柔性接觸網隧道補償裝置的應用

　　隧道接觸網補償裝置是隧道施工的關鍵部分，對隧道的安全性有著重要作用，本文以深圳地鐵羅寶線二期工程為例，探討柔性接觸網隧道補償裝置。

　　《現代隧道技術》(雙月刊)創刊于1964年，由中鐵西南科學研究院有限公司 和中國土木工程學會隧道及地下工程分會共同主辦。創刊40多年來，《現代隧道技術》雜志緊緊圍繞辦刊宗旨，積極推動我國隧道及地下工程專業技術進步，深受國內隧道及地下工程專業人員的喜愛，是國內影響最大的隧道及地下工程專業期刊之一。

　　對深圳地鐵羅寶線二期工程中西鄉至固戍站隧道接觸網補償裝置的重大安全隱患進行具體分析，提出相應整改辦法，并對其實際效益與推廣價值進行了說明。

　　深圳地鐵羅寶線接觸網工程為柔性全補償簡單鏈型懸掛，使用單承力索、雙接觸線的安裝形式。下錨補償裝置是接觸網全補償系統中作用最為重要、結構最為復雜的設備之一。當溫度變化時，線索受溫度變化的影響熱脹冷縮出現伸長或縮短。錨段兩端線索下錨處安裝的補償器，在其墜砣串重力的作用下，能夠自動調整線索的張力并保持線索弛度滿足技術要求。

　　一、補償裝置問題分析

　　本文以深圳地鐵羅寶線西鄉-固戍隧道區間為例，其8處接觸網下錨補償裝置安裝底座由于受地形限制，原應安裝4根錨固螺栓的補償上底座現只安裝了3根，螺栓安裝處也存在隧道混凝土被局部開挖，在實際運行中，由于化學錨栓的化學藥劑遇到酸堿、水解作用會降低受力強度，且因施工工藝復雜，若藥劑填充不滿等其他施工質量問題，化學錨栓承受拉力時的強度迅速降低，嚴重時會導致化學錨栓脫落，造成接觸網塌網、中斷行車的巨大事故，被深圳地鐵列為R2級危險源(除自然災害外最高的安全隱患)。

　　隧道斷面安裝的補償裝置底座化學錨栓受直拉力，在化學錨栓失效時，補償裝置底座無任何防護措施，在受到3.6T的線索張力情況下補償裝置將立即拉脫。

　　補償裝置底座承受了水平的36KN張力與垂直的12KN重力，一般使用12根M20的化學錨栓，其中主要受力的是上底座的6根化學錨栓。而該隧道區間上下行的8處接觸網下錨補償底座受到地形限制安裝在隧道的橫斷面，補償上底座現只安裝了3根。一半數量的化學錨栓卻要承受了一樣的張力與重力，這樣安全隱患進一步加大。

　　二、補償裝置問題的處理

　　首先基于上節問題進行深入分析，對關鍵設備材料進行必要的設計及選型。

　　1、更改補償器的下錨方式：斷面安裝改為側面安裝。

　　化學錨栓受直拉力時，一旦化學錨栓失效底座容易拉脫。而化學錨栓受剪切力時，及時失效底座也不會直接脫落。把在隧道斷面安裝的補償裝置更改為隧道側面安裝，并且按照正常補償底座標準把上底座螺栓增加至六根，使之又近一步加大了安全系數。

　　由于原本在隧道斷面下錨的補償器更改到了馬蹄形隧道的側壁下錨。而馬蹄形隧道側壁為球面，有一定的弧度，這就需要要對補償裝置底座進行重新設計。

　　補償裝置的底座斜角需要通過測量安裝位置的地形確定。首先確保設備限界，也就是補償裝置在最靠線路側的部位必須滿足設備限界要求;接著測得棘輪位置的中心線至上底座上螺栓的距離為150mm;棘輪中心線與墜砣塊中心線重合，墜砣塊邊緣距墜砣塊中心線的距離為140mm，最終得出上底座打孔的位置必須距離線路中心線2190mm以上。利用計算出來的孔距線路中心線的距離測量得到孔的大概高度，并且需根據地形情況具體調整。最終得出補償裝置安裝范圍1.5m至2m。

　　得出補償底座安裝的高度后，以此高度范圍測量出安裝補償底座的隧道側壁的大體斜度，畫出底座設計圖。接著我們依照設計圖用木板自制一套底座的木模，并多次現場試裝比對，根據現場情況再對圖紙進行改進。再用模型確定安裝底座螺桿的具體位置，用螺桿位置的數據計算出補償裝置底座準確角度。然后通過測量得到補償底座至線路中心線的距離，在保證設備限界的情況下計算出底座主筋的長度與棘輪的位置。最后經過以上的測量與計算對補償底座的設計圖進行修改，并最終以此設計圖制造出所需要的補償裝置底座。

　　2、化學錨栓的選型

　　經市政院雷達探測，西固區間隧道壁中鋼筋網分布不均，最厚處混凝土保護層達200mm，原方案化學錨栓僅埋深170mm，化學錨栓所固定的范圍內可能沒有鋼筋分布，導致螺桿承載力效果下降。同時考慮西固區間隧道滲水情況嚴重，也容易造成原化學錨栓的失效。于是需要更換現使用的喜利得HVU型化學錨栓，選擇喜利得HIT-RE 500-SD注射粘結型藥劑，以及5.8級鋼的420*M20化學錨栓，使之直接達到鋼筋層，加強螺桿的承載力。

　　此后對選用的化學錨栓的可靠性進行深入研究。首先對新設計的補償底座受力情況進行分析， 36KN接觸線及承力索的張力全部加載在補償器上，再以三倍安全系數進行計算，也就是108KN。平均分配在主要受力的上底座的6根化學錨栓上也就是每根承載18KN的水平剪切力。豎直方向的12KN的墜砣塊以及補償底座和棘輪本身約3KN的重力，再以三倍安全系數進行計算，也就是總共45KN，通過主筋平均分配在上下底座的10根化學錨栓上也就是每根承載4.5KN的豎直剪切力。最后按照三倍安全系數所計算的上 底座化學錨栓承受合力為18.55KN。即所選化學錨栓的承載力值必須達到以上計算出的錨栓所受的合力。

　　接著我們對所選定的化學錨栓進行分析。N=0.25πd2 σy ，所使用的化學錨栓公稱直徑D為20mm;根據使用的螺桿為5.8級鋼，化學錨栓屈服強度設計值σy查找資料取為400N/mm2 ;化學錨栓錨固深度ls 取250mm;根據使用的粘結劑為A級，間距大于140mm，邊距大于70mm，隧道混凝土強度不小于C30，粘結強度設計值σbd 按最小值取為4.0N/mm2 。

　　根據計算得出化學錨栓屈服時所承載的力N為125.6KN，化學錨栓粘結破壞時所受的力F為62.8KN。

　　化學錨栓屈服承載力值與化學錨栓粘結破壞力值遠遠大于上一章節中按照三倍安全系數所分析計算出來的每個化學錨栓可能承受的力值18.55KN。此化學錨栓不但能夠達到受力要求，并且還具有一些附加屬性。此藥劑為膠狀，凝固后具有一定的防水性;使用前在注射槍內進行反應確保了螺桿的正常安裝。所以最終選定喜利得HIT-RE 500-SD注射粘結型藥劑配5.8級鋼的420*M20螺桿。

　　三、實際效益與推廣

　　將在隧道斷面下錨的接觸網補償裝置安裝形式，改造成在馬蹄形隧道側壁球面下錨的安裝形式。把原本受拉力的化學錨栓，改造成受剪切力并更換了化學錨栓型號及在數量上加多了一倍，使之提高了安全系數。此方法最終解決了深圳地鐵羅寶線西鄉至固戍站隧道補償裝置底座在隧道斷面安裝，而可能導致的補償裝置拉脫，引起接觸網塌網的問題。延長了化學錨栓的使用壽命，極大的保障了運營的安全。通過近半年的驗證，確認設備符合安全運營要求，并消除了深圳地鐵的一項R2級危險源。同時引進了一種新型的化學錨栓，使得施工的安全更加有保證并可在此后的工程當中推廣使用。