1、1强风区接触网腕臂施工技术的探讨摘要：论述了针对强风区电气化铁路的接触网腕臂支持结构安装施工技术。乌阿电气化铁路艾比湖至阿拉山口段是强风区，其风害特点是起风快，持续时间长，这对接触网结构施工质量和工期控制都有较大影响。对于强风区腕臂施工的技术难题，可供借鉴的资料甚少，国内也没有相关气象条件下接触网的施工指南或相关规范。因此针对其技术难点进行了攻关，最终提出适应于兰新线强风区的腕臂支持结构施工技术方案。 关键词：接触网；强风；腕臂；施工流程；CAD 模型 Abstract：The installation technology of electrified railway catenary br
2、acket at strong wind area was discussed in this article. The section from YiBiHu to Ala Shankou of Alassane ouattara electrified railway is in a strong wind area with the characteristic of fast and lasting wind. The catenary structure construction quality and time limit for a project control has gre
3、at influence.Theres few information and lessons which can be used for reference as to overcome the technical challenge of construction of bracket at strong wind area. And at domestic theres also no catenary construction guidelines or rules related to this kind of meteorological 2condition. Therefore
4、, this research was focused on the solutions for such technical problems. a suitable bracket support structure construction technology scheme in strong wind area of the Lanzhou-Urumchi Railway was finally put forward. Key words：Overhead Contact System;strong wind;Bracket;Instruction process;CAD mode
5、l 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 1 引言 兰新线艾比湖至阿拉山口段主导风向为西北风，年平均强风日数（8 级）为 164 天，最强风力超过 12 级，其定时最强风速 46m/s，瞬时最强风速达 55m/s，阿拉山口车站由于强风影响，火车每年“停轮”时间超过 1/3。该段 K2317+000K2359+900，正线全长 42.9 公里，亘长 82条公里。大风破坏铁路设施、吹翻列车等事故时有发生。在施工过程中，必须有临时起风的应急预案，并对安装的半成品采取必要的防风保护措施。在电气化铁路接触网中，腕臂支持结构作为接触网最基本的悬挂单元至关重要。 2
6、 国内外典型腕臂支持结构形式对比分析 在国外电气化铁路中，德国、法国、日本等国家的接触网系统的应用与研究非常先进。我国的电气化铁路接触网系统设计中，在普通非风区，一般采用与德国相似的简单链形悬挂方式，腕臂结构采用整体平斜3腕臂方式，特点是结构简单，整体结构重量轻。在阿拉山口强风区，设计采用了日本的接触网腕臂结构，并在此基础上，针对本风区特点，进行了改进，主要特点是结构紧凑、零件加强、结构中调整余量小，甚至没有余量，安装精度提高。以下是几种不同的腕臂结构形式对比分析。 2.1 我国非风区平斜腕臂结构 我国旋转式平腕臂是在原德国制式上改进的，目前应用比较广泛。但是这种方式仅在普通气候条件下使用，国
7、内外尚无用于强风灾害地区的实例。在瞬时强风作用下，接触线及承力索处水平荷载大，此种腕 臂结构形式的强度及刚度，不能满足强风引起的动荷及冲击作用对接触网稳定性的要求。如下图 1 所示。 2.2 德国平斜腕臂结构 德国系列腕臂安装多采用管径 70 mm 的铝合金腕臂管及铝合金件，与腕臂连接的零部件均采用不锈钢 U 栓连接，承力索座设在腕臂端头。从力学角度分析承力索悬挂在此处结构变形较小(无悬臂端) ，平腕臂无附加弯矩。这种方式设计较严谨，承力索悬挂无节余量，要求施工精度高，但不适于强风对接触网的要求。如上图 2 所示。 2.3 法式锐角三角形腕臂结构 旋转腕臂结构为锐角三角形结构，若将压管改成平腕
8、臂结构，此种锐角结构方式要比平腕臂结构稳定。但不适于强风对接触网的要求。如下图 3 所示。 42.4 日本旋转整体腕臂结构 日本防风系统中腕臂多采用整体结构，正反定位均采用整体弯制定位管、腕臂结构。如上图 4 所示。 2.5 阿拉山口强风区旋转整体腕臂结构 本项目在多方考察并了解多风灾国家的电气化铁路接触网的腕臂结构形式前提下，结合我国新疆强风区的气候特点，设计采用防风型腕臂结构形式。此结构相对于日本的腕臂结构增加了防风支撑，零部件采用了加强型，增强了防风性能。缩小了上下底座间距，使结构更加紧凑。在弯形腕臂上增加了调节孔，适应我国铁路轨道经常由于改造造成的影响。接触网张力由普通区段的 30KN
9、 增加到 40KN，大大提高了接触网的刚性，这是防风的一项重要措施。如下图 5 所示。 3 腕臂定位结构对比和难点分析 3.1 普通区与强风区腕臂定位结构对比 普通区和强风区在腕臂管厚度、平、斜腕臂连接方式、定位管与斜腕臂的连接方式、接触网张力等结构方面有较大的差别。例如：普通区段的接触网张力为 30kN，而强风区段的接触网张力为 40kN。平、斜腕臂连接方式，普通区段为铰接（靠摩擦力固定） ，强风区为钢性连接（双螺栓固定） 。定位管与斜腕臂的连接方式，普通区段为定位钩与定位环铰接5式有缺口定位管不防脱落式连接强风区为铰接式无缺口定位管防脱落式连接。 3.2 强风区腕臂支持结构安装的难点分析
10、腕臂结构形式、悬挂方式以及接触网张力的增加等的变化，对于用静态方式模拟动态运行，需要考虑的关键参数预留需要根据施工经验和反复测试完成。 在现有的施工工艺中，根据施工精度的要求，有很多影响因素未考虑，风区腕臂结构的安装精度提高，这些影响因素必须给予考虑，但这些因素的影响，在现有的施工工艺中没有深入研究。 在强风作用下，对腕臂结构各零部件产生的风偏影响，没有任何可借鉴数据，需要在短时间内测量并预测出较准确的风偏数据。 4 腕臂支持结构精确度控制与应用 通过对强风区腕臂支持结构模型的建立及参数筛选，现场测量，测量数据筛选，CAD 模拟，腕臂预制，现场数据测量，偏差分析，修正模型，二次模拟，现场安装测
11、量和模型确定的施工优化工艺流程，从而实现其精确度控制。 4.1 腕臂支持结构施工优化工艺流程图 4.2 强风区腕臂支持结构施工技术优化网络图 64.3 各施工流程方法及分析 4.3.1CAD 模型的建立 以强风区博乐至白房子区间腕臂支持结构测量长度误差控制为例，对关键因素展开分析、模拟计算，影响腕臂支持结构数据结果的主要参数是原始数据及对各种荷载和强风影响而产生的预留参数。 关键的原始参数有：接触线拉出值、支柱限界、外轨超高、支柱斜率、上底座高度、下底座高度、承力索高度、接触线高度、承力索抬高量、接触线抬高量、各零部件设计间距、定型零部件尺寸以及连接偏差量。 预留参数有：支柱预留挠度、平腕臂预
12、留抬高值、主导风向对接触网产生的偏移值。 有了以上数据，通过 CAD 的 LISP 编程，就可计算出各零部件预制数据，并以图形的形式标示在腕臂结构中。 4.3.2 现场测量及数据筛选 在施工测量中会产生测量误差，为保证测量的精确度，采用均方根法，对每个参数测量 35 次，取多组数据的均方根做为最终的输入数据。尽量减少测量误差。这样才能保证较高的精确度。通过博乐白房子区间采样 38 组（各 3 次测量）腕臂支持结构原始测量数据，最终选择的原始数据输入表见表 1。 表 1 强风区博白区间接触网腕臂测量原始数据表 mm 74.3.3CAD 模拟 以下列出几种不同安装形式腕臂模拟图： BB-11；BB
13、-24 支柱的分析模拟数据，如图 8 所示。 4.3.4 腕臂预制安装及现场数据测量 根据 CAD 模拟图，进行腕臂预制，对博乐车站第一锚段进行安装和接触网架设及调整，每天对接触网各参数进行测量，并要求采集各级风作用下，接触网的动态数据，经历了 10 天，完成了此项工作，10 天中，有五天 34 级风，两天 56 级风，两天 89 级风，一天达到 12 级风，将第 9 天的 12 级风时采集的数据进行分析，分析结果，见表 2。 表 2 博乐至白房子腕臂支持结构缺陷调查统计表 mm 通过上表分析得不合格率 8.36%，合格率 91.64%。 4.3.5 偏差分析及修正模型 通过以上见表 3 的分
14、析，我们发现，强风环境和新的腕臂结构形式给整个支持结构产生了很大影响，主要表现在，平腕臂水平度为负值、导高降低、拉出值向支柱反侧偏移、定位管坡度偏小、L 型定位管水平度超标等。综合分析以上产生的偏差，原因如下： （1）强风时，支柱预留挠度 0.1%偏小，根据各偏移值分析，应增加到 0.15%。腕臂和线索自重增加，接触网张力增大，对支柱预留挠度的影8响考虑过小，经误差分析，应由 0.05%，增大到 0.08%。 （2）拉出值向风向方向偏移超标，说明对风偏考虑的还不够，由10mm 增加到 15mm。 （3）L 型定位管是首次使用，其水平度超标的原因，应是生产厂商制作的 L 型定位管不成直角原因造成
15、的，普遍在 93 度95 度间，在模型中应考虑为 94 度。通过以上分析，重新修改程序，修正模型，再次模拟出腕臂安装示意图。 4.3.6 二次安装及分析 根据再次模拟出的腕臂安装示意图，对乌兰达布森阿拉山口区间进行预制安装，架线和调整，在完成后，第 5 天出现了 12 级强风，经测试偏差数据见表 3。 表 3 乌阿区间腕臂支持结构缺陷调查统计表 mm 通过上表分析得不合格率 0.82%，合格率 98.18%。经分析，偏差率控制在 1%以下，达到了预期的目的。 4.3.6 模型确定及总结。 通过以上研究分析，考虑到强风区特殊的安装形式和风区环境及各种影响腕臂安装精确度的因素，利用 CAD 模拟技
16、术，最终得出了强风区腕臂支持结构精确计算模型，总结了一套强风区接触网安装工艺和施工规范，在阿拉山口风区推广应用，共完成了 82 条公里的接触网预制安装，收到了非常明显的效果，确保了一次安装到位，充分利用了强风区很少9有效施工时间。 5 结语 综上，强风接触网腕臂为不可调式刚性整体腕臂，零部件之间的安装参数相互关联，一种部件的安装参数达不到标准，会带来累计误差，影响其它部件的安装精度；通过本次计算机 CAD 模拟，解决了以上问题，大大提高了安装精度，通过施工减少强风对接触网的影响，运营后减少了维修量。 强风接触网腕臂支持结构安装的合理性和可靠性，随着乌阿铁路电气化接触网工程的顺利建成，已经得到了
17、工程实践的检验。应加强这方面的技术交流和研讨，并在有关的工程建设中加以推广应用。 参考文献 1Kieling Pusch Mann Schmieder.电气化铁道接触网规划、设计、施工J.中铁电化局集团有限公司译：中国电力出版社,2003. 2刘启明.最新电气化铁道接触网规划、设计、施工实用全书:力学M.北京：中国电力出版社,2004. 3于万聚.高速电气化接触网:力学M.成都：西南交通大学出版社,2003. 4中铁电气化局集团有限公司.TZ 10208-2008 客货共线铁路电力牵引供电工程施工技术指南S.北京：中国铁道出版社,2008. 5中铁电气化局集团有限公司.TZ 10421-2003 铁路电力工程质量检验评定标准S.北京：中国铁道出版社,2003. . 10作者简介：高义洋(1978) ,男，工程师, 2003 年毕业于兰州交通大学
