一種拉壓式彈簧補(bǔ)償裝置在重慶地鐵的運(yùn)用

引言

2012年,重慶軌道交通6號(hào)線(xiàn)一期工程受線(xiàn)路、限界等因素影響,不具備采用傳統(tǒng)的重力式墜砣補(bǔ)償?shù)臈l件:同時(shí)期,國(guó)內(nèi)渦輪卷曲式彈簧在既有線(xiàn)路出現(xiàn)了運(yùn)行不穩(wěn)定的情況。后經(jīng)考察,首次在國(guó)內(nèi)引進(jìn)了日本新干線(xiàn)成功運(yùn)營(yíng)的拉壓式彈簧補(bǔ)償裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"彈簧補(bǔ)償裝置"),并在之后的各條線(xiàn)路中作為正線(xiàn)柔性接觸網(wǎng)補(bǔ)償下錨的首選方案,或得了用戶(hù)的好評(píng)。下文就彈簧補(bǔ)償裝置及其在工程中的運(yùn)用進(jìn)行總結(jié)與探討。

1彈簧補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)

如圖1所示,彈簧補(bǔ)償裝置由內(nèi)部、外部彈簧通過(guò)套筒組裝而成,彈簧的材料采用高強(qiáng)度的彈簧鋼。裝置的頭、尾分別設(shè)連接雙耳,用于與線(xiàn)索下錨零件、錨固點(diǎn)之間的連接。外套筒的中部預(yù)留彈簧補(bǔ)償裝置的固定安裝雙耳,內(nèi)套筒的頭部安裝讀數(shù)標(biāo)尺。當(dāng)安裝完畢并按安裝曲線(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)線(xiàn)材施加張力后,內(nèi)部套筒被拉出,通過(guò)內(nèi)、外套筒與彈簧之間的傳導(dǎo),為接觸網(wǎng)提供恒定的張力輸出。

2彈簧補(bǔ)償裝置的選型

彈簧補(bǔ)償裝置目前已形成系列產(chǎn)品,張力范圍為10~30kN,標(biāo)準(zhǔn)工作行程為580~1080mm,能夠滿(mǎn)足城市軌道交通各種工況下接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償?shù)男枨蟆?

重慶軌道的正線(xiàn)柔性接觸網(wǎng)補(bǔ)償下錨一般分為三種,即雙接觸線(xiàn)補(bǔ)償下錨、雙承力索補(bǔ)償下錨、單承單導(dǎo)并聯(lián)補(bǔ)償下錨。三種補(bǔ)償下錨的額定張力設(shè)計(jì)值一致,結(jié)合重慶地區(qū)的溫度及錨段長(zhǎng)度設(shè)置,選用了額定張力為24.5kN的彈簧補(bǔ)償裝置。彈簧補(bǔ)償裝置極限張力偏差為±15%,張力變化范圍為20.83~28.18kN,折合單線(xiàn)的張力范圍為10.41~14.09kN。文獻(xiàn)[1]中規(guī)定時(shí)速120km/h的線(xiàn)路,接觸線(xiàn)的最小張力不宜小于10kN。此種彈簧補(bǔ)償裝置滿(mǎn)足地鐵線(xiàn)路最高運(yùn)行時(shí)速為100km/h的下錨需求?？紤]到實(shí)際錨段長(zhǎng)度+750m,最終選定了標(biāo)準(zhǔn)工作行程為840mm的產(chǎn)品。

彈簧補(bǔ)償裝置安全可靠、免維護(hù),適用于地鐵接觸網(wǎng)的下錨安裝,但其造價(jià)相較于棘輪補(bǔ)償裝置更高。重慶地鐵線(xiàn)路最終考慮在正線(xiàn)線(xiàn)路使用彈簧補(bǔ)償裝置,車(chē)輛段仍采用棘輪補(bǔ)償裝置下錨。

3彈簧補(bǔ)償裝置的安裝

彈簧補(bǔ)償裝置安裝簡(jiǎn)單,適宜在各種型號(hào)的支柱上安裝,當(dāng)其安裝于隧道內(nèi)時(shí),滿(mǎn)足柔性懸掛安裝的斷面即可用于彈簧補(bǔ)償裝置的安裝,無(wú)須對(duì)隧道斷面進(jìn)行擴(kuò)挖,這極大地增加了設(shè)計(jì)便利性。

3.1支柱上下錨安裝

重慶軌道的柔性接觸網(wǎng)一般情況下將雙支承力索及雙支接觸線(xiàn)在一根大容量支柱上下錨。當(dāng)錨柱為7.5m時(shí),承力索下錨彈簧補(bǔ)償裝置通過(guò)上部拉桿固定,接觸線(xiàn)下錨彈簧補(bǔ)償裝置通過(guò)下部的弧形支撐固定,安裝方式如圖2所示。當(dāng)安裝于聲屏障下方或其他空間受限處,支柱高度為7m及以下時(shí),接觸線(xiàn)及承力索下錨彈簧補(bǔ)償裝置均可通過(guò)下部的弧形支撐固定,安裝方式如圖3所示。應(yīng)當(dāng)注意的是,受下部斜撐影響,采用圖2及圖3安裝方式時(shí),下錨支柱不宜安裝雙腕臂底座。

圖2雙承雙導(dǎo)在7.5m支柱上下錨安裝

圖3雙承雙導(dǎo)在7m支柱上下錨安裝

3.2隧道內(nèi)下錨安裝

地鐵接觸網(wǎng)一般在隧道內(nèi)采用剛性懸掛,在隧道外采用柔性懸掛。但也經(jīng)常有兩段高架橋之間夾著一段小隧道,為減少剛?cè)徇^(guò)渡的次數(shù),通常會(huì)選擇在該段隧道內(nèi)設(shè)置柔性接觸網(wǎng),并在隧道內(nèi)設(shè)接觸網(wǎng)下錨。隧道內(nèi)彈簧補(bǔ)償裝置下錨的安裝方式如圖4所示,彈簧的中部和尾部均需通過(guò)隧道頂部進(jìn)行懸掛,并通過(guò)調(diào)整螺栓保持彈簧與下錨支線(xiàn)索的共線(xiàn),彈簧尾部可根據(jù)需要固定在隧道側(cè)壁或通過(guò)下錨吊柱固定。

隧道內(nèi)下錨時(shí),承力索或接觸線(xiàn)下錨的彈簧補(bǔ)償器宜分別單獨(dú)下錨。

4下錨補(bǔ)償量的計(jì)算

棘輪與墜砣組合形成的補(bǔ)償裝置,可以利用下錨高度與結(jié)構(gòu)面之間的空間提供補(bǔ)償距離,補(bǔ)償?shù)木嚯x足夠長(zhǎng),特殊情況下可以采用雙墜砣串方案,以增加補(bǔ)償距離。而壓縮式彈簧補(bǔ)償裝置依靠彈簧的伸縮提供恒定的補(bǔ)償,額定工作行程有限,補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償距離是恒定的,這就需要對(duì)受補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的伸縮長(zhǎng)度進(jìn)行更為精確的計(jì)算。

國(guó)內(nèi)采用棘輪補(bǔ)償時(shí),一般利用公式(1)進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)的伸長(zhǎng)量計(jì)算:

式中:l為導(dǎo)線(xiàn)(接觸線(xiàn)或承力索)的伸縮量;L為接觸線(xiàn)或承力索硬錨(或中錨)至補(bǔ)償器的距離;a為接觸線(xiàn)或承力索的線(xiàn)脹系數(shù);11為設(shè)計(jì)中采用的最低溫度值;12為設(shè)計(jì)中采用的最高溫度值。

公式(1)的模型較為簡(jiǎn)單,未考慮線(xiàn)材形變及張力變化等因素引起的伸縮量變化。鑒于棘輪補(bǔ)償裝置的下方一般都有足夠的補(bǔ)償距離,該計(jì)算方法可以完全滿(mǎn)足工程實(shí)際的需要。

彈簧補(bǔ)償器由于補(bǔ)償量恒定,需要更加精確地計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)的伸長(zhǎng)量,公式(2)為彈簧補(bǔ)償器的伸縮量計(jì)算公式:

式中:E為彈性模量;A為接觸線(xiàn)或承力索硬錨的截面積;T1為接觸線(xiàn)或承力索在設(shè)計(jì)最低溫度時(shí)的張力:T2為接觸線(xiàn)或承力索在設(shè)計(jì)最高溫度時(shí)的張力:W為接觸線(xiàn)或承力索單位長(zhǎng)度的重量:s為跨距。

公式(2)分為三部分,其中L×a×(12-11)為僅考慮線(xiàn)材本身的材質(zhì)特性及溫度變化的伸長(zhǎng)量,

為導(dǎo)線(xiàn)溫度變化引起的彈性收縮為弛度引起的收縮量。

線(xiàn)材本身的伸縮量扣除導(dǎo)線(xiàn)溫度變化引起的收縮量及弛度引起的收縮量后,其值更加接近導(dǎo)線(xiàn)在補(bǔ)償器位置的實(shí)際伸長(zhǎng)量。

5彈簧補(bǔ)償裝置下錨的安裝注意事項(xiàng)

5.1跨江大橋伸縮縫對(duì)下錨的影響

重慶主城區(qū)有兩江四岸,跨江大橋眾多,當(dāng)柔性接觸網(wǎng)下錨跨越大橋伸縮縫時(shí),應(yīng)特別注意橋梁伸縮縫對(duì)接觸網(wǎng)補(bǔ)償下錨的影響。

根據(jù)橋梁跨度的不同,重慶已建軌道跨江大橋的伸縮縫長(zhǎng)度一般在300~700mm,設(shè)計(jì)伸縮量最小一般±100mm,最大±385mm。當(dāng)橋梁伸縮量較小時(shí),通過(guò)減小錨段長(zhǎng)度的方式,保證導(dǎo)線(xiàn)的伸縮量與橋梁的伸縮量的總和位于彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償范圍之內(nèi)即可。但當(dāng)橋梁伸縮縫過(guò)大時(shí),比如±385mm的橋梁伸縮量已基本用完了彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償量,那么只能采用棘輪與墜砣的補(bǔ)償方式,利用棘輪下錨與橋面之間的高度來(lái)完成對(duì)接觸網(wǎng)的補(bǔ)償下錨。

5.2新線(xiàn)蠕變的影響

接觸線(xiàn)及承力索新線(xiàn)架設(shè)后,無(wú)論是否采用恒張力放線(xiàn),均無(wú)法完全克服新線(xiàn)蠕變的影響。通常情況下,采用棘輪加墜砣補(bǔ)償下錨時(shí),可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去考慮新線(xiàn)蠕變的長(zhǎng)度,然后在下錨調(diào)整時(shí)對(duì)下錨高度進(jìn)行預(yù)留,最大程度避免對(duì)下錨進(jìn)行二次調(diào)整。而且采用墜砣下錨時(shí),補(bǔ)償距離一般情況下均足夠大,很容易克服新線(xiàn)蠕變的影響。

采用彈簧補(bǔ)償裝置時(shí),新線(xiàn)蠕變將對(duì)彈簧補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償量產(chǎn)生影響,后期的調(diào)整也較為困難。施工安裝時(shí)宜對(duì)線(xiàn)材進(jìn)行超拉,以克服新線(xiàn)的蠕變量。但新線(xiàn)超拉對(duì)工藝要求較高,而且沒(méi)有較為統(tǒng)一的超拉工藝,超拉過(guò)程對(duì)接觸網(wǎng)及其零部件的影響也不易評(píng)估,所以,對(duì)新線(xiàn)接觸網(wǎng)超拉的使用案例較少。

實(shí)際下錨安裝中,施工過(guò)程一般會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去估算不同錨段長(zhǎng)度的蠕變量,采用增加臨時(shí)連接桿件的方式去克服新線(xiàn)蠕變的影響,并結(jié)合調(diào)整螺栓對(duì)下錨補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)整,最終可以避免對(duì)下錨終端進(jìn)行多次的反復(fù)拆裝,保證下錨安裝的可靠性。

5.3天氣條件對(duì)安裝的影響

一般情況下,下錨補(bǔ)償安裝曲線(xiàn)的計(jì)算,均利用氣溫與錨段長(zhǎng)度之間的關(guān)系曲線(xiàn)。但露天環(huán)境下,陽(yáng)光直曬時(shí),特別是高溫天氣,導(dǎo)線(xiàn)的溫度明顯高于氣溫,此時(shí)利用氣溫進(jìn)行彈簧補(bǔ)償裝置的調(diào)整會(huì)出現(xiàn)一定的偏差。由于導(dǎo)線(xiàn)的平均溫度不易測(cè)量,建議根據(jù)氣溫進(jìn)行彈簧補(bǔ)償器刻度調(diào)整時(shí),選擇在陰天或清晨進(jìn)行。

6結(jié)語(yǔ)

彈簧補(bǔ)償裝置在重慶地鐵線(xiàn)路中已成功運(yùn)營(yíng)10年,其具有安全性高及免維護(hù)的特性:因其外觀結(jié)構(gòu)較棘輪補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)潔,景觀效果較為明顯:特別是當(dāng)土建條件受到制約時(shí),彈簧補(bǔ)償裝置可以極大地節(jié)約限界空間,解決現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題。

當(dāng)然,彈簧補(bǔ)償裝置的運(yùn)用對(duì)設(shè)計(jì)及施工的要求更加嚴(yán)格,在使用彈簧補(bǔ)償裝置時(shí),應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn),在前期進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)預(yù)留。比如跨越大伸縮縫時(shí)的接觸網(wǎng)錨段設(shè)置須經(jīng)計(jì)算后確定,若條件不允許,必要的時(shí)候應(yīng)更換下錨補(bǔ)償?shù)姆绞健?

彈簧補(bǔ)償裝置結(jié)合合理的設(shè)計(jì)以及施工安裝工藝,將達(dá)到良好的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)效益,在充分考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下,可作為新建及改造工程接觸網(wǎng)下錨補(bǔ)償?shù)膬?yōu)質(zhì)比選方案。