浅谈成都地铁7号线均回流电缆胀钉连接方式应用

杨星星+荣立智+李强

摘要：目前成都地铁既有线路均回流电缆连接主要以放热焊接为主，随着国内其他地铁公司线路出现放热焊接连接导致的轨道烧伤、重伤等安全隐患，成都地铁7号线在新线施工建设中，采用了胀钉连接方式取代放热焊接，避免上述类似安全隐患，提高设备运行质量。本文结合胀钉连接安装及优缺点进行简单分析阐述，提出了几点安装注意事项及优化建设，为后续均回流电缆胀钉安装、验收及运营维护提供参考经驗。

关键词：均回流电缆；放热焊接；胀钉连接

1 概述

随着轨道交通快速发展建设，国内地铁对高压供电牵引系统的安全、优质、可靠等方面的要求越来越高，其中均回流电缆与钢轨连接安装质量，不但直接影响地铁直流牵引供电回流不畅、打火，严重时可能造成轨道烧伤、跳闸等设备故障。

目前成都地铁运营线路均回流电缆连接方式主要是以放热焊接为主，随着放热焊方式在国内其他地铁线路出现重伤钢轨，严重影响运营安全后。如北京地铁8号线及13号线运营中出现电缆与钢轨焊接部位钢轨重伤，深圳地铁3号线放热焊脱焊放电，拉弧造成轨道损伤等情况。为避免类似情况在成都地铁后续新线出现，成都地铁7号线采用了胀钉连接方式，文中对该连接方式优缺点和应用进行分析探讨。

2 放热焊连接

放热焊连接主要是利用铜的氧化物，在一定温度条件下（约1100C°及以上），发生还原反应，将铜置出来，变成高温金属铜溶液，在特定模具的包裹下，将需要焊接的两种金属熔接在一起，形成稳固的分子结合连接。但因铜及其合金的导热系数、线帐系数和收缩率大小不同，焊接过程中分子移动伸缩变化不一致，加上焊前钢轨预热和焊后保温难，焊后冷却速度快，使之易出现气孔和未融合缺陷，导致融合连接处过热产生较多的电腐蚀化合物，使钢轨含碳量提高，变硬、变脆，在焊接处应力、钢轨长期振动及热胀冷缩作用下，出现钢轨与电缆焊接部位脱焊，导致烧伤及重伤钢轨等情况。

且在焊接过程中，首先模具、焊药成本相对较高，施工时间长，后续既有线换轨及放热焊接作业无法交叉施工，很难在一个计划作业点内完成整个施工作业；其次焊药属于易燃易爆物品，不方便保存运输，不便检查监控质量优劣；再次焊接过程中属于明火作业，作业风险较大，且过程中温度较高易对钢轨造成烧伤，最后放热焊接受钢轨外表及环境温度影响较大，焊接质量易受到影响。

3 胀钉连接

3.1胀钉连接简介

胀钉连接是轨道交通专用胀钉将地铁供电均回流电缆与钢轨连接，单套胀钉包括镀锡铜套、不锈钢螺栓、垫圈、平垫片及自锁螺母。安装方式是通过专用配套钢轨钻孔机进行钢轨钻孔、去毛刺，其次用专用配套液压拉铆机将镀锡铜套安装在钢轨孔内拉铆锁紧，再次用螺栓将均回流电缆铜接线端子连接紧固，最后在导线焊接部位（包括钢轨研磨面）及导线端子表面，进行防锈处理，在连接的地方涂防锈黄油即可，详细安装步骤如下图所示。

3.2 胀钉连接安装注意事项

钻孔前要做好准备工作，将钻孔机固定在钢轨已打磨处，钻孔位置必须在钢轨中轴线上，距离轨缝及孔间距离要满足相关轨道技术要求，建议钻孔位置距离轨缝不小于800mm，孔间距离不小于200mm；其次钻孔过程中要注意一直加水进行冷却，防止钻头温度过高及卡滞；再次胀钉安装过程中要注意铜套拉铆方向，由线路外侧向内进行，避免与接线端子接触导流铜套管方向安装错误；最后要注意使用配套的电缆接线端子，该接线端子要与钢轨弯曲外表面配合，方便后续电缆安装固定，避免接线端子与轨道导流烧伤钢轨。

图4 胀钉连接均回流电缆效果图

4 胀钉连接可行性分析及优缺点对比

4.1 胀钉连接可行性分析

7号线均回流电缆通过在钢轨轨腰处开孔（尺寸为Φ19）安装，并使用配套的胀钉拉铆后通过不锈钢螺栓连接，紧固力矩要求为86N.m，并使用电缆卡子固定均回流电缆，安装紧固后做抗拉抗震防松测试，试验后电缆连接牢固，机械性能满足设计要求。并通过过渡电阻阻值专项测试检验胀钉安装电气性能，通过现场实测胀钉与钢轨连接处电阻阻值为22uΩ，未见有明显的温升发热变色现象，能较好满足导流要求。同等环境条件下实测1m完整钢轨的电阻值为51uΩ，连接过渡电阻小于1m钢轨电阻阻值，满足杂散电流防腐蚀系统施工设计要求。

4.2胀钉连接优缺点对比

胀钉连接主要优点是胀钉铜套能与钢轨孔内表面紧密压接不留空隙，抗氧化、接触面大、接触电阻小、导流效果较好等。该连接方式主要通过电缆接线端子与铜套管形成电流通路，不通过螺栓导流，从而避免了螺杆导流不畅烧伤钢轨的隐患；其次胀钉连接操作简单，施工安装及后续维护简单便捷，耗时较短，连接稳定可靠，可定期进行连接紧固检查维护，避免出现脱焊及脱落等情况；再次胀钉连接的均回流电缆连接端子可提前预制压接，节省现场作业时间，且在后续既有线维护改造时接线端子可重复利用，节约维护成本。缺点主要是钢轨岔心处无法打孔使用胀钉连接，线路均回流电缆胀钉连接无法全部覆盖；其次是需要配置相关安装工具，前期投资较大，且钢轨钻孔配置的高精度空心钻头及成套胀钉成本较高。

通过现场作业试验，简单统计对比目前常用的放热焊接、光焊及胀钉连接作业消耗成本，放热焊接一条电缆消耗2套焊药，其成本约400元，光焊一条接续电缆至少需要消耗六套磁环和铜子弹，其材料成本约100元左右，但焊接成功率较低，胀钉连接消耗胀钉两套其成本约300元。综合维护成本、日常操作及可靠性等方面对比分析，胀钉连接方式要优于其他两种，详细的作业材料成本对比见下表1所示：

5 胀钉连接优化建议

5.1岔心处加设连接轨孔

受钢轨岔心结构及材质影响，其一岔心处轨道厚度较正线钢轨较厚，配置钢轨钻孔的空心钻头行进行程长度不足；其二岔心钢轨外形成不规则形状，无法与钻孔机固定模具匹配固定，导致钻孔机与轨道无法固定，钻孔位置易出现错位偏差；最后因岔心处钢轨材质含锰成份较高，钢轨强度较硬，钻孔较难及耗时较长，导致胀钉连接方式在岔心处无法直接连接使用。根据以上分析，改进消除胀钉连接该缺陷，建议钢轨岔心在厂家生产制造时，充分考虑相关专业接口，配置预留与均回流电缆胀钉连接的钢轨孔洞，如下图岔心位置所示，将该位置孔洞加大满足均回流电缆连接尺寸即可。

5.2胀钉铜套管材质设计优化

考虑钢轨材质与胀钉导流套管铜材质不一致，导流能力不同，且在热胀系数及导热等方面均存在差异，为避免不同材质直接连接导流产生的电化学腐蚀，导致导流性能下降，温升变化加剧影响导流最终受热胀冷缩及内部应力作用下造成连接部位出现缝隙及连接松动等，进而烧伤钢轨内部造成轨道重伤。建议胀钉铜套管可参考电连接铜铝过渡端子设计，设计改良成合金部件，内部材质与钢轨相同，外部为铜材质，通过特殊工艺一次成型为一个有效可靠的导流过渡连接件。

5.3钢轨预设胀钉连接轨孔

通过前期胀钉连接安装施工及消耗成本分析，胀钉连接安装主要分为两大步，首当其冲即是钢轨钻孔，耗时较长，占整个胀钉连接均回流电缆施工作业时长的70%左右，且还需要耗费大量资金购置配套的钢轨钻孔机及空心钻头，并加重作业过程中工具器及材料的准备搬运，因此为缩短胀钉连接施工时间，节省前期钢轨钻孔及配套钻口运营维护成本，提高作业效率，建议运营采购钢轨备件时要求在轨道连接处原有基础上预设均回流连接孔洞，使用防锈防污措施密封保护，在后续换轨作业时，可直接使用，方便快捷。

6 小结

胀钉连接方式避免了放热焊接可能导致的脱焊及运营安全隐患，且施工运营维护方便，在轨道交通实际应用中，特别是在既有地铁线路改造过程中，胀钉连接施工时间、效率及可靠性等方面更具优势，但上述胀钉连接优越性及运用情况有待后续运营使用及时间验证。若能将文中分析的缺陷及其他不足进行优化提升，总结相关施工经验，高质量高标准全线全覆盖安装，可有效提升地铁行业供电系统均回流电缆安装工艺，更好为供电系统提供可靠保证。

参考文献：

[1]詹先柏.地铁供电均、回流电缆与钢轨胀接方式的分析与探讨.交通运输.2013.（23）。

[2]赵惊华.供电均回流电缆在钢轨上的连接方式.都市快轨交通.2013.（4）。