掛接觸網(wǎng)彈性吊索的安裝施工，運用范圍廣泛。隨著機(jī)械化與自動化在鐵路四電施工過程中的不斷應(yīng)用，對無調(diào)整施工工藝的要求越來越高，傳統(tǒng)安裝工藝已無法滿足需求，本工法優(yōu)化了施工工藝，為以后機(jī)械自動化施工奠定了基礎(chǔ)，為今后的客運專線、高速鐵路的彈性吊索的安裝提供參考價值。