架空剛性接觸懸掛預(yù)埋滑槽研究

楊 霖，趙金鳳，陳吉剛，陳敏華

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架空剛性接觸懸掛預(yù)埋滑槽研究

楊 霖，趙金鳳，陳吉剛，陳敏華

對采用預(yù)埋滑槽進行架空剛性接觸懸掛的方案及相關(guān)產(chǎn)品進行研究，通過應(yīng)力分析、位移分析及關(guān)鍵產(chǎn)品驗證證明該方案具有一定優(yōu)勢，可延長隧道使用壽命，降低施工成本，提高設(shè)備安裝效率和安裝精度，便于運營維護及設(shè)備維修。

預(yù)埋滑槽；架空剛性接觸懸掛；應(yīng)力分析

0 引言

以往對于隧道接觸網(wǎng)系統(tǒng)，注意力多側(cè)重于土建施工、車輛及設(shè)備采購，而對設(shè)備安裝多為粗放式管理，導(dǎo)致土建工程與設(shè)備安裝的接口管理薄弱，設(shè)計變更增多。采用預(yù)埋滑槽進行接觸網(wǎng)架空剛性懸掛研究在國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域是一個新課題，是剛性接觸懸掛技術(shù)及受流理論方面的重大創(chuàng)新。采用預(yù)埋滑槽進行架空剛性接觸懸掛，對于施工和運營維護優(yōu)勢明顯，本文將對該懸掛方案及相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性、可靠性進行分析。

1 結(jié)構(gòu)形式

采用預(yù)埋滑槽作為架空剛性接觸懸掛安裝基礎(chǔ)，替代以往隧道壁現(xiàn)場安裝錨栓的安裝形式，通過槽道轉(zhuǎn)換件和與之匹配的T型雙螺栓或四螺栓懸吊水平槽鋼，絕緣子和匯流排垂直安裝在槽鋼上，從而實現(xiàn)剛性懸掛接觸網(wǎng)的垂直安裝。圖1為隧道預(yù)埋滑槽示意圖，其安裝示意如圖2所示。

圖2中2種安裝方案均涉及關(guān)鍵零部件槽道轉(zhuǎn)換件，即A型預(yù)埋槽道安裝底座（適用雙螺栓懸吊）、B型預(yù)埋槽道用懸吊底座（適用四螺栓懸吊）。鋼結(jié)構(gòu)件通過上部的2個螺栓孔與預(yù)埋滑槽的螺栓連接，下部的單孔（或雙孔）通過M20（或M16）螺栓與懸吊槽鋼連接。懸吊槽鋼、絕緣子、定位線夾及匯流排夾持導(dǎo)線，均采用既有的成熟方案。

圖1 隧道預(yù)埋滑槽

（a）A型預(yù)埋滑槽安裝（雙螺栓懸吊）

（b）B型預(yù)埋滑槽安裝（四螺栓懸吊）

圖2 隧道盾構(gòu)管片預(yù)埋架空剛性接觸懸掛

2 產(chǎn)品分析

為了檢驗預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，需對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝進行應(yīng)力及位移有限元分析。

2.1 應(yīng)力分析

圖3、圖4為A型隧道預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛方案應(yīng)力分析結(jié)果。結(jié)果表明，整體應(yīng)力最大值42 MPa，遠低于材料的屈服極限，符合材料的使用要求。

圖3 整體應(yīng)力

B型隧道預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛方案中槽道轉(zhuǎn)換件（四螺栓懸吊）的有限元計算結(jié)果表明，零件最大應(yīng)力均小于Q235B許用應(yīng)力220 MPa，滿足使用要求。

2.2 位移分析

圖5—圖7為位移仿真結(jié)果，結(jié)果表明整體位移順線路方向最大為0.2 mm，對于1 m長細桿件而言，位移較小；方向位移0.027 mm；方向位移0.036 mm。可見，該產(chǎn)品各方向位移量均較小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性較好。

圖5 整體位移

圖6 整體Y方向位移

圖7 整體Z方向位移

3 采用預(yù)埋滑槽架空剛性懸掛的優(yōu)勢

（1）注重土建施工、設(shè)備安裝精度配合以及后續(xù)接觸網(wǎng)安裝的便捷性，施工環(huán)境干凈整潔，延長隧道使用壽命。

（2）采用系統(tǒng)集成方式，形成一套完整的預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛裝置（圖8），徹底解決了以往交叉施工安裝帶來的管理和技術(shù)接口問題，為用戶提供成套產(chǎn)品，實現(xiàn)高標(biāo)準、高互換性。

圖8 隧道預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛斷面

（3）改善受力狀態(tài)，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，如圖9、圖10所示。

圖9 A型預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛—單螺栓

圖10 B型預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛—雙螺栓

4 關(guān)鍵產(chǎn)品研制驗證及實際應(yīng)用分析

通過制作小批量樣品，模擬隧道預(yù)埋滑槽結(jié)構(gòu)進行實際驗證。系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：最大垂直工作載荷3 kN，破壞荷重9 kN；最大水平工作載荷，垂直線路方向1.5 kN，破壞荷重4.5 kN；順線路方向滑動荷重2 kN，破壞荷重3 kN。驗證結(jié)果為全部合格。

京滬高鐵等高速鐵路已大量采用預(yù)埋滑槽進行接觸網(wǎng)系統(tǒng)懸掛，深圳地鐵9號線、天津地鐵5、6號線施工中采用該方案，于1～2年后投入運營使用。初步估算該方案在線路中按照9 m跨距設(shè)置，條公里產(chǎn)值約15萬元。按每年建設(shè)25條地鐵線路、50%采用該方案、平均長度50條公里保守計算，初步估算將形成9 000萬元/年的工業(yè)產(chǎn)值，市場前景廣闊，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

通過采用隧道預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛技術(shù)方案，解決預(yù)埋滑槽接觸網(wǎng)懸掛問題，提出接觸網(wǎng)懸掛的一種新思路和新方法。采用預(yù)埋滑槽進行架空剛性接觸懸掛在技術(shù)、經(jīng)濟性方面具有全面的優(yōu)勢，將成為地鐵隧道內(nèi)架空接觸網(wǎng)懸掛安裝的發(fā)展方向。隨著該方案在多條實際線路的應(yīng)用，其優(yōu)越性逐步體現(xiàn)，隧道預(yù)埋滑槽架空剛性接觸懸掛方案將得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

[1] 杜峰. 深圳地鐵9號線盾構(gòu)法隧道管片預(yù)埋滑槽設(shè)計研究及探討[J]. 隧道建設(shè)，2014，34（3）：249-253.

[2] 仵占海. 剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計若干技術(shù)問題探討[J]. 電氣化鐵道，2007（1）：60-62.

The researches are made on schemes for pre-buried steel channels based rigid suspension of overhead contact lines and related products, and the schemes are proved to be advantageous after analysis of stress & displacement and verification of key products, and are able to prolong the service life of the tunnel and lower the construction costs, improve the equipment installation efficiency and installation accuracy, convenient for operational maintenance and equipment maintenance.

Pre-buried steel channel; rigid suspension of overhead contact line; analysis of stress

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.06.017

U225.2

B

1007-936X(2018)06-0070-03

2018-03-28

楊 霖.廣州有軌電車有限責(zé)任公司，工程師；

趙金鳳.中鐵高鐵電氣裝備股份有限公司，教授級高級工程師；

陳吉剛.廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，高級工程師；

陳敏華.中鐵高鐵電氣裝備股份有限公司，工程師。