柔性接触网隧道补偿装置的应用

　　隧道接触网补偿装置是隧道施工的关键部分，对隧道的安全性有着重要作用，本文以深圳地铁罗宝线二期工程为例，探讨柔性接触网隧道补偿装置。

　　《现代隧道技术》(双月刊)创刊于1964年，由中铁西南科学研究院有限公司 和中国土木工程学会隧道及地下工程分会共同主办。创刊40多年来，《现代隧道技术》杂志紧紧围绕办刊宗旨，积极推动我国隧道及地下工程专业技术进步，深受国内隧道及地下工程专业人员的喜爱，是国内影响最大的隧道及地下工程专业期刊之一。

　　对深圳地铁罗宝线二期工程中西乡至固戍站隧道接触网补偿装置的重大安全隐患进行具体分析，提出相应整改办法，并对其实际效益与推广价值进行了说明。

　　深圳地铁罗宝线接触网工程为柔性全补偿简单链型悬挂，使用单承力索、双接触线的安装形式。下锚补偿装置是接触网全补偿系统中作用最为重要、结构最为复杂的设备之一。当温度变化时，线索受温度变化的影响热胀冷缩出现伸长或缩短。锚段两端线索下锚处安装的补偿器，在其坠砣串重力的作用下，能够自动调整线索的张力并保持线索弛度满足技术要求。

　　一、补偿装置问题分析

　　本文以深圳地铁罗宝线西乡-固戍隧道区间为例，其8处接触网下锚补偿装置安装底座由于受地形限制，原应安装4根锚固螺栓的补偿上底座现只安装了3根，螺栓安装处也存在隧道混凝土被局部开挖，在实际运行中，由于化学锚栓的化学药剂遇到酸碱、水解作用会降低受力强度，且因施工工艺复杂，若药剂填充不满等其他施工质量问题，化学锚栓承受拉力时的强度迅速降低，严重时会导致化学锚栓脱落，造成接触网塌网、中断行车的巨大事故，被深圳地铁列为R2级危险源(除自然灾害外最高的安全隐患)。

　　隧道断面安装的补偿装置底座化学锚栓受直拉力，在化学锚栓失效时，补偿装置底座无任何防护措施，在受到3.6T的线索张力情况下补偿装置将立即拉脱。

　　补偿装置底座承受了水平的36KN张力与垂直的12KN重力，一般使用12根M20的化学锚栓，其中主要受力的是上底座的6根化学锚栓。而该隧道区间上下行的8处接触网下锚补偿底座受到地形限制安装在隧道的横断面，补偿上底座现只安装了3根。一半数量的化学锚栓却要承受了一样的张力与重力，这样安全隐患进一步加大。

　　二、补偿装置问题的处理

　　首先基于上节问题进行深入分析，对关键设备材料进行必要的设计及选型。

　　1、更改补偿器的下锚方式：断面安装改为侧面安装。

　　化学锚栓受直拉力时，一旦化学锚栓失效底座容易拉脱。而化学锚栓受剪切力时，及时失效底座也不会直接脱落。把在隧道断面安装的补偿装置更改为隧道侧面安装，并且按照正常补偿底座标准把上底座螺栓增加至六根，使之又近一步加大了安全系数。

　　由于原本在隧道断面下锚的补偿器更改到了马蹄形隧道的侧壁下锚。而马蹄形隧道侧壁为球面，有一定的弧度，这就需要要对补偿装置底座进行重新设计。

　　补偿装置的底座斜角需要通过测量安装位置的地形确定。首先确保设备限界，也就是补偿装置在最靠线路侧的部位必须满足设备限界要求;接着测得棘轮位置的中心线至上底座上螺栓的距离为150mm;棘轮中心线与坠砣块中心线重合，坠砣块边缘距坠砣块中心线的距离为140mm，最终得出上底座打孔的位置必须距离线路中心线2190mm以上。利用计算出来的孔距线路中心线的距离测量得到孔的大概高度，并且需根据地形情况具体调整。最终得出补偿装置安装范围1.5m至2m。

　　得出补偿底座安装的高度后，以此高度范围测量出安装补偿底座的隧道侧壁的大体斜度，画出底座设计图。接着我们依照设计图用木板自制一套底座的木模，并多次现场试装比对，根据现场情况再对图纸进行改进。再用模型确定安装底座螺杆的具体位置，用螺杆位置的数据计算出补偿装置底座准确角度。然后通过测量得到补偿底座至线路中心线的距离，在保证设备限界的情况下计算出底座主筋的长度与棘轮的位置。最后经过以上的测量与计算对补偿底座的设计图进行修改，并最终以此设计图制造出所需要的补偿装置底座。

　　2、化学锚栓的选型

　　经市政院雷达探测，西固区间隧道壁中钢筋网分布不均，最厚处混凝土保护层达200mm，原方案化学锚栓仅埋深170mm，化学锚栓所固定的范围内可能没有钢筋分布，导致螺杆承载力效果下降。同时考虑西固区间隧道渗水情况严重，也容易造成原化学锚栓的失效。于是需要更换现使用的喜利得HVU型化学锚栓，选择喜利得HIT-RE 500-SD注射粘结型药剂，以及5.8级钢的420*M20化学锚栓，使之直接达到钢筋层，加强螺杆的承载力。

　　此后对选用的化学锚栓的可靠性进行深入研究。首先对新设计的补偿底座受力情况进行分析， 36KN接触线及承力索的张力全部加载在补偿器上，再以三倍安全系数进行计算，也就是108KN。平均分配在主要受力的上底座的6根化学锚栓上也就是每根承载18KN的水平剪切力。竖直方向的12KN的坠砣块以及补偿底座和棘轮本身约3KN的重力，再以三倍安全系数进行计算，也就是总共45KN，通过主筋平均分配在上下底座的10根化学锚栓上也就是每根承载4.5KN的竖直剪切力。最后按照三倍安全系数所计算的上 底座化学锚栓承受合力为18.55KN。即所选化学锚栓的承载力值必须达到以上计算出的锚栓所受的合力。

　　接着我们对所选定的化学锚栓进行分析。N=0.25πd2 σy ，所使用的化学锚栓公称直径D为20mm;根据使用的螺杆为5.8级钢，化学锚栓屈服强度设计值σy查找资料取为400N/mm2 ;化学锚栓锚固深度ls 取250mm;根据使用的粘结剂为A级，间距大于140mm，边距大于70mm，隧道混凝土强度不小于C30，粘结强度设计值σbd 按最小值取为4.0N/mm2 。

　　根据计算得出化学锚栓屈服时所承载的力N为125.6KN，化学锚栓粘结破坏时所受的力F为62.8KN。

　　化学锚栓屈服承载力值与化学锚栓粘结破坏力值远远大于上一章节中按照三倍安全系数所分析计算出来的每个化学锚栓可能承受的力值18.55KN。此化学锚栓不但能够达到受力要求，并且还具有一些附加属性。此药剂为胶状，凝固后具有一定的防水性;使用前在注射枪内进行反应确保了螺杆的正常安装。所以最终选定喜利得HIT-RE 500-SD注射粘结型药剂配5.8级钢的420*M20螺杆。

　　三、实际效益与推广

　　将在隧道断面下锚的接触网补偿装置安装形式，改造成在马蹄形隧道侧壁球面下锚的安装形式。把原本受拉力的化学锚栓，改造成受剪切力并更换了化学锚栓型号及在数量上加多了一倍，使之提高了安全系数。此方法最终解决了深圳地铁罗宝线西乡至固戍站隧道补偿装置底座在隧道断面安装，而可能导致的补偿装置拉脱，引起接触网塌网的问题。延长了化学锚栓的使用寿命，极大的保障了运营的安全。通过近半年的验证，确认设备符合安全运营要求，并消除了深圳地铁的一项R2级危险源。同时引进了一种新型的化学锚栓，使得施工的安全更加有保证并可在此后的工程当中推广使用。