地铁柔性接触网无轨道施工关键技术研究

刘铁兵

（中铁建大桥工程局集团电气化工程有限公司 天津 300300）

1 引言

当前，在地铁柔性接触网施工中，通常采用轨道铺设之后进行接触网施工的常规做法，按照传统的施工方法，接触网的测量及下部工程施工，要等到路基成型、钢轨铺设整道完成后才进行［1］。然而，轨道铺通后，在接触网施工的同时，环网电缆、通信、信号、机电、给排水等多个专业同时进场施工，作业交叉严重，施工位置易发生冲突。接触网腕臂、定位管、定位管支撑、门型横梁等材料生产周期长、安装工序多、安装精度要求高，若不提前定测及订货，将严重影响接触网工期。同时，轨道铺通之后，接触网进行基坑开挖时易污染道砟，基坑坍塌威胁道床，更无法采用挖掘机、混凝土罐车、汽车吊等机械设备进场施工，施工效率低下，施工工期更为紧张。

2 无轨道施工主要优越性

地铁柔性接触网采用无轨道施工，可摆脱对轨道的依赖，在轨道铺设前进行接触网施工，具有以下优越性：

（1）减少了对轨道的依赖性，可在路基完成之后即进行接触网连续施工，无需等待轨道铺设，有效缩短了施工工期。

（2）可大量使用机械设备，减少了人工施工难度，提高了工效，降低了成本。由于此时轨道尚未铺设，基坑开挖、基础浇筑、支柱组立及横梁架设等工序中可使用挖掘机、混凝土罐车、汽车吊等机械设备完成，机械化程度高，施工质量好。

（3）有效避免了道砟污染［2］，减少了对道床的威胁。基坑开挖时，产生的大量弃土可及时清运，避免了对道床的污染，同时，由于基坑较深，一旦发生基坑坍塌，可及时采取措施，避免对道床及轨道产生威胁。

（4）可以避免由于接触网基础与综合管线以及水沟、给排水管道位置相互重叠而引起的返工现象［3］。轨道铺设前，其他专业尚未开始施工，此时进行接触网施工，可减少与其他专业交叉施工，且其他专业可以接触网基础为基准，合理排布，避免了相互冲突。

3 地铁柔性接触网无轨道施工原理

无轨测量技术是地铁施工技术的一项重要发展［4］，是无轨施工技术的基础。地铁柔性接触网无轨道施工原理：以现场测量数据为基础，结合土建、铺轨专业交桩点坐标，在轨道桩坐标图中绘制接触网坐标点位，计算出相应点位坐标，通过全站仪确定支柱及拉线基础位置、线路中心；采用水准仪结合水准点及轨面高程，确定基础面及轨面高差等。建立数学计算模型，结合施工图纸及计算公式，编制施工表格，作为现场施工依据。

在无轨道环境下，通过现场测量数据、腕臂计算、吊弦计算、门型架节点计算等施工工序及验收标准进行材料工厂化预制，材料及设备现场一次性安装、调整完毕，在轨道铺设前完成承力索安装、吊弦计算及预制等全部接触网施工工序。而后，在轨道精调、锁定的同时，由检测人员通过现场试验及DJJ-8多功能接触网检测仪器进行接触悬挂导高、拉出值、导线坡度等数值检测，采用研发的“一种可拆装式地铁接触网冷滑检测装置”对接触网进行冷滑检测，克服缺陷，形成施工工艺。

4 施工关键技术要点

4.1 支柱桩、拉线基础桩及对应线路中心桩点位坐标计算

（1）对柔性接触网平面布置图进行复核，支柱、拉线基础、跨距、拉出值、限界等均布置无误，且与现场相符。

（2）确定起测点及复核点。依据道岔岔心里程等作为起测点［5］，道岔支柱定位点设置为距离理论岔心处3 m，以建（构）筑物、桥梁等作为复核点。

（3）根据接触网平面布置图将支柱、拉线基础等点位合理标注在轨道桩坐标图中。

（4）在轨道桩坐标图中计算出支柱桩、拉线基础桩点位坐标及对应线路中心桩点位坐标，得出相应支柱点位坐标（见表1）。

表1 接触网支柱基础中心坐标

（5）计算支柱、拉线基础处轨面高程，通过轨道专业线路调线调坡资料及铺轨里程和轨面高程之间的关系，在施工图纸上模拟出支柱、拉线基础处轨面高程。

（6）计算曲线段基础轨面高程，需考虑外轨超高，通过两轨面高程之和除以2计算出轨面连线中心点处高程，高程为对应支柱处轨面高程。

曲线段线路中心处轨面高程计算方法如下：

式中，Hi为对应支柱处轨面高程；HZ为变坡点高程；L为支柱点距变坡点距离；i为坡度（‰），升坡段为“＋”，降坡段为“－”；H为轨面连线中心处高程；h1为内轨轨面高程；h2为外轨轨面高程。

4.2 支柱桩、拉线基础桩及对应线路中心桩点位坐标测量、定位

无轨道条件下，地铁柔性接触网支柱桩、基础桩及对应线路中心桩点位坐标测量、定位操作要点如下：

（1）结合Excel与AutoCAD使用全站仪进行接触网无轨测量的方法［6］，利用全站仪及棱镜对计算出的支柱桩、拉线基础桩点位坐标进行放样、测量，放样、测量后的点位在路基面做好标记，即为支柱、拉线基础位置，如图1、图2所示。

图1 支柱、拉线基础及线路中心桩定测、放样

图2 基础面及轨面高程定测、放样

（2）利用全站仪对计算出的线路中心桩点位坐标进行放样、测量，放样、测量后的点位在路基面做好标记，即为轨道线路中心位置。

（3）棱镜分别设置在2个控制点上，采用后方交汇法，全站仪进行自由设站，通过棱镜对线路中心桩、支柱桩、拉线基础桩进行放样、定位。

（4）一个整锚段测量后，对此锚段全长进行复核，无误后继续进行测量［7］。

（5）放样完成后，利用水准仪及塔尺结合基准点进行轨面高程测量，定测出轨面位置。

（6）根据拉线基础面、支柱基础面距轨面高差及轨面位置确定出基础面浇筑高程，其中曲线段处取两轨面高程位置的平均值。

（7）根据定测出的支柱基础、拉线基础距路基面的高差，确定出基础基坑开挖深度及基础面露出路基面高度。

4.3 基础浇筑、支柱组立、横梁定测及腕臂计算

无轨道条件下，地铁柔性接触网基础浇筑、支柱组立、门型横梁定测、腕臂计算及材料订货操作要点如下：

（1）根据接触网支柱桩、拉线基础桩、基坑开挖深度、基坑尺寸等进行基坑开挖。

（2）根据支柱基础露出路基面高度设置基础模板，复测基础中心距线路中心限界，打垫层、置钢筋，进行基础浇筑、养护及拆模。

（3）支柱组立、整正，通过灌水软管和线路中心桩高程，在支柱表面标记红线，即在一条软管中灌入一定量的水，软管一端紧靠支柱表面，另一端紧靠线路中心桩并竖直上下调节软管，待软管内液面与线路中心桩顶端平齐时，用红色记号笔配合水平尺在紧靠支柱侧软管液面与支柱表面平齐处画上一条水平线，即为支柱红线，如图3所示。

图3 支柱红线标记

（4）在门型架支柱间拉测量尺，定测门型横梁长度，复测支柱中心距线路中心距离。

（5）根据腕臂装配技术要求，结合无轨道条件下确定的支柱线路中心、侧面限界、支柱倾斜率、外轨超高、轨面标高等各项参数，编制腕臂计算公式，坐标法计算支柱装配可以达到精确定位以及精确分析的目的［8］。

（6）计算出每一组悬挂平腕臂、斜腕臂、定位管、定位管支撑、腕臂支撑等各零部件安装长度，在计算表格中依据长度及支柱编号进行分类编制。

（7）根据腕臂各零部件计算数据及门型横梁定测数据进行材料订货。

4.4 门型横梁架设、腕臂安装、承力索架设及高度测量

地铁柔性接触网门型横梁架设、腕臂安装、承力索架设及高度测量操作要点如下：

（1）在地面通过横梁连接套管进行门型横梁之间的拼接，采用汽车吊吊起门型横梁，电焊工在吊篮内进行门型横梁之间及门型横梁与门型架支柱间的焊接，完成门型横梁架设。

（2）根据腕臂计算结果及装配型式、定位型式，对腕臂进行预配、安装及复核，即在支柱上安装悬挂装置，而后，从悬挂装置中的双线支撑线夹竖直下垂一个线坠，线坠与悬挂装置中的定位线夹位于同一条竖直线上，线坠、定位线夹与线路中心桩的水平间距即为拉出值，同时，用测量尺测量出线坠从双线支撑线夹竖直下垂至线路中心桩的竖直高度，即为承力索高度，均要满足设计要求，如图4所示。

图4 地铁柔性接触网支柱腕臂安装及复核

（3）无轨道条件下，采用汽车及平板车对承力索进行带张力架设，承力索架设、超拉、安装及固定完毕后，针对曲线区段建立数学模型，通过对路基面至承力索底面高度、水准点高程、轨面高程、外轨超高、侧面限界、悬挂点跨距等参数进行计算，得出吊弦计算长度并进行预制，需满足悬挂点处接触线距轨面高度的允许偏差应为±30 mm［9］，其中承力索距轨面高度及承力索距支柱中心长度计算如下（见图5）。

图5 地铁柔性接触网承力索安装计算模拟

式中，H2为承力索底部至曲线线路中心高度；H3为承力索底部至路基面高度；H4为路基面至曲线线路中心轨面高度；h1为路基面至低轨面高度；h为外轨超高高度；L为轨道间距1 435 mm；h2为曲线段轨面连线线路中心高程；h3为路基面高程；h4为外轨轨面高程；h5为内轨轨面高程；a为拉出值；L1为支柱侧面限界；h、L、a均为已知条件；h2、h3、h4、h5可通过高程水准基准点引入并计算得出；H3可通过激光测量仪定测得出。

通过公式（3）、（4）、（5）可计算出承力索底部至曲线线路中心高度，通过公式（3）、（6）可计算出承力索距支柱中心距离。

5 施工情况及应用效果

天津地铁5号线双街停车场柔性接触网施工采用无轨道施工技术，在轨道铺设前完成了基础浇筑、支柱组立及整正、腕臂预制及安装、承力索架设、吊弦预制等大部分接触网施工工序，极大地缩短了工期，轨道精调完成之后，采用DJJ-8对接触网导高、拉出值等数据进行了检测，经检测，接触网指标均满足施工技术要求，采用“一种可拆装式冷滑检测装置”对柔性接触网进行了检测，接触网所需克服缺陷极少，达到了预期目标。

6 其他有关事项说明

在轨道未铺设时进行地铁柔性接触网施工具有极大的优点，但同时存在一定风险，需注意以下事项：

（1）加强与轨道专业沟通与交流，确保轨道交桩数据的准确性及最终性，轨道参数一旦发生变化，接触网数据要及时做出相应调整，避免接触网返工或报废。

（2）施工现场机械设备较多，需加强安全管理，施工工器具及机电设备的管理是施工高效进行的保障，不规范的停放与使用都会对未知第三者产生机械伤害的危险［10］。

（3）接触网施工完成时，其他专业尚未完成，各种施工机械来回穿梭，要加强接触网支柱、基础、承力索等材料及设备的成品保护，避免遭受损失。

（4）接触网测量数据要精确，减少误差，相应计算公式推导、刻画要准确。

（5）承力索实际高度在钢轨不到位时测量较繁琐，对吊弦的计算精度影响也较大［11］。

7 结束语

在总结目前地铁柔性接触网施工方法的基础上，对无轨道施工关键技术进行了论述，通过本文的论述，在地铁轨道铺设前，地铁柔性接触网可以完成承力索架设、安装及吊弦预制等大部分接触网施工工序，经过检测，完全满足接触网相关技术要求。地铁柔性接触网无轨道施工关键技术适用于地铁车辆段、停车场、地铁高架站、城市轻轨等柔性接触网施工，同时对电气化铁路接触网无轨道施工具有借鉴作用。由于接触线中存在大量的硬点，受电弓运行至此处时，其接触压力会显著增加［12］，“一种可拆装式地铁接触网冷滑检测装置”的应用，提高了接触网检测及调整精度，对柔性接触网锚段关节、中心锚结、线岔、电分段等接触网重难点部位具有显著改善作用，值得推广使用。