高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)施工關(guān)鍵技術(shù)

劉 杰

0 引言

國(guó)內(nèi)京津線、武廣線、滬寧線、京滬線等高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)借鑒歐洲高速鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，充分消化吸收德國(guó)電氣化技術(shù)，逐步創(chuàng)新出具有中國(guó)特色的設(shè)計(jì)技術(shù)。為確保接觸網(wǎng)施工滿足設(shè)計(jì)要求，必須對(duì)高速接觸網(wǎng)施工技術(shù)，尤其是一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)研究。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當(dāng)今世界各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)技術(shù)研究不盡相同。日本作為世界上第一條高速鐵路的建設(shè)者，其具有代表性的接觸網(wǎng)復(fù)鏈形懸掛方式擁有卓越的性能，最適合高速運(yùn)行，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于施工和維護(hù)。法國(guó)采用的接觸網(wǎng)簡(jiǎn)單鏈形懸掛方式具有安裝簡(jiǎn)單，便于維護(hù)的特點(diǎn)。德國(guó)具有代表性的彈性鏈形懸掛方式能保證弓網(wǎng)受流質(zhì)量良好，接觸網(wǎng)彈性均勻性較好，但彈性吊索安裝和調(diào)整的工作量較大?？梢哉f(shuō)，發(fā)達(dá)國(guó)家在高速鐵路接觸網(wǎng)的建設(shè)施工技術(shù)方面已有了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，并已制定了一系列相關(guān)的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工工藝及施工方法作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。

國(guó)內(nèi)電氣化鐵路的發(fā)展也隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷向高速領(lǐng)域推進(jìn)，先后建成了多條不同速度等級(jí)的電氣化鐵路。高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)主要以彈性鏈形懸掛和簡(jiǎn)單鏈形懸掛方式為主，接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)采用樁基，網(wǎng)上采用高張力、耐磨耗的銅合金線材，承導(dǎo)補(bǔ)償方式采用安全、可靠性高的棘輪補(bǔ)償裝置，線岔采用可高速通過(guò)的交叉或無(wú)交叉線岔，接觸網(wǎng)采用彈性鏈形懸掛的吊弦計(jì)算軟件。這些關(guān)鍵部位應(yīng)用的新裝置、新技術(shù)，給施工安裝和調(diào)試提出了一個(gè)全新的課題。

2 高速接觸網(wǎng)施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于CPⅢ精測(cè)網(wǎng)的測(cè)量技術(shù)

高速鐵路線路要求軌道安裝具有較高的精度才能確保高速列車的運(yùn)行。施工中，為保證測(cè)量精度，站前單位根據(jù)對(duì)各階段的施工精度要求至少需要進(jìn)行3 次測(cè)量，分別建立CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ三級(jí)精確測(cè)量網(wǎng)，其中CPⅠ、CPⅡ?yàn)榫€路工程施工測(cè)量網(wǎng)，而CPⅢ精測(cè)網(wǎng)為無(wú)砟軌道施工用網(wǎng)，為軌道工程提供精確的施工調(diào)整依據(jù)，是線路最終狀態(tài)的重要保證。

接觸網(wǎng)工程施工一般情況下以軌道為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量施工，由于高速鐵路建設(shè)的特殊性，接觸網(wǎng)工程支柱裝配施工時(shí)線路還未成形，無(wú)法以未成形的線路作為基準(zhǔn)進(jìn)行上部裝配安裝，必須對(duì)線路軌道設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行預(yù)留測(cè)量以滿足支柱裝配的要求。普速線路施工中利用站前進(jìn)行的中線和高程（水準(zhǔn)點(diǎn)）交樁測(cè)量精度較低，已不能滿足高速接觸網(wǎng)的裝配精度要求，為保證接觸網(wǎng)工程具有較高的安裝精度和效率，引進(jìn)了站前CPⅢ精測(cè)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量。CPⅢ精測(cè)網(wǎng)基點(diǎn)一般每公里約40 個(gè)，上下行各20個(gè)，間距與接觸網(wǎng)支柱跨距基本相同，在路基地段基本與接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)同位置。利用CPⅢ精測(cè)網(wǎng)平面坐標(biāo)值和高程數(shù)據(jù)，將其基點(diǎn)作為接觸網(wǎng)支柱參數(shù)測(cè)量依據(jù)，可分別測(cè)量接觸網(wǎng)支柱限界、基礎(chǔ)面與線路內(nèi)軌面高差、線路超高等參數(shù)，在支柱處標(biāo)出軌面紅線，從而確定支柱（隧道吊柱）腕臂上下底座安裝孔位的準(zhǔn)確性。復(fù)核支柱處軌面高程時(shí)，必須充分考慮支柱處線路是否存在長(zhǎng)短鏈及變坡點(diǎn)處豎曲線半徑對(duì)高程的影響，關(guān)系到整體吊弦安裝后是否能保證接觸線平直并良好受流。

采用CPⅢ精測(cè)網(wǎng)測(cè)量對(duì)提高高速鐵路路基地段、橋梁及隧道地段直線或曲線區(qū)段接觸網(wǎng)支柱參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確性及測(cè)量效率具有良好的效果，在京津城際、武廣高速鐵路接觸網(wǎng)施工中得到了很好的運(yùn)用，對(duì)減少后續(xù)接觸網(wǎng)支柱裝配、整體吊弦安裝誤差、提高精度起到了重要作用。

2.2 隧道內(nèi)接觸網(wǎng)吊柱安裝技術(shù)

高速鐵路隧道內(nèi)采用預(yù)留吊柱槽道方便吊柱安裝的設(shè)計(jì)方法，一方面避免了隧道成形后接觸網(wǎng)專業(yè)打眼施工安裝吊柱破壞隧道整體結(jié)構(gòu)影響隧道的受力問(wèn)題，另一方面也避免了接觸網(wǎng)專業(yè)人員安裝吊柱打眼不方便、安裝位置不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

隧道吊柱所用槽道在隧道土建施工時(shí)已預(yù)埋，電氣化專業(yè)需做好預(yù)埋配合工作和預(yù)埋后技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢查等工作。槽道預(yù)埋的好壞直接影響隧道吊柱安裝的質(zhì)量，對(duì)其預(yù)埋質(zhì)量應(yīng)作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)檢查。武廣高速鐵路施工中，由站前單位負(fù)責(zé)預(yù)埋隧道吊柱槽道，接觸網(wǎng)專業(yè)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)較多的預(yù)埋問(wèn)題，主要是同組槽道2 個(gè)滑槽不夠平行，間距不一樣，造成八字形等形狀偏差，吊柱底座螺栓無(wú)法準(zhǔn)確安裝進(jìn)槽道；安裝的槽道與線路不垂直，如果安裝吊柱后將造成扭面等現(xiàn)象，無(wú)法正確懸掛接觸網(wǎng)；有的槽道埋深過(guò)大或過(guò)淺，吊柱底座螺栓無(wú)法準(zhǔn)確安裝。槽道檢查主要控制如下偏差：

（1）槽道的嵌入偏差，槽道底部距隧道頂面的間距，施工誤差≤5 mm。

（2）槽道平行偏差，指2 根槽道平行方向上的間距偏差，俗稱八字形的偏差，施工誤差為±5 mm/m。

（3）槽道垂直線路左右偏差，指槽道偏移線路的施工偏差，施工誤差為±30 mm。

（4）槽道垂直或平行線路傾斜偏差，指一組槽道在垂直或平行線路上的傾斜偏差（相對(duì)于線路來(lái)說(shuō)的八字形偏差），施工誤差為±5 mm/m。

（5）單根槽道傾斜偏差，單根槽道穿T 型螺栓的2 個(gè)小面嵌入偏差值≤3 mm。

對(duì)于線路鋪軌前隧道吊柱安裝，采用現(xiàn)場(chǎng)組裝作業(yè)臺(tái)方式，先測(cè)量吊柱安裝位置，在槽道相應(yīng)位置安裝懸吊滑輪起吊吊柱，吊柱安裝到位后須立即測(cè)量吊柱的斜率和限界值，如不符合要求須重新松開后安裝墊片、調(diào)整限界值才能重新緊固吊柱。

吊柱安裝技術(shù)要求：隧道高度變化時(shí)，隧道吊柱每40 mm 為一檔進(jìn)行調(diào)整，但吊柱低端距離低軌面應(yīng)不小于4 950 mm。吊柱初安裝時(shí)，一般吊柱按向受力反方向傾斜0.5%～1%施工（吊柱下端向腕臂安裝側(cè)傾斜），受力后，要求為垂直，向受力反方向偏斜0%～0.5%；懸掛下錨非支腕臂的吊柱，垂直安裝，吊柱下端向腕臂反側(cè)傾斜0%～0.5%。

吊柱位置對(duì)相鄰線路的最小限界應(yīng)符合高速鐵路設(shè)計(jì)建筑限界規(guī)定要求并注意曲線地段的加寬，通常要求吊柱側(cè)面限界為曲線外側(cè)2 700 mm，直線和曲線內(nèi)側(cè)2 800 mm，上述條件對(duì)后續(xù)腕臂安裝有較大制約，武廣高速鐵路原隧道內(nèi)裝配安裝高度及形式與隧道外一致，模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)斜腕臂上的定位環(huán)在棒式絕緣子上，這是因吊柱限界受限所致。

2.3 接觸線平直度保證技術(shù)

為確保高速受流的平穩(wěn)性、不間斷性，高速鐵路接觸網(wǎng)要求接觸網(wǎng)導(dǎo)高、高度變化率、接觸線的平直度必須嚴(yán)格控制，接觸線上有彎曲、扭面等現(xiàn)象易產(chǎn)生硬點(diǎn)，使受流惡化，造成離線拉弧，從而燒損導(dǎo)線引起安全事故，因此控制接觸線的平直度對(duì)高速受流越來(lái)越重要。

為確保接觸線的平直度，高速鐵路接觸線須采用恒張力架線車架設(shè)，確保架線時(shí)起、落錨棘輪補(bǔ)償繩的位置和受力、接觸線終端錨固線夾與接觸線連接良好，嚴(yán)格控制架設(shè)張力，張力宜選擇10～12 kN。恒張力放線裝置采用電腦控制，張力偏差可以達(dá)到±1%。架設(shè)導(dǎo)線時(shí)，利用S 鉤和放線滑輪將接觸線懸掛固定在承力索上。針對(duì)接觸線線徑達(dá)到150 mm2的實(shí)際情況，架設(shè)接觸線時(shí)在架線車上立柱安裝七輪接觸線平直度校直器能確保架線過(guò)程中接觸線沒(méi)有彎曲、扭面現(xiàn)象（圖1）。而秦沈客運(yùn)專線改造換線架設(shè)接觸線時(shí)曾采用五輪校直器進(jìn)行接觸線平直度的控制，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)接觸線還存在彎曲度，不能完全滿足高速受流的要求，為此在后來(lái)的接觸線架設(shè)時(shí)采用七輪校直器架線，經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行能滿足受流要求。

圖1 接觸線平直度校直器放線例圖

2.4 彈性吊索安裝

接觸網(wǎng)彈性鏈形懸掛均勻的彈性使靜態(tài)接觸壓力抬升恒定，并使受電弓的運(yùn)行軌跡高度變化減小，充分顯示了彈性吊索的安裝在弓網(wǎng)受流性能方面的優(yōu)點(diǎn)。

彈性鏈形懸掛的整體性能取決于安裝時(shí)彈性吊索的張力控制和調(diào)整精度，因此把彈性吊索的安裝分2 個(gè)階段，一是彈性吊索的初步安裝，二是彈性吊索的調(diào)整。初步安裝階段首先是把量裁到位的吊索懸掛固定到位，使其張力達(dá)到2.8～3 kN，在定位裝置及兩側(cè)跨距內(nèi)的吊弦均安裝完成后開始彈性吊索調(diào)整。彈性吊索調(diào)整從中心錨結(jié)向兩側(cè)展開，先將其中心錨結(jié)側(cè)一端用輔助索線夾緊固好，另一端用彈性吊索專用拉力計(jì)張拉，一般按正常張力3.5 kN 固定吊索，調(diào)整時(shí)不得抬高接觸線，半個(gè)錨段內(nèi)僅能有一組人員調(diào)整，以免吊弦卸載，各跨處受力不均。吊弦安裝完成后，嚴(yán)格控制跨中第1 吊弦與相鄰彈性吊索吊弦的高度差必須小于10 mm、彈性吊索吊弦與定位線夾高度差為零。彈性吊索安裝到位后必須采用接觸網(wǎng)激光測(cè)量?jī)x檢測(cè)懸掛點(diǎn)及靠近中心錨結(jié)跨中處的導(dǎo)高，確保各部位接觸線高度符合設(shè)計(jì)要求。按上述標(biāo)準(zhǔn)施工，接觸網(wǎng)彈性較好。表1 為京滬、哈大客運(yùn)專線彈性測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試采用鋼直尺，200 N 和300 N 彈簧拉力計(jì)測(cè)量。從表1 中可見，京滬客運(yùn)專線和哈大客運(yùn)專線的接觸網(wǎng)彈性不均勻系數(shù)皆小于6%，好于德國(guó)高速鐵路提出的8%的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 京滬、哈大客運(yùn)專線接觸網(wǎng)彈性測(cè)量數(shù)據(jù)表

3 結(jié)語(yǔ)

京津線、武廣線、滬寧線、京滬線等多條高速電氣化鐵路已相繼開通運(yùn)營(yíng)，在建設(shè)過(guò)程中逐步摸索出符合中國(guó)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)的施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高速接觸網(wǎng)施工中的關(guān)鍵技術(shù)已逐漸掌握，但在一些曲線錨段關(guān)節(jié)處吊弦計(jì)算安裝、弓網(wǎng)受流關(guān)系、無(wú)交叉線岔的安裝調(diào)整方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著差距，需要深化研究探討，確保高速受流條件下的弓網(wǎng)安全。