高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工偏差控制方法與關(guān)鍵技術(shù)

于先芝

中鐵電氣化局集團三公司，河南 鄭州 450000

電力機車高速運行時，對與之對應的高速接觸網(wǎng)的要求如下：

1）具有能夠傳遞強大的牽引電蓓的能力；

2）沿跨距內(nèi)，接觸線對軌面的高度相對保持一致，受電弓沿接觸線的運行軌跡基本呈水平狀態(tài)；

3）在受電弓的抬升力作用下，甚至在雙弓或沖擊力作用下，接觸懸掛不發(fā)生較大振幅的低頻振動。

因此，高速接觸網(wǎng)無論從外部環(huán)境還是內(nèi)在標準都與普速鐵路接觸網(wǎng)發(fā)生了質(zhì)的變化。根據(jù)高速接觸網(wǎng)工程的特點，從開工測量到竣工開通的整個施工期間，質(zhì)量控制點和施工關(guān)鍵技術(shù)主要有：施工測量、基礎施工、腕臂和吊弦計算與安裝、接觸線架設和調(diào)整等。施工偏差的控制作為接觸網(wǎng)施工的關(guān)鍵技術(shù)之一，則貫穿于整個施工過程。

高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)與常速鐵路接觸網(wǎng)的重要區(qū)別之一是高速鐵路接觸網(wǎng)的施工允許偏差小。接觸網(wǎng)施工精度越高、施工偏差越小，受電弓的受流質(zhì)量則越好，受電弓和接觸網(wǎng)的壽命越長。

從多年接觸網(wǎng)工程的眾多檢測結(jié)果分析，在施工測量、計算、加工預配、現(xiàn)場安裝和最終檢測等五個階段均會產(chǎn)生施工偏差，產(chǎn)生施工偏差的原因則有：人員、機具、材料、方法和環(huán)境等五個方面，每道施工工序的施工偏差都是由這五個方面的施工偏差疊加而成。施工偏差控制方法與關(guān)鍵技術(shù)九具體體現(xiàn)在施工過程的環(huán)節(jié)控制上。

1 通過人、機、料、法、環(huán)的控制，消除施工偏差的方法

1）“人”的控制：即施工人員的控制。由于人的技術(shù)水平、身體條件（如視力）、心理活動（如責任心）各異，所以施工同一道工序會有不同的結(jié)果。國內(nèi)外接觸網(wǎng)施工的成功經(jīng)驗表明，控制施工人員本身作業(yè)質(zhì)量的有效措施是“施工人員專業(yè)化”，即根據(jù)接觸網(wǎng)施工特點，分別組成測量組、計算組、予配組、基礎施工組、安裝架線組、設備安裝組、調(diào)試試驗檢測組等專業(yè)化作業(yè)組。專業(yè)化作業(yè)組的人員應相對固定。專業(yè)化作業(yè)人員經(jīng)過長期的反復實踐，熟能生巧，操作技能可以逐步得到提高，為施工作業(yè)高精度和更小的作業(yè)誤差離散性奠定基礎；

2）“機”的控制：即施工機具的控制。沒有先進的施工機具和檢測器具，技術(shù)水平再高的作業(yè)人員也極其困難，甚至不可能滿足設計和標準規(guī)范所要求的施工允許偏差。例如，用經(jīng)緯儀取代線墜、接觸線靜態(tài)參數(shù)光學測量儀取代普通的測量桿后，施工測量偏差范圍就可以明顯縮小。正如人員的作業(yè)結(jié)果有差異外，對同一對象采用不同規(guī)格類型和雖然規(guī)格類型相同，但不是同一臺儀器進行測量時，很可能發(fā)生一臺儀器的測量結(jié)果存在正偏差，而另一臺儀器的測量結(jié)果卻存在負偏差，因此對同一單位或單項工程，其測量器具也應相對固定；

3）“料”的控制：即施工材料的控制。需施工安裝的材料都有生產(chǎn)制造公差，因此必須考慮其影響。例如在編制腕臂計算軟件程序、進行腕臂計算中都要考慮絕緣子等材料的生產(chǎn)制造公差，預配時將其影響消除掉，避免累計施工偏差；

4）“法”的控制：這里的“法”是指施工方法，即施工工藝（含工藝流程和施工計算軟件）。例如，為避免附加懸掛架設后引起支柱傾斜值（撓度）的變化，并進一步造成已調(diào)整的接觸懸掛位置的改變，應盡可能先架設附加懸掛，然后測量（用于腕臂和吊弦計算的）支柱有關(guān)參數(shù)，在小半徑曲線地段時尤其要注意這點。又如，如果不考慮承力索和接觸線的新線蠕變影響，在承力索和接觸線架設后立即安裝吊弦和定位裝置，且吊弦和定位裝置安裝偏差非常小，那么經(jīng)過一段時間后，吊弦和定位裝置的靜態(tài)位置很可能超出施工允許偏差，因此必須根據(jù)設計和施工條件等具體情況采取相應措施，如新建客運專線鐵路接觸網(wǎng)施工時，可利用兩臺架線車上的緊線裝置對承力索和接觸線進行超拉；當在鐵路封閉點十分緊張的既有線提速改造施工時，可采取增加墜砣的方式對承力索和接觸線進行超拉；當承力索和接觸線的新線蠕變率相當接近且施工組織允許時，為克服承力索和接觸線的新線蠕變，可采取在其設計額定張力下放置一段時間的辦法，即額定張力式超拉。具體超拉時間應通過首件首段樣板定標確定；

5）“環(huán)”的控制：這里的“環(huán)”意即環(huán)境，即應注意作業(yè)周圍環(huán)境對施工偏差的不利影響。例如，因為超聲波在空氣中的傳播速度與環(huán)境溫度成一定函數(shù)關(guān)系，所以在接觸網(wǎng)施工中使用超聲波式測量儀器時，儀器從存放環(huán)境到測量現(xiàn)場至少要有10min.以上適應現(xiàn)場環(huán)境溫度的過程，否則測量偏差可能超標。

2 消除接觸網(wǎng)施工偏差疊加的關(guān)鍵技術(shù)

弓網(wǎng)關(guān)系是關(guān)于接觸網(wǎng)性能的極其重要的指標，如果經(jīng)過若干道工序后，接觸網(wǎng)工程的最終產(chǎn)品的施工偏差超出允許范圍，則不得不重新調(diào)整接觸網(wǎng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因很可能是由于多道工序施工偏差疊加所致。

消除接觸網(wǎng)施工偏差疊加的關(guān)鍵技術(shù)如下：

關(guān)鍵技術(shù)1：避免量值傳遞時疊加累計偏差控制技術(shù)。接觸網(wǎng)工程計算和預配安裝時要避免量值傳遞時的疊加累計偏差。例如，數(shù)據(jù)集合A是若干個施工測量值（如支柱的側(cè)面限界及其斜率等等），數(shù)據(jù)B（如下底座連接孔中心至斜腕臂上定位環(huán)的距離）和數(shù)據(jù)C（如下底座連接孔中心至斜腕臂上套管絞環(huán)的距離）均是由數(shù)據(jù)集合A得出的計算值，那么計算B時就不應以C作為計算元素。

關(guān)鍵技術(shù)2：階段施工偏差控制技術(shù)。除控制人、機、料、法、環(huán)等五個方面所產(chǎn)生的施工偏差外，還需從接觸網(wǎng)施工測量、計算、加工預配、現(xiàn)場安裝和最終檢測等5個階段控制施工偏差并在進行后一階段工作時，盡可能消除或減小前一階段產(chǎn)生的施工偏差。例如，支柱安裝整正達標后，高精度的支柱參數(shù)測量就可以有效地避免或減輕支柱安裝偏差對腕臂裝配計算產(chǎn)生的不利影響。

關(guān)鍵技術(shù)3：計算偏差控制技術(shù)。接觸網(wǎng)工程施工計算偏差的控制既是關(guān)鍵又是難點，因為接觸網(wǎng)所受的力是一個非常復雜且多變的空間力系，且接觸網(wǎng)各個子系統(tǒng)（組成部分）之間相互影響。因此，為達到客運專線鐵路接觸網(wǎng)所要求的高精確度，腕臂和吊弦長度計算軟件不宜采用解析幾何式數(shù)學模型，而應盡可能采用力學式數(shù)學模型，同時，還應對接觸網(wǎng)施工測量、計算、預配、安裝和最終檢測等5個階段產(chǎn)生的施工偏差，從人、機、料、法、環(huán)等五個方面進行控制，消除或減小施工偏差的疊加。

以腕臂裝配計算為例，在腕臂裝配計算軟件的數(shù)學模型中應考慮以下因素：

1）支柱受力變形。我們是在支柱無載時測量支柱的有關(guān)參數(shù)。支柱承載后要產(chǎn)生變形，即撓度。支柱撓度的大小與支柱本身的性能及其受力（矩）相關(guān)。支柱所受力（矩）則與接觸網(wǎng)的設計參數(shù)，如接觸線高度、承力索和接觸線的張力以及線路參數(shù)（如曲線半徑）等相關(guān)。

2）支柱受力后的位移。其大小取決于支柱基礎的設計型式和施工工藝兩個方面。當采用直埋式基礎、對承力索和接觸線進行超拉時，支柱的位移相應較大。

3）支柱裝配材料受力變形。除絕緣子為電瓷件外，其他支柱裝配材料均為金屬件，腕臂裝配材料受力后將產(chǎn)生彈性和塑性變形，且這些零配件之間的間隙大小會改變。

4）對定位器的受力（F）的大小進行計算，判斷是否符合規(guī)定值（80N≤F≤2500N），必要時對拉出值進行調(diào)整。因為定位器的受力小于規(guī)定值時，接觸線在列車高速運行時的風力和受電弓抬升力的作用下，很可能發(fā)生受電弓脫弓事故。貴昆電氣化鐵路某直線地段曾有連續(xù)兩個正定位，發(fā)生脫弓事故。

上述因素均可以通過大量的實測而得到經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

同理，吊弦長度計算則應考慮：

1）用于吊弦長度計算的重要參數(shù)——懸掛點處的承力索（水平及垂直）位置一般應在接觸線架設，即整個接觸網(wǎng)系統(tǒng)受力穩(wěn)定后進行測量，以消除承力索位置施工偏差的影響；

2）鐵道線路豎曲線引起的吊弦長度變化量；

3）承力索不位于接觸線正上方時的吊弦長度變化量；

4）在曲線地段的吊弦長度變化量——懸掛點和跨中接觸線與鐵道線路中心的水平位置存在一個中矢值的差值，此值又因鐵路外軌超高的存在使接觸線距軌面連線中心的高度產(chǎn)生一個差值；

5）接觸線設計有預留弛度、集中荷載（如絕緣子）時的吊弦長度變化量。

[1]白玉新.接觸網(wǎng)常見故障及對策研究，2009.

[2]高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)于萬聚[M].西南交通大學出版社，2003，5.

[3]中國鐵道工程建設協(xié)會.鐵路客運專線施工技術(shù)（內(nèi)部出版）[M].2005.

[4]楊振華.淺談彈性懸掛接觸網(wǎng)技術(shù)，2006.

[5]中鐵電氣化局集團有限公司.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京：中國電力出版社，2004.