地鐵柔性接觸網無軌道施工關鍵技術研究

劉鐵兵

（中鐵建大橋工程局集團電氣化工程有限公司 天津 300300）

1 引言

當前，在地鐵柔性接觸網施工中，通常采用軌道鋪設之后進行接觸網施工的常規做法，按照傳統的施工方法，接觸網的測量及下部工程施工，要等到路基成型、鋼軌鋪設整道完成后才進行［1］。然而，軌道鋪通后，在接觸網施工的同時，環網電纜、通信、信號、機電、給排水等多個專業同時進場施工，作業交叉嚴重，施工位置易發生沖突。接觸網腕臂、定位管、定位管支撐、門型橫梁等材料生產周期長、安裝工序多、安裝精度要求高，若不提前定測及訂貨，將嚴重影響接觸網工期。同時，軌道鋪通之后，接觸網進行基坑開挖時易污染道砟，基坑坍塌威脅道床，更無法采用挖掘機、混凝土罐車、汽車吊等機械設備進場施工，施工效率低下，施工工期更為緊張。

2 無軌道施工主要優越性

地鐵柔性接觸網采用無軌道施工，可擺脫對軌道的依賴，在軌道鋪設前進行接觸網施工，具有以下優越性：

（1）減少了對軌道的依賴性，可在路基完成之后即進行接觸網連續施工，無需等待軌道鋪設，有效縮短了施工工期。

（2）可大量使用機械設備，減少了人工施工難度，提高了工效，降低了成本。由于此時軌道尚未鋪設，基坑開挖、基礎澆筑、支柱組立及橫梁架設等工序中可使用挖掘機、混凝土罐車、汽車吊等機械設備完成，機械化程度高，施工質量好。

（3）有效避免了道砟污染［2］，減少了對道床的威脅。基坑開挖時，產生的大量棄土可及時清運，避免了對道床的污染，同時，由于基坑較深，一旦發生基坑坍塌，可及時采取措施，避免對道床及軌道產生威脅。

（4）可以避免由于接觸網基礎與綜合管線以及水溝、給排水管道位置相互重疊而引起的返工現象［3］。軌道鋪設前，其他專業尚未開始施工，此時進行接觸網施工，可減少與其他專業交叉施工，且其他專業可以接觸網基礎為基準，合理排布，避免了相互沖突。

3 地鐵柔性接觸網無軌道施工原理

無軌測量技術是地鐵施工技術的一項重要發展［4］，是無軌施工技術的基礎。地鐵柔性接觸網無軌道施工原理：以現場測量數據為基礎，結合土建、鋪軌專業交樁點坐標，在軌道樁坐標圖中繪制接觸網坐標點位，計算出相應點位坐標，通過全站儀確定支柱及拉線基礎位置、線路中心；采用水準儀結合水準點及軌面高程，確定基礎面及軌面高差等。建立數學計算模型，結合施工圖紙及計算公式，編制施工表格，作為現場施工依據。

在無軌道環境下，通過現場測量數據、腕臂計算、吊弦計算、門型架節點計算等施工工序及驗收標準進行材料工廠化預制，材料及設備現場一次性安裝、調整完畢，在軌道鋪設前完成承力索安裝、吊弦計算及預制等全部接觸網施工工序。而后，在軌道精調、鎖定的同時，由檢測人員通過現場試驗及DJJ-8多功能接觸網檢測儀器進行接觸懸掛導高、拉出值、導線坡度等數值檢測，采用研發的“一種可拆裝式地鐵接觸網冷滑檢測裝置”對接觸網進行冷滑檢測，克服缺陷，形成施工工藝。

4 施工關鍵技術要點

4.1 支柱樁、拉線基礎樁及對應線路中心樁點位坐標計算

（1）對柔性接觸網平面布置圖進行復核，支柱、拉線基礎、跨距、拉出值、限界等均布置無誤，且與現場相符。

（2）確定起測點及復核點。依據道岔岔心里程等作為起測點［5］，道岔支柱定位點設置為距離理論岔心處3 m，以建（構）筑物、橋梁等作為復核點。

（3）根據接觸網平面布置圖將支柱、拉線基礎等點位合理標注在軌道樁坐標圖中。

（4）在軌道樁坐標圖中計算出支柱樁、拉線基礎樁點位坐標及對應線路中心樁點位坐標，得出相應支柱點位坐標（見表1）。

表1 接觸網支柱基礎中心坐標

（5）計算支柱、拉線基礎處軌面高程，通過軌道專業線路調線調坡資料及鋪軌里程和軌面高程之間的關系，在施工圖紙上模擬出支柱、拉線基礎處軌面高程。

（6）計算曲線段基礎軌面高程，需考慮外軌超高，通過兩軌面高程之和除以2計算出軌面連線中心點處高程，高程為對應支柱處軌面高程。

曲線段線路中心處軌面高程計算方法如下：

式中，Hi為對應支柱處軌面高程；HZ為變坡點高程；L為支柱點距變坡點距離；i為坡度（‰），升坡段為“＋”，降坡段為“－”；H為軌面連線中心處高程；h1為內軌軌面高程；h2為外軌軌面高程。

4.2 支柱樁、拉線基礎樁及對應線路中心樁點位坐標測量、定位

無軌道條件下，地鐵柔性接觸網支柱樁、基礎樁及對應線路中心樁點位坐標測量、定位操作要點如下：

（1）結合Excel與AutoCAD使用全站儀進行接觸網無軌測量的方法［6］，利用全站儀及棱鏡對計算出的支柱樁、拉線基礎樁點位坐標進行放樣、測量，放樣、測量后的點位在路基面做好標記，即為支柱、拉線基礎位置，如圖1、圖2所示。

圖1 支柱、拉線基礎及線路中心樁定測、放樣

圖2 基礎面及軌面高程定測、放樣

（2）利用全站儀對計算出的線路中心樁點位坐標進行放樣、測量，放樣、測量后的點位在路基面做好標記，即為軌道線路中心位置。

（3）棱鏡分別設置在2個控制點上，采用后方交匯法，全站儀進行自由設站，通過棱鏡對線路中心樁、支柱樁、拉線基礎樁進行放樣、定位。

（4）一個整錨段測量后，對此錨段全長進行復核，無誤后繼續進行測量［7］。

（5）放樣完成后，利用水準儀及塔尺結合基準點進行軌面高程測量，定測出軌面位置。

（6）根據拉線基礎面、支柱基礎面距軌面高差及軌面位置確定出基礎面澆筑高程，其中曲線段處取兩軌面高程位置的平均值。

（7）根據定測出的支柱基礎、拉線基礎距路基面的高差，確定出基礎基坑開挖深度及基礎面露出路基面高度。

4.3 基礎澆筑、支柱組立、橫梁定測及腕臂計算

無軌道條件下，地鐵柔性接觸網基礎澆筑、支柱組立、門型橫梁定測、腕臂計算及材料訂貨操作要點如下：

（1）根據接觸網支柱樁、拉線基礎樁、基坑開挖深度、基坑尺寸等進行基坑開挖。

（2）根據支柱基礎露出路基面高度設置基礎模板，復測基礎中心距線路中心限界，打墊層、置鋼筋，進行基礎澆筑、養護及拆模。

（3）支柱組立、整正，通過灌水軟管和線路中心樁高程，在支柱表面標記紅線，即在一條軟管中灌入一定量的水，軟管一端緊靠支柱表面，另一端緊靠線路中心樁并豎直上下調節軟管，待軟管內液面與線路中心樁頂端平齊時，用紅色記號筆配合水平尺在緊靠支柱側軟管液面與支柱表面平齊處畫上一條水平線，即為支柱紅線，如圖3所示。

圖3 支柱紅線標記

（4）在門型架支柱間拉測量尺，定測門型橫梁長度，復測支柱中心距線路中心距離。

（5）根據腕臂裝配技術要求，結合無軌道條件下確定的支柱線路中心、側面限界、支柱傾斜率、外軌超高、軌面標高等各項參數，編制腕臂計算公式，坐標法計算支柱裝配可以達到精確定位以及精確分析的目的［8］。

（6）計算出每一組懸掛平腕臂、斜腕臂、定位管、定位管支撐、腕臂支撐等各零部件安裝長度，在計算表格中依據長度及支柱編號進行分類編制。

（7）根據腕臂各零部件計算數據及門型橫梁定測數據進行材料訂貨。

4.4 門型橫梁架設、腕臂安裝、承力索架設及高度測量

地鐵柔性接觸網門型橫梁架設、腕臂安裝、承力索架設及高度測量操作要點如下：

（1）在地面通過橫梁連接套管進行門型橫梁之間的拼接，采用汽車吊吊起門型橫梁，電焊工在吊籃內進行門型橫梁之間及門型橫梁與門型架支柱間的焊接，完成門型橫梁架設。

（2）根據腕臂計算結果及裝配型式、定位型式，對腕臂進行預配、安裝及復核，即在支柱上安裝懸掛裝置，而后，從懸掛裝置中的雙線支撐線夾豎直下垂一個線墜，線墜與懸掛裝置中的定位線夾位于同一條豎直線上，線墜、定位線夾與線路中心樁的水平間距即為拉出值，同時，用測量尺測量出線墜從雙線支撐線夾豎直下垂至線路中心樁的豎直高度，即為承力索高度，均要滿足設計要求，如圖4所示。

圖4 地鐵柔性接觸網支柱腕臂安裝及復核

（3）無軌道條件下，采用汽車及平板車對承力索進行帶張力架設，承力索架設、超拉、安裝及固定完畢后，針對曲線區段建立數學模型，通過對路基面至承力索底面高度、水準點高程、軌面高程、外軌超高、側面限界、懸掛點跨距等參數進行計算，得出吊弦計算長度并進行預制，需滿足懸掛點處接觸線距軌面高度的允許偏差應為±30 mm［9］，其中承力索距軌面高度及承力索距支柱中心長度計算如下（見圖5）。

圖5 地鐵柔性接觸網承力索安裝計算模擬

式中，H2為承力索底部至曲線線路中心高度；H3為承力索底部至路基面高度；H4為路基面至曲線線路中心軌面高度；h1為路基面至低軌面高度；h為外軌超高高度；L為軌道間距1 435 mm；h2為曲線段軌面連線線路中心高程；h3為路基面高程；h4為外軌軌面高程；h5為內軌軌面高程；a為拉出值；L1為支柱側面限界；h、L、a均為已知條件；h2、h3、h4、h5可通過高程水準基準點引入并計算得出；H3可通過激光測量儀定測得出。

通過公式（3）、（4）、（5）可計算出承力索底部至曲線線路中心高度，通過公式（3）、（6）可計算出承力索距支柱中心距離。

5 施工情況及應用效果

天津地鐵5號線雙街停車場柔性接觸網施工采用無軌道施工技術，在軌道鋪設前完成了基礎澆筑、支柱組立及整正、腕臂預制及安裝、承力索架設、吊弦預制等大部分接觸網施工工序，極大地縮短了工期，軌道精調完成之后，采用DJJ-8對接觸網導高、拉出值等數據進行了檢測，經檢測，接觸網指標均滿足施工技術要求，采用“一種可拆裝式冷滑檢測裝置”對柔性接觸網進行了檢測，接觸網所需克服缺陷極少，達到了預期目標。

6 其他有關事項說明

在軌道未鋪設時進行地鐵柔性接觸網施工具有極大的優點，但同時存在一定風險，需注意以下事項：

（1）加強與軌道專業溝通與交流，確保軌道交樁數據的準確性及最終性，軌道參數一旦發生變化，接觸網數據要及時做出相應調整，避免接觸網返工或報廢。

（2）施工現場機械設備較多，需加強安全管理，施工工器具及機電設備的管理是施工高效進行的保障，不規范的停放與使用都會對未知第三者產生機械傷害的危險［10］。

（3）接觸網施工完成時，其他專業尚未完成，各種施工機械來回穿梭，要加強接觸網支柱、基礎、承力索等材料及設備的成品保護，避免遭受損失。

（4）接觸網測量數據要精確，減少誤差，相應計算公式推導、刻畫要準確。

（5）承力索實際高度在鋼軌不到位時測量較繁瑣，對吊弦的計算精度影響也較大［11］。

7 結束語

在總結目前地鐵柔性接觸網施工方法的基礎上，對無軌道施工關鍵技術進行了論述，通過本文的論述，在地鐵軌道鋪設前，地鐵柔性接觸網可以完成承力索架設、安裝及吊弦預制等大部分接觸網施工工序，經過檢測，完全滿足接觸網相關技術要求。地鐵柔性接觸網無軌道施工關鍵技術適用于地鐵車輛段、停車場、地鐵高架站、城市輕軌等柔性接觸網施工，同時對電氣化鐵路接觸網無軌道施工具有借鑒作用。由于接觸線中存在大量的硬點，受電弓運行至此處時，其接觸壓力會顯著增加［12］，“一種可拆裝式地鐵接觸網冷滑檢測裝置”的應用，提高了接觸網檢測及調整精度，對柔性接觸網錨段關節、中心錨結、線岔、電分段等接觸網重難點部位具有顯著改善作用，值得推廣使用。