中低速磁浮道岔安裝調試技術

周 文

(中國鐵建重工集團股份有限公司 湖南長沙 410100)

1 引言

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

長沙磁浮快線為我國首條自主設計、施工、管理的中低速磁浮交通工程，其技術新、工藝新、標準嚴、精度高、施工難度大，且國內無任何施工借鑒經驗[6]。中低速磁浮道岔首次在正線高架橋上進行安裝施工，首次進行道岔控制系統(tǒng)與信號聯(lián)鎖、車輛聯(lián)合調試，需要解決長大件運輸、困難條件下長大結構件精確吊裝、磁浮道岔基礎平臺精確定位、磁浮道岔單調及聯(lián)調等技術難題，其施工技術填補國內空白。

2 工程概況

長沙磁浮工程為銜接長沙南高鐵站與黃花機場的軌道交通線路，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‰，設計速度為100 km/h。全線共設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備，引導列車換線運行，采用整體移動鋼梁結構，屬于結構復雜的機電設備，長沙磁浮快線道岔結構組成如圖1所示，道岔全長32.646 m，總質量約70 t。

圖1 中低速磁浮道岔結構組成

3 安裝調試方案及施工難點

3.1 安裝調試方案及工藝流程

中低速磁浮道岔包括基礎、結構件和控制系統(tǒng)三大部分，安裝調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行:基礎→結構件→控制系統(tǒng)。工藝流程為:施工準備→基礎施工(支撐角安裝→基礎板安裝→基礎平臺混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護)→吊裝臺車→吊裝鉸軸連桿→吊裝道岔梁→調整道岔梁線型→安裝角平分裝置→吊裝F型導軌→調整F型導軌線型→安裝驅動裝置→安裝鎖定裝置→安裝控制系統(tǒng)→道岔單調(道岔靜態(tài)調試→道岔電動轉轍調試)→道岔聯(lián)合調試→車岔聯(lián)合調試→涂裝修復及標識→環(huán)境恢復。

3.2 施工難點

3.2.1 基礎板定位精度要求高

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)場進行安裝模式，如果道岔基礎板安裝位置偏差超出容許值將導致道岔與相鄰軌排無法正確對接，影響行車，嚴重時需要將道岔基礎平臺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、磁浮機場站起吊高度大，吊點距離遠，需要采用300 t大型自行走輪胎式吊機。橋面遮擋了吊機操作人員視線，吊裝時需要橋上指揮人員對操作人員指揮，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

道岔控制系統(tǒng)與通訊信號系統(tǒng)按照接口協(xié)議分別由道岔設計單位、通訊信號系統(tǒng)設計單位進行設計，道岔、通訊信號系統(tǒng)安裝完成后需要進行聯(lián)合調試，解決聯(lián)鎖中心與道岔控制之間控制指令下達、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 安裝調試關鍵技術

4.1 基礎板安裝

4.1.1 基礎板定位點坐標計算

中低速磁浮道岔基礎板包括固定垛梁基礎板、1#～4#臺車基礎板、鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ回轉中心基礎板、驅動減速機電機基礎板、鎖定裝置基礎板，除鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ旋轉中心基礎只有1個定位點、驅動基礎有2個定位點外，其余每個基礎板有4個定位點，整組道岔共36個定位點，如圖2所示。

圖2 中低速磁浮道岔基礎布置

由于道岔岔心與大地坐標原點、道岔中心線與大地坐標軸都不重合，因此不能由設計圖直接得到定位點的放樣坐標值，需要通過變換進行計算定位點的坐標值，以便安裝時進行放樣。計算過程如下:

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

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

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

圖3 基礎板定位點坐標轉換

舉例計算長沙磁浮快線車輛段L3道岔(右開道岔)基礎板定位坐標:

已知岔心、岔前定位點及岔后定位點坐標分別為(56 886.408 7，94 657.874 7)、(56 888.415 9，94 598.069 5)、(56 884.995 3，94 699.989 7)，計算得到基礎定位點坐標如表1所示。

表1 長沙磁浮快線車輛段L3道岔基礎板定位坐標

4.1.2 基礎板定位基準放樣

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

圖4 基礎板定位點測量放樣

4.1.3 基礎板安裝

為了保證基礎板安裝精度，采用二次澆筑混凝土工藝，如圖5所示。一次澆筑混凝土時將初步定位的基礎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時支撐角不發(fā)生位置移動。二次澆筑混凝土時將定位好的基礎板與支撐角焊接為整體結構，保證二次澆筑混凝土時基礎板不會發(fā)生位移，長沙磁浮道岔基礎板安裝完成后基礎板位置偏差小于1 mm，從而保證了道岔上部結構有良好精度的基礎平臺。

圖5 基礎平臺二次澆筑示意

4.2 結構件吊裝

4.2.1 大部件吊裝

采用自下而上的原則依次吊裝道岔結構件，為了減小吊裝量，先將鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ分別和1#、2#臺車預組裝。首先吊裝處于最下部的固定端垛梁，鉸軸連桿Ⅰ、Ⅱ，1#～4#臺車，活動端垛梁，然后依次吊裝主動梁、1#從動梁、2#從動梁。由于3#、4#臺車吊裝到臺車行軌道時接觸面較小，因此需臨時進行固定支撐，待與主動梁用螺栓連接后方可去掉臨時支撐。大部件吊裝完成后對道岔梁前后位置、中線位置、線形進行調整，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。按順序將F型鋼吊裝到已調整好道岔梁上，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個角平分裝置，將角平分裝置在道岔平臺上組裝好，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F型鋼進行調整，使道岔全長、F型鋼直線度、F型鋼磁浮面平面度、軌距、軌縫滿足設計要求。

(1)兩端垛梁F型鋼調整

選取垛梁F型鋼兩端螺栓孔為定位基準，如圖6所示，采用與基礎板定位孔坐標計算方法計算該定位基準坐標值。利用CPⅢ控制點對全站儀自由設站，根據垛梁F型鋼兩端定位基準坐標調整F型鋼位置，偏差控制在1 mm以內，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

(2)F型鋼磁極面平面度調整、軌縫調整、直線度及軌距調整

以兩端垛梁基礎為基準調整F型鋼磁極面平面度、軌縫、直線度及軌距。由于同一段內道岔梁F型鋼安裝面為高精度機床一次裝卡機加而成，F(xiàn)型鋼磁極面平面度通常吊裝完成就能滿足設計，F(xiàn)型鋼磁極面度只需測量復核。道岔全長范圍內通過增減墊片調整道岔支座高度使F型鋼磁極面度滿足設計要求: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F型鋼進行微調，保證軌距偏差小于1 mm。在垛梁F型鋼側面磁極面往上50 mm處拉一直徑為0.5 mm鋼絲弦線，拉力不小于5 kN，用角尺及精度達到0.5 mm的直尺測量F型鋼側面直線度，對不滿足要求的地點進行調整，達到設計要求:小于1 mm/3 m，全長小于3 mm。

4.2.3 驅動系統(tǒng)、鎖定系統(tǒng)吊裝

驅動系統(tǒng)位于道岔直線位主動梁下，安裝時需要將主動梁移至側線位置，方便吊裝驅動系統(tǒng)減速機及減速電機。吊裝前先在驅動系統(tǒng)基礎板上對減速機底座進行初步放樣，然后將減速機吊放到底座上，轉動搖臂將擺臂導輥滑入與主動梁相連的導槽內。通過調節(jié)支擋架上調整螺栓伸出長度對減速機位置進行精調，滿足導輥與導槽內壁間距(3±1)mm，道岔轉轍后主動梁上F型導軌與垛梁F型導軌橫向錯位小于1 mm設計要求。

吊裝鎖定系統(tǒng)時，先進行預組裝，保證安裝同一個直插銷的兩個直插銷座同軸度，安裝后直插銷能用手輕松推動為合格。用手拉葫蘆將鎖定裝置安裝板吊至主動梁底板位置，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，為后面左右調整預留相同調整量。

4.3 控制系統(tǒng)安裝

電控柜吊裝到電控制基礎平臺上，鋪設電纜鍍鋅鋼管，連接行程開關的低壓控制電纜與連接電機的高壓動力電纜分別用不同電纜鍍鋅鋼管進行布線，鋼管端部用密封接頭與電纜波紋管相連。按標準對電纜進行加壓試驗后再按照設計圖連接行程開關、電機及電控柜，接線時按圖制作端子，按圖封裝線號，連接時注意接頭密封做到位，避免使用中水汽粉塵進入。最后對電纜進行分類整理，布置整齊美觀。

4.4 調試

4.4.1 道岔單機調試

(1)手動調試。用手搖動鎖定電機進行鎖定系統(tǒng)解鎖及鎖定，測試直插銷在解鎖及鎖定過程是否有卡阻，是否滑順；用手搖動驅動電機進行道岔轉轍，測試轉轍過程是否有異響，是否平穩(wěn)，轉轍前后道岔線型是否變化等。

(2)電動調試。上電前仔細檢查所有電纜全部按設計圖正確連接，為避免漏項，用檢點表逐項檢查。電動調試的順序為:電動解鎖調試→電動鎖定調試→電動轉轍調試→點動試驗→連續(xù)轉轍試驗→模擬集中控制轉轍試驗。電動調試過程應注意觀察道岔運行是否平穩(wěn)，道岔起動停止不能有過大的沖擊，解鎖、鎖定、轉轍正常，轉轍時間滿足要求，轉轍前后道岔線形穩(wěn)定。所有單項調試完成后進行50次連續(xù)轉轍試驗，各項指標應滿足設計和標準要求。

4.4.2 線路通訊信號聯(lián)調

道岔單機調試完成后再進行道岔控制系統(tǒng)與線路通訊信號系統(tǒng)聯(lián)合調試，調試道岔與通訊信號系統(tǒng)接口是否滿足要求。調試內容包括:道岔監(jiān)測信息傳輸、車控室人工對道岔進行操控、信號系統(tǒng)對道岔進行集中操控。

4.4.3 車岔聯(lián)調

車輛通過時對道岔有振動激勵作用，車輛道岔容易產生耦合振動[10]，車岔聯(lián)合調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)調應在車輛、道岔、線路、供電、通訊信號、限界等所有相關系統(tǒng)調試完成后進行，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，測試車輛、道岔振動加速度、振動位移等響應值，各項測試值應在容許范圍內。長沙磁浮快線道岔在車岔聯(lián)調時出現(xiàn)了車岔耦合振動情況，初期通過在道岔梁內裝填沙袋、后期在道岔梁內安裝阻力器解決車岔耦合振動問題[11-12]。

5 結束語

中低速磁浮道岔首次在運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驗。根據幾何關系由設計給定岔心、岔前、岔后控制點坐標計算道岔基礎板定位孔、道岔梁基準點及軌排基準點坐標，采用CPⅢ測量控制方法對基準點進行精確放樣。二次澆筑混凝土工藝安裝基礎板，有效保證了基礎板安裝精度，為道岔結構件及F型鋼安裝提供精確定位。通過解決道岔單調、聯(lián)調和車岔聯(lián)調出現(xiàn)的問題，最終實現(xiàn)磁浮車輛通過磁浮道岔時運行平穩(wěn)舒適。長沙磁浮快線已成功載客運營約4周年，全線7磁浮道岔運行狀況良好，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用起到重要作用。