四號線接觸軌膨脹接頭補償問題探討

摘 要：廣州地鐵四號線有30.187kM接觸軌線路運行在高架段，受天氣溫度的影響，接觸軌熱脹冷縮，會導致每個錨段接觸軌滑動，膨脹接頭作為接觸軌補償?shù)闹匾O備，在正常運行時，補償接觸軌因溫度變化引起的伸縮，確保每個錨段接觸軌中心位置不變。但是膨脹接頭在長時間運行后，會出現(xiàn)初始滑動力過大，不能有效補償接觸軌溫升變化，導致中錨偏移，引起中心錨節(jié)斷裂，嚴重威脅供電安全。

關鍵詞：膨脹接頭；補償；初始滑動力；中錨

四號線采用的是寶雞廠制作的膨脹接頭，按照錨段設置，隧道內(nèi)90m一處，隧道外75m一處（斷口除外），四號線總共設置800多處膨脹接頭。其中洞口-金洲屬于高架段，黃村-洞口屬于隧道內(nèi)。

1 膨脹接頭情況

目前四號線膨脹接頭使用年限為10年，根據(jù)《GD02廣州地鐵接觸軌檢修規(guī)程（1.0）》第9.2條膨脹接頭大修年限：

（1）隧道內(nèi)15-20年。

（2）隧道外10-15年。

四號線洞口-金洲高架段的膨脹接頭已經(jīng)進入大修范圍，特別對于經(jīng)常出現(xiàn)問題的新造-石 區(qū)間、石 -海傍區(qū)間，已經(jīng)開始在對部分現(xiàn)有膨脹接頭進行大修。如表1，對改進的膨脹接頭進行掛網(wǎng)運行。

2 膨脹接頭的作用與補償問題

膨脹接頭用于補償接觸軌系統(tǒng)因溫度變化而引起的熱脹冷縮的變化，保證接觸軌系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

但在實際運行中，由于膨脹接頭未能有效的進行伸縮滑動，導致洞口-金洲高架段接觸軌系統(tǒng)中心錨節(jié)支架偏移嚴重，有的甚至直接導致絕緣支架破裂，對運營安全造成極大的威脅。

膨脹接頭不能滿足補償問題的原因：

（1）膨脹接頭夾板接觸面磨損，在線運營的膨脹接頭運行年限長久，頻繁的滑動導致夾板與接觸軌接觸面不均與磨損，膨脹接頭不能正常伸縮。

（2）膨脹接頭電連接板摩擦力大。膨脹接頭的伸縮會引起兩塊電連接板滑動，而電連接板為了滿足載流量，兩個接觸面之間存在必要的壓力，增大了膨脹接頭初始滑動力。

（3）接觸軌錨段設計補償量不滿足裕量要求。根據(jù)接觸軌熱脹冷縮計算公式估算，設接觸軌所處環(huán)境的極限最高溫度為tmax，極限最低溫度為tmin，接觸軌的熱膨脹系數(shù)為？墜，標準錨段長度L，在極限環(huán)境溫度時的變化量為△L，則△L=？墜（tmax-tmin）L。設計時取tmax為40℃，tmin為-5℃，廣州地鐵四號線接觸軌技術規(guī)格書給出接觸軌的膨脹系數(shù)（線脹系數(shù)）為21.48×10-6/℃，代入公式，可以得出每個錨段長度在極限環(huán)境溫度時的的極限變化量△L為72.495mm，兩個錨段同時膨脹的極限變化量為△L×2=144.99mm，小于兩個錨段間的膨脹接頭補償余量200mm。如此，依照設計計算四號線接觸軌伸縮補償余量是能滿足要求的。但是上式中所取溫度為接觸軌所處環(huán)境溫度，而非接觸軌本體的溫度，接觸軌與空氣是兩種比熱容不同的介質(zhì)，在吸收同等熱量的條件下，不同介質(zhì)的氣溫變化量與該介質(zhì)的比熱容成反比，也即是同樣的熱量接觸軌的溫升要遠高于空氣的。另一方面，四號線高架段線路采用有縫線路設計，由于橋梁受溫度、外荷載及列車制動啟動影響，橋梁與軌道間發(fā)生相對位移，從而對橋梁的下部結構產(chǎn)生附加力的作用，使得四號線高架段橋梁也存在熱脹冷縮的現(xiàn)象。實際情況中，溫度變化引起的熱脹冷縮與橋梁引起的加起來，會超過膨脹接頭的補償量。（4）膨脹接頭滑動載荷設計與中心錨節(jié)支架水平載荷不符。根據(jù)絕緣支架水平載荷試驗，絕緣支架水平載荷能力為1.50kN。而在線運營的膨脹接頭或者備件膨脹接頭初始滑動力為10kN，第二次滑動為2.5kN。在溫度變化時，膨脹接頭不能及時有效的對接觸軌熱脹冷縮效應進行補償。

3 膨脹接頭問題解決方案

3.1 對現(xiàn)有膨脹接頭做技術改進

通過拉力試驗及數(shù)據(jù)表明，初步估計，按照現(xiàn)有四號線膨脹接頭的安裝情況，膨脹接頭初始滑動力一般都在2.5KN左右，是絕緣支架最大水平工作荷載1500N的7倍。因此可能在膨脹接頭尚未滑動補償?shù)臅r候，中錨絕緣支架處的受力已經(jīng)超出了最大荷載，膨脹接頭補償出現(xiàn)問題。

根據(jù)試驗情況，把在線運營的膨脹接頭進行技術改進：（1）調(diào)整夾板兩端的螺栓緊固力矩，由20N·M改為1N·M，并在螺栓兩端加鎖固膠。（2）夾板兩端棱角打磨平滑，涂抹導電膏，減少膨脹接頭移動阻力。（3）減少電連接板對初始滑動力的影響。雖然我們不能對電連接板進行改造（六號線新型的膨脹接頭就是對電連接板改造為軟銅帶連接），我們可以將膨脹接頭U型螺栓長度有16mm調(diào)整為20mm，從而減少電連接板對接觸軌初始滑動力的影響。然后用測量儀器：大電流微歐計MOM690對電連接板做電阻測試，如表2。

通過技術改進，在線運營的膨脹接頭能滿足接觸軌因溫度變化而出現(xiàn)的熱脹冷縮問題。

3.2 使用新型膨脹接頭

新型膨脹接頭改良了原有膨脹接頭的缺陷，并且在六號線運行過程中，未出現(xiàn)因溫度變化而出現(xiàn)補償問題。

技術改進點：（1）膨脹接頭銅連接板滑動摩擦改進為銅帶連接。膨脹接頭改換成銅帶連接，解決銅連接板滑動摩擦力過大問題。（2）膨脹接頭夾板加裝滾軸，使滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。膨脹接頭夾板與接觸軌的摩擦力過大，是導致膨脹接頭不能自由補償?shù)闹饕蛑唬滦团蛎浗宇^在夾板與接觸軌接觸面加裝滾軸裝置，極大較小膨脹接頭的初始摩擦力。（3）膨脹接頭夾板兩端螺栓加裝限位裝置，有效限制夾板與接觸軌接觸力。此膨脹接頭是北京衛(wèi)星制造廠制作，只是四號線南延段膨脹接頭，目前無匹配的防護罩，無法安裝，并且設備性能還有待驗證。

4 結束語

對在線運營的膨脹接頭技術改進，有效減小了膨脹接頭的滑動初始摩擦力，但是四號線高架段過長，膨脹接頭數(shù)量太多，考慮到既有運營線路人力、作業(yè)情況，無法在較短的時間內(nèi)完成對整個高架段膨脹接頭技術改造，而在線運營中，改進的膨脹接頭在運營幾年會陸續(xù)出現(xiàn)同樣的問題，不能從根本上解決膨脹接頭自由補償?shù)膯栴}。

更換新型膨脹接頭，根據(jù)目前運營經(jīng)驗以及技術分析，新型膨脹接頭制作設計作出了更改，有效的解決以往膨脹接頭自由補償?shù)膯栴}，但大規(guī)模的更換新型膨脹接頭，需要膨脹接頭數(shù)量較多，費用較高。

解決四號線膨脹接頭問題，需要根據(jù)目前線路情況以及人力物力，首先解決易出現(xiàn)問題的特殊地段（例如彎道、高架橋、不同道床之間），然后再逐步解決高架段其他地方。