地铁高架段对接触轨膨胀接头安装补偿间隙的影响分析

吉忠科

摘 要 地铁线路的接触轨除了受环境温度影响本身出现热胀冷缩的变化，这样的变化量是通过膨胀接头的间隙进行补偿的，但当接触轨布置于高架桥段时，接触轨膨胀接头的补偿间隙同时还收到桥梁的热胀冷缩和桥梁徐变的影响，本文以某条线路的实际案例，通过对不同桥梁组合对膨胀接头间隙的影响规律进行详细的分析，为后续施工和设计工作提供了建设性意见。

关键词 地铁;高架;接触轨;膨胀接头

前言

接触轨又称第三轨，作为牵引供电系统向地铁车辆传递牵引电能的一种方式，因其安装布设在车辆运行车辆旁边，能够极大地节省地铁线路隧道开挖的空间，区别于传统接触网布设在隧道顶部可以较好地节省投资，已经被国内很多城市的轨道交通线路予以采用。近几年随着城市轨道交通的迅猛发展，越来越多的地铁线路已经在向郊区延伸，为了进一步的减少投资，北京、广州、成都等大城市把地铁线路在郊区延伸段都设计成了高架线路，因为高架线路有别于地下线路的环境特殊性，而且速度又越来越快，比如广州某线路设计时速已经达到了120km/h，而且接触网供电方式采用接触轨，在全国属于首例。这样给接触轨的安装精度要求、适应高架段野外环境提出新的技术要求。

1 接触轨膨胀接头

接触轨系统由接触轨、支撑装置、防护装置、隔离开关、电缆等组成，其中接触轨、支撑装置、防护装置是该系统的三大主要构件。（见图1）

接触轨又主要由钢铝复合轨、中间接头、膨胀接头、端部弯头、电连接、中心锚结等组成，其中膨胀接头是接触轨的核心部件，国内外供货厂商都将此部件的技术作为核心技术予以保护。膨胀接头的核心作用就是用于补偿钢铝复合轨因温度变化而产生的长度变化。在实际工程中，每隔一个锚段长度安装一个膨胀接头，用来补偿接触轨的线性变化量，并保证电气连接的可靠性和集电靴平滑的从一端过渡到另一端。（见图2）

安装膨胀接头时用数字温度计测出已安装接触轨端部的温度。将温度感应点分别置于轨底、轨腹下部及钢带表面，记录读数并计算其平均值。根据记录的温度对照安装曲线间隙表进行补偿间隙的调整。补偿间隙δ为两侧间隙相加值[1]。（见图3）

2 安装过程中遇到的问题

广州某线路郊外区段占比较大，采用高架桥梁方式的线路大概有十几公里。接触轨施工安装时间是在2018年5、6月份，正属于广州比较炎热的时候。作者在该线路从事监理工作，多次检查就发现已安装的膨胀接头补偿间隙很不规律，经查询安装记录和询问现场监理、施工人员，均是严格按照作业程序在环境温度下对照安装曲线间隙表预留的补偿量预留的，操作没有问题。

经过进一步的排查，发现高架区段所有的膨胀接头都呈现出一种无规律、非设计曲线的变化。虽然补偿值没有突破膨胀接头最大补偿量，但有的膨胀接头补偿间隙比设计曲线值更大，有点比设计曲线值更小，极个别的差距又可以忽略不计。问题的暴露引起了各方的重视，由监理方组织设计、施工、运营、建设等多方召开了数次会议，最后形成了比较明确的结论。

3 补偿间隙的影响因素分析

（1）接触轨随温度的变化呈现线性热胀冷缩，变化量通过膨胀接头的补偿间隙调整，一套膨胀接头装置设计补偿量为200mm。

（2）膨胀接头补偿间隙受桥梁热胀冷缩变化量的影响。

（3）膨胀接头受接触轨锚段安装位置是否跨越桥梁伸缩缝又出现了不同的变化，有可能是叠加效应，也可能是抵消效应。连续梁的组合方式对应接触网的安装表现出来的膨胀接头间隙变化也是不一样的。

（4）膨胀接头受桥梁徐变量的影响。

以上影响因素初始设计仅考虑了第一种因素，后几种因素的叠加影响就造成了高架段接触轨膨胀接头在安装后一段时间内表现出了无规律的变化。这些影响因素的叠加是否会造成变化量突破膨胀接头的设计补偿极限，就成了所有人的担心。而这样的情况，恰恰是广州某线路特有的高速接触轨线路在高架段表现出来的技术难题。

找到了原因，就需要解决办法[2]。

4 问题的解决思路及效果

4.1 对桥梁和接触轨数据进行全面分析

（1）桥梁数据

通过设计工程师之间的联络，获取了线路桥梁专业的基础数据。见下表：

1）桥梁伸缩量

根据桥梁提资，桥梁伸缩温度考虑±20度，基准温度为20～25度。连续梁中间固定，两侧伸缩。不同长度桥梁伸缩归类为：

a.160米桥左侧±16.5mm，右侧±15.3mm.取最大值±16.5mm。

b.120米桥左侧±12.6mm，右侧±11.3mm.取最大值±12.6mm。

通过以上伸缩量折算及相关资料，桥梁混凝土的膨胀系数为10×10-6m/℃。

2）桥梁徐变量

根据桥梁专业提资，根据不同长度桥梁归类为：①160米桥十年内徐变-44mm。②120米桥十年内徐变-33mm。

（2）接触轨数据

接触轨热胀系数：20X10-6m/℃;温度范围：环境温度-5℃～45℃，考虑接触轨在负荷电流通过的情况下温度升高，接触轨设计温度按-5℃～85℃的范围考虑。

接触轨锚段长度，高架桥范围内接触轨锚段长度为60m。

4.2 对各种安装工况的叠加效应进行分析

（1）接触轨伸缩量

广州某线路高架区段接触轨设计锚段长度为60米，接触轨温度变化量?t按-5℃～85℃范围考虑，接触轨线性膨胀系数?l1取20x10-6m/℃，接触轨膨胀接头间隙变化的计算公式为?δ=Lx?l1x?t因此高架桥区段接触轨最大伸缩量：?δ=60×90×20x10-6=108mm。

（2）膨胀接头工况分类

廣州某线路高架段桥梁分为120m、160m两种连续梁两种类型，根据高架桥段膨胀接头安装位置的实际工况，主要可分为跨桥梁伸缩缝及不跨桥梁伸缩缝两类。