既有接觸網(wǎng)改造設(shè)計方法探討

曠楚成

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，鐵路運輸生產(chǎn)布局的不斷調(diào)整，既有電氣化鐵路的改造工程日益增多，如何根據(jù)鐵路運輸生產(chǎn)需要及時合理地做好既有線接觸網(wǎng)改造的設(shè)計工作，是每一個接觸網(wǎng)設(shè)計人員必須考慮的問題。

1 既有接觸網(wǎng)改造工程施工難點

加強既有鐵路的技術(shù)改造和鐵路樞紐建設(shè)，提高路網(wǎng)既有通道能力，結(jié)合客運專線、完善路網(wǎng)布局、開行雙層集裝箱專列等工作是國內(nèi)目前既有鐵路更新改造的重要任務(wù)，國內(nèi)近期需要電氣化改造的既有線超過2.5萬km。

國內(nèi)既有電氣化鐵路大多是繁忙干線，行車密度大，客貨運量巨大，由于施工不慎導(dǎo)致中斷行車的后果十分嚴(yán)重。接觸網(wǎng)封閉作業(yè)施工的天窗時間短，停電干擾因素多，尤其在鐵路樞紐地區(qū)的分片分區(qū)域停電施工中安全管理難度極大。因此，鐵路樞紐電氣化改造、既有線咽喉區(qū)道岔改造、繁忙干線上下行正線同時停電改造、低凈空跨線橋下接觸網(wǎng)改造等項目是接觸網(wǎng)改造的難點。表現(xiàn)在接觸網(wǎng)的具體作業(yè)內(nèi)容上，其難點主要體現(xiàn)在天窗點內(nèi)整個錨段更換接觸懸掛、線路及接觸網(wǎng)撥接、站場軟橫跨更換、線岔改造等。所以在設(shè)計中必須充分考慮既有接觸網(wǎng)改造中的各項施工困難，以施工組織為出發(fā)點，在施工圖設(shè)計階段對接觸網(wǎng)進行合理優(yōu)化，確保既有接觸網(wǎng)改造順利實施。

2 既有接觸網(wǎng)改造中常用的設(shè)計方法

針對上述既有線施工中的各類困難因素和施工難點，設(shè)計人員需要在符合國內(nèi)電氣化鐵路設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，在保證施工安全的前提下，優(yōu)化組合，多方案比選，結(jié)合實際情況開展施工圖設(shè)計。筆者近年來多次參與既有線接觸網(wǎng)改造的設(shè)計工作，認(rèn)為既有接觸網(wǎng)改造中比較好的設(shè)計方法主要有以下方面。

2.1 盡量縮小既有線停電影響范圍

在接觸網(wǎng)封鎖線路停電要點施工作業(yè)中，上下行線分別停電的天窗點施工（也叫“V形天窗作業(yè)”）比上下行正線同時停電的天窗點施工（也叫“垂直天窗作業(yè)”）影響范圍要小得多。“逐站 V?！狈绞奖纫怨╇姳蹫橥ｋ妴卧摹癡?！钡氖┕び绊懛秶?。通過操作分區(qū)所斷路器、站場分束隔離開關(guān)的停電施工影響范圍則更小。因此，改造設(shè)計中新增加的接觸懸掛應(yīng)盡量避免跨越正線，盡量不使用“垂直天窗”，多使用“V形天窗”，并力爭采用操作斷路器、站場分束隔離開關(guān)的停電作業(yè)方式。

經(jīng)常遇到的情況是站場某一股道需要新增電化掛網(wǎng)，如圖1所示。

圖1 新增線岔就近下錨示意圖

圖 1顯示了滬昆線湘潭東站電氣化改造工程第8股道新增接觸網(wǎng)情況，此時需要在該股道兩端道岔處各增加一個接觸網(wǎng)線岔，按正常設(shè)計思路需將新的接觸懸掛順道岔方向延長到站場對側(cè) 26-1#支柱下錨，這樣不僅新增接觸網(wǎng)設(shè)備較多，對既有接觸網(wǎng)的影響范圍也大，而且新增接觸網(wǎng)線路跨越了上下行正線，改造施工中需要對全站及同一供電臂上相鄰各站的所有接觸網(wǎng)停電，停電影響范圍廣，對運輸?shù)母蓴_極大。而在該設(shè)計中，僅將新增接觸懸掛延長一跨，經(jīng)過線岔后就近于同側(cè)下錨，即圖中的 19-1#支柱。該設(shè)計方法可以避免新增接觸網(wǎng)穿越上下行正線，施工組織過程中僅使用“V形天窗”停電作業(yè)，不使用“垂直天窗”，大大減少了對既有線的干擾。

當(dāng)僅對站場外側(cè)一股道進行電化或接觸網(wǎng)延長時，可以在線路外側(cè)單獨組立支柱或利用既有軟橫跨的外側(cè)空間，在下部工程施工和腕臂組裝過程中，基本上為不帶電作業(yè)，大大減少了對既有線的干擾，減少了停電作業(yè)的風(fēng)險和施工難度。

為避免垂直天窗的影響，增加一股道的接觸網(wǎng)時，設(shè)計中應(yīng)盡量避免使用軟橫跨，可化整為零，多采用單獨支柱并增設(shè)單獨的接地裝置。

2.2 盡量減少既有線施工工作量

即使是既有接觸網(wǎng)改造設(shè)計，也要力求簡潔，盡量減少既有線的新增工作量。

在既有站場接觸網(wǎng)改造過程中，經(jīng)常遇到只需改移軟橫跨其中一個支柱的情形，在軟橫跨容量允許的前提下，設(shè)計時可采用更換單邊支柱方式，即只對施工有影響的支柱進行改移，軟橫跨另一支柱保持原位不動，同時更換橫承力索及上下部固定繩。在該類設(shè)計中，設(shè)計人員必須對軟橫跨的容量進行校核，以保證軟橫跨的永久運營安全。而且，軟橫跨用作道岔定位時，更換單邊支柱顯得很有必要，也更高效。設(shè)計實例如圖2所示。

圖2 軟橫跨支柱單邊改造示意圖

圖2為2009年京廣線郴韶段槐樹下車站戰(zhàn)略裝車點改造時，站場西側(cè)進行線路改造、接觸網(wǎng)電化掛網(wǎng)示意圖。根據(jù)改造要求，站場西側(cè)增加股道，南端咽喉區(qū)既有62#支柱必須外移1.5 m，而該軟橫跨對側(cè)的63#支柱正好作為第1、第3股道相交道岔的標(biāo)準(zhǔn)定位，如果按以往設(shè)計經(jīng)驗在順線路方向前后2 m處布置軟橫跨，此時道岔不能保證標(biāo)準(zhǔn)定位，給今后的運營管理帶來不利影響，于是設(shè)計時只對62#支柱進行外移，同時對63#支柱的容量進行校核。經(jīng)初步測算，63#鋼支柱型號為G250/15，軟橫跨承載 5組懸掛，符合容量要求（計算過程省略）。但是，由于軟橫跨跨度加大，橫承力索、上下部固定繩需計算后重新預(yù)制。

為減少既有線施工工作量，設(shè)計時還可巧妙利用既有的分段絕緣器。

如在對某貨物專用線接觸網(wǎng)延長改造設(shè)計中（圖 3），由于專用線上已經(jīng)有了一組分段絕緣器及隔離開關(guān)GK，改造中只需要對隔離開關(guān)GK后面的線路進行延長，設(shè)計時可以充分利用該隔離開關(guān)，對延長部分的接觸網(wǎng)線路設(shè)立一個單獨的錨段（根據(jù)長度的不同，一般設(shè)計為半個錨段）和獨立支柱，在施工中通過斷開貨物線接軌處的隔離開關(guān)GK實現(xiàn)不停電施工，從而大大減少了既有線的施工工作量。

圖3 貨物線延長改造利用原有隔離開關(guān)示意圖

2.3 通行雙層集裝箱區(qū)段的接觸網(wǎng)改造設(shè)計

近期許多干線鐵路都要通行雙層集裝箱或者預(yù)留雙層集裝箱通過條件，既有線電化改造中存在著大量低凈空或原來非雙層集裝箱凈空標(biāo)準(zhǔn)的跨線建筑物，如滬昆線、京廣線南段及各鐵路樞紐站等。如何保證雙層集裝箱在低凈空接觸網(wǎng)下安全通過，且使工程改造投資最經(jīng)濟，仍是接觸網(wǎng)與其他專業(yè)需要共同協(xié)調(diào)、攻關(guān)的一個重要工程課題。

在通行雙層集裝箱線路區(qū)段，根據(jù)鐵道部《鐵路雙層集裝箱運輸裝載限界》和《200 km/h客貨共線鐵路雙層集裝箱運輸建筑限界》的規(guī)定“雙層集裝箱的貨物裝載限界5 850 mm”及《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》第156條規(guī)定接觸網(wǎng)帶電部分（承力索）至機車車輛或裝載貨物的距離不小于350 mm，同時考慮接觸線弛度、接觸線安裝施工誤差及工務(wù)抬道+50 mm的影響，接觸線懸掛高度取6 250 mm可滿足要求。

目前，改造低凈空隧道或跨線建筑物以滿足雙層集裝箱運輸?shù)男枰?，在不影響或少影響既有運輸?shù)臈l件下主要有以下設(shè)計方法：

（1）降低接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度。將原來設(shè)計的結(jié)構(gòu)高度降至300 mm左右，此時最短吊弦處可以采用可調(diào)式整體吊弦或滑動吊弦。

（2）承力索絕緣通過。當(dāng)凈空較低，承力索與跨線建筑物距離不能達到空氣絕緣距離時，可將承力索截斷在建筑物兩側(cè)同時下錨。為了不影響接觸網(wǎng)受流質(zhì)量，承力索承載的電能采用電纜的形式通過跨線建筑物。

（3）線路落道與接觸網(wǎng)改造結(jié)合。當(dāng)既有線路道床有條件時，可采取線路適當(dāng)落道與接觸網(wǎng)改造相結(jié)合的方案，以保證接觸網(wǎng)與雙層集裝箱和跨線建筑物的絕緣距離。

（4）跨線建筑物下的硬橫梁方式。當(dāng)站場內(nèi)跨線建筑物下方有道岔設(shè)備時，接觸網(wǎng)相應(yīng)安裝線岔，安裝軟橫跨的空間不夠，當(dāng)橋底凈空為8 m時，可以采用硬橫梁的方法保證接觸網(wǎng)的導(dǎo)高符合要求。單一股道時也可采用小型鋼支柱的方式。

如在京廣線新建撈刀河站的設(shè)計中，車站南端咽喉區(qū)上方有一座40 m寬的公路橋與鐵路正交，橋下正好是四股道2組正線道岔相交處，接觸網(wǎng)必須在該橋下定位。實測橋下凈空為7 600 mm，為保證雙層集裝箱帶電通過，接觸線導(dǎo)高最低為6 250 mm，接觸線距離橋底面僅有1 350 mm，如果在該處組立硬橫跨，其空間明顯不夠，于是在變更設(shè)計中采用了半截軟橫跨的方式，如圖4所示，即支柱部分采用了軟橫跨支柱的下半截，鋼柱高度7.4 m（取消G250型鋼柱上半部分），在支柱7.1 m處安裝上部定位繩，在支柱6.75 m處安裝下部定位繩，然后再安裝定位器調(diào)節(jié)立柱及道岔定位器。而承力索則從上下部定位繩中間通過，在跨線橋兩側(cè)2 m以外的地方組立2組軟橫跨用以支撐承力索，并保證承力索與橋面各部位均有大于300 mm的安全距離。

圖4 撈刀河站興聯(lián)東路跨線橋接觸網(wǎng)改造

2.4 過渡工程永臨結(jié)合

過渡工程設(shè)計中采用永臨結(jié)合方式，可以大大節(jié)省施工中的工程量和工程投資。如對區(qū)間較長的線路撥移改造時，當(dāng)線路撥移量在1～3 m時，新支柱往往無法一次性組立，需采用立臨時支柱的形式，如果采用混凝土軟橫跨柱的形式進行改移施工，軟橫跨能在線路撥移前提前組立，在線路撥移施工中只要移動定位器即可，從而大大節(jié)省了整體施工時間，其經(jīng)濟效益十分明顯。

在過渡工程設(shè)計時，可以充分利用現(xiàn)場臨時支柱、線索。由于過渡設(shè)備使用時間短，用于非正常狀態(tài)，只要設(shè)備容量許可，可適當(dāng)增加臨時載荷。如在新舊接觸網(wǎng)過渡中，對既有的軟橫跨，可以臨時增加1～2支接觸懸掛；對H60、H78等型號的混凝土支柱，可在支柱兩側(cè)同時安裝腕臂裝置，承受2支甚至3支接觸懸掛。在過渡工程完畢后，上述設(shè)備的臨時負(fù)荷必須立即解除，防止支柱等設(shè)備出現(xiàn)永久變形。當(dāng)然，上述臨時載荷的增加，必須事先由設(shè)計人員對其進行容量校驗，確保施工過程中安全萬無一失。

2.5 新材料與新工藝

采用新材料、新工藝也能提高改造工程的效率，為設(shè)計工作帶來便利。如瓷質(zhì)絕緣子更換為硅橡膠絕緣子，可大大減輕接觸懸掛的重量，改善污閃性能，在絕緣錨段轉(zhuǎn)換關(guān)節(jié)中節(jié)省空間，便于接觸網(wǎng)各參數(shù)的建立。采用鋁合金大半徑高效率滑輪組以改善張力補償效率。定位管可換為鋁合金或其他輕質(zhì)高強度合成材料。隧道內(nèi)受斷面凈空限制，宜改為輕質(zhì)定位器，并盡量采用旋轉(zhuǎn)腕臂式懸掛結(jié)構(gòu)以便與區(qū)間一致。

2.6 現(xiàn)場測量和圖紙資料管理

根據(jù)既有線改造的特點，改造地段附近的土質(zhì)狀況在既有接觸網(wǎng)竣工圖中已經(jīng)進行了標(biāo)注，一般不必進行再次勘探，可減少勘探工作量。但對距離既有接觸網(wǎng)較遠(yuǎn)的地段，必須進行現(xiàn)場勘探。并對現(xiàn)場已有接觸網(wǎng)支柱容量、基礎(chǔ)型號、線索類型、結(jié)構(gòu)高度等參數(shù)進行仔細(xì)核對，并在改造設(shè)計中盡量使用原有型號的設(shè)備，以便于設(shè)備管理單位的維修管理。

為便于運營單位的圖紙資料管理，原有施工圖號應(yīng)盡量保留，或在原圖號后面加“-1”或“改”字以示區(qū)別。同樣，對改造圖中的接觸網(wǎng)支柱編號也盡量與原來的一致，增加少量支柱時，利用附近支柱編號后面加-1、-2等以示區(qū)別，但對專用線應(yīng)用“貨XX、電XX”等標(biāo)示。

3 結(jié)束語

綜上所述，既有線接觸網(wǎng)改造設(shè)計應(yīng)結(jié)合既有接觸網(wǎng)現(xiàn)狀，本著經(jīng)濟合理、便于施工、縮小影響范圍、永臨結(jié)合、提高效率的原則，采用多方案進行比較設(shè)計，又快又好地完成既有接觸網(wǎng)改造設(shè)計任務(wù)。

[1]余心滬.既有電氣化鐵路接觸網(wǎng)提速改造設(shè)計初探[D].鐵四院電氣化處建處二十周年學(xué)術(shù)論文集，1998，10.

[2]梁英.接觸網(wǎng)通過既有低凈空跨線建筑物懸掛問題[J].鐵道運營技術(shù)，2009，（4）.