西安至成都客運(yùn)專線西安至江油段（陜西境內(nèi)）用銅錫接觸線施工工藝分析

譚振亞

摘 要：西成客專設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，全段正線設(shè)橋隧總長(zhǎng)320.466km，占線路總長(zhǎng)93.45%。西成客專用接觸線為高強(qiáng)高導(dǎo)銅錫合金接觸線CTS120、CTS150，其為針對(duì)特定的橋隧使用環(huán)境，應(yīng)具有強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕、耐溫升和較好的取流性等特點(diǎn)，本文對(duì)對(duì)西成客專用銅錫合金接觸線技術(shù)性能和施工工藝的分析，進(jìn)一步完善了我國高速鐵路用電氣化接觸線材的加工、生產(chǎn)和施工體系，增強(qiáng)我國高速鐵路用接觸線產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，使我國現(xiàn)有工業(yè)體系下的高速鐵路相關(guān)產(chǎn)品更加面向市場(chǎng)化、國際化。

關(guān)鍵詞：銅錫合金；高速鐵路；接觸線；西成客專；施工工藝

西安至成都客運(yùn)專線（西成客專）項(xiàng)目位于陜西省南部和四川省中北部地區(qū)，行徑秦巴山地，連接關(guān)中平原、漢中盆地和成都平原。線路北起西安，向南經(jīng)咸陽、安康兩市局部地區(qū)及漢中進(jìn)入四川省境內(nèi)，后經(jīng)廣元至江油與綿成樂客專相接抵成都，西安至成都線路全長(zhǎng)約643km。設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h，西安北至江油段線路建筑長(zhǎng)度509.312公里，其中陜西省境內(nèi)342.922km，新設(shè)阿房宮、戶縣東、新場(chǎng)街、佛坪、洋縣西、城固北、新集、寧強(qiáng)南車站8處，引入西安北、漢中既有站，全段正線設(shè)橋隧總長(zhǎng)320.466km，占線路總長(zhǎng)93.45%。因此，該段線路對(duì)接觸線在橋隧內(nèi)的使用性能提出了特別的工程應(yīng)用要求。結(jié)合具體的施工實(shí)際，本文對(duì)該段線路的接觸線產(chǎn)品性能進(jìn)行了分析性。

1 技術(shù)規(guī)格

本文所介紹的西成客專用接觸線為高強(qiáng)高導(dǎo)銅錫合金接觸線CTS120、CTS150，這兩種型號(hào)的銅錫合金接觸線是依《中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》 （ TB /T2809-2005 電氣化鐵道用銅及銅合金接觸線）進(jìn)行生產(chǎn)的，適用于時(shí)速200km/h～250km/h的高速列車，橫截面面積分別為120mm2、150mm2。產(chǎn)品的具體特點(diǎn)及性能指標(biāo)等如下述。

1.1 西成客專用銅錫合金接觸線特點(diǎn)

西成客專用銅錫合金接觸線，為針對(duì)特定的橋隧使用環(huán)境，應(yīng)具有強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕、耐溫升和較好的取流性等特點(diǎn)。另外，該型接觸線還應(yīng)具有表面清潔、光滑、無硬彎、扭曲、折邊、裂紋、夾雜物及其他不利于使用的毛刺、劃傷、擦傷等缺陷，內(nèi)部更沒有夾渣、氣孔、無裂紋，在正常使用環(huán)境條件下質(zhì)量穩(wěn)定、機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)良好等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)西成客專接觸線的使用環(huán)境，該型接觸線的額定張力、外徑、單位重量如表1所示。

1.2 西成客專用銅錫合金接觸線主要的性能指標(biāo)

1.2.1形狀規(guī)格要求

接觸線的截面形狀、角度符合圖1規(guī)定

1.2.2 西成客專用銅錫合金接觸線主要技術(shù)參數(shù)

西成客專用銅錫合金接觸線采用了上引連鑄加連擠連軋工藝生產(chǎn)銅及銅合金接觸線，兩種工藝都能保證接觸線的性能，銅合金接觸線根據(jù)配比規(guī)定配料，在分別投料時(shí)，嚴(yán)格按照上述規(guī)定計(jì)量添加，由工序管理員進(jìn)行復(fù)查并進(jìn)行記錄，監(jiān)控頻次為1次/2小時(shí)。該銅錫合金接觸線的平直度≤0.026/1000 mm，氧含量≤0.030%。主要化學(xué)成分詳見表2。各主要技術(shù)性能如表3所示。尺寸偏差如表4所示。

由于導(dǎo)體所允許的載流量取決于其發(fā)熱允許溫度，允許溫度越高，允許載流量越大。導(dǎo)體發(fā)熱允許溫度受導(dǎo)體載流發(fā)熱后的強(qiáng)度損失制約，架空導(dǎo)線的允許載流量一般是按氣象條件下導(dǎo)線不超過某一溫度來計(jì)算的，目的在于盡量減少導(dǎo)線的強(qiáng)度損失，以提高或確保導(dǎo)線的使用壽命。

西成客專用銅錫合金接觸線采用的是上引連鑄+連續(xù)擠壓+冷拉拔的工藝方法來進(jìn)行生產(chǎn)的，這樣生產(chǎn)的接觸線具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電率高、韌性好、耐磨、耐腐蝕、耐升溫和較好的取流等特點(diǎn)。在滿足載流量條件要求下，實(shí)際工作溫度遠(yuǎn)低于允許最高工作溫度，經(jīng)濟(jì)節(jié)能，符合鐵路“綠色化”的發(fā)展方向。我們通過溫差計(jì)算得出每百公里節(jié)能量如表5所示。

2 施工工藝

隨著電氣化鐵路運(yùn)營時(shí)速的提升，高速鐵路對(duì)導(dǎo)線及施工質(zhì)量提出了越來越高的要求。而西成客專的運(yùn)營速度高達(dá)250～300km/h，對(duì)接觸網(wǎng)中的接觸線平直度提出了更為嚴(yán)格的要求，接觸線工作時(shí)的張力也隨之提高。由于西成客專用銅錫合金接觸線的比強(qiáng)度較以往有較大提高，對(duì)展放該接觸線的施工工藝提出了更高的要求。同時(shí)，接觸網(wǎng)架設(shè)質(zhì)量的好壞直接影響著弓網(wǎng)關(guān)系和受流質(zhì)量。為確保受電弓高速運(yùn)行時(shí)能良好取流，避免放線過程中產(chǎn)生硬彎，我們?cè)谡狗懦辛λ?、接觸線提時(shí)需采用恒張力車進(jìn)行。

2.1 恒張力放線施工工藝

動(dòng)力車主要是為放線平板車提供牽引動(dòng)力，動(dòng)力車帶有低速自動(dòng)走行功能。在車組進(jìn)行恒張力放線時(shí)，將動(dòng)力系統(tǒng)置為低速自動(dòng)走行檔，利用其低速自動(dòng)走行系統(tǒng)為放線車組提供一個(gè)平穩(wěn)的速度；在車組正常運(yùn)行時(shí)則置為運(yùn)行檔。在低速自動(dòng)走行時(shí)，司機(jī)既可以在駕駛室操作控制，也可以在作業(yè)平臺(tái)上操作控制，為便于觀察，更好地配合好掛線作業(yè)人員的施工，規(guī)定司機(jī)在作業(yè)平臺(tái)操作控制。

放線平板主要用來安裝固定整個(gè)放線裝置，是整個(gè)恒張力放線車組的核心部分。放線裝置由線盤支架、導(dǎo)向輪、張力盤、張力控制裝置等幾個(gè)部分組成。線盤支架主要是用來固定放線線盤，線盤支架安裝了直流電機(jī)，保證線盤和張力盤同一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，并使張力盤和線盤之間的線索張力恒定（此張力一般為放線預(yù)設(shè)張力的10%）。導(dǎo)向輪主要是用來線盤和張力盤、張力盤和抬撥線柱之間線索的走向，避免接觸線因角度過大產(chǎn)生折彎和硬彎。張力盤和張力控制裝置是恒張力技術(shù)的核心部分。張力盤是將張力控制裝置給定的張力值傳遞至接觸線，保證接觸線的展放過程中的張力，從而保證了接觸線的平直度；張力控制裝置是用電腦控制，首先是將預(yù)先設(shè)定的張力傳輸給張力盤。在張力控制裝置中設(shè)計(jì)一個(gè)COMS系統(tǒng)，通過COMS系統(tǒng)每隔15秒對(duì)線索的張力檢測(cè)一次，并將檢測(cè)值和預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比、分析和糾偏補(bǔ)償，從而使接觸線的實(shí)際張力始終保持恒定。

掛線車主要是將展放出來的承力索和接觸線固定在支持結(jié)構(gòu)上，掛線車上安裝有一抬撥線柱，主要用來調(diào)整接觸線展放過程中的方向，便于接觸線的安裝固定。當(dāng)然，在實(shí)際施工過程中，還可以根據(jù)實(shí)際情況在掛線車后安排1-3臺(tái)作業(yè)安裝車進(jìn)行中錨安裝和定位安裝等接觸懸掛等作業(yè)。

通過上面恒張力放線車的組成及主要作用的介紹，我們可以總結(jié)出恒張力放線的原理是：根據(jù)接觸線的設(shè)計(jì)額定張力，恒張力放線前，預(yù)先給張力控制裝置預(yù)設(shè)一個(gè)約為額定張力的70-80%的控制張力，控制張力采用張力盤來實(shí)現(xiàn)，架線前將接觸線在張力盤上纏繞6圈，在線盤上纏繞后穿過抬撥線柱進(jìn)行展放。張力盤采用微機(jī)控制，架線過程中，通過張力盤控制系統(tǒng)中的CMOS系統(tǒng)每隔15秒自動(dòng)對(duì)線索的張力檢測(cè)一次，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，微機(jī)及時(shí)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)行對(duì)比分析、糾偏補(bǔ)償，使輸出數(shù)據(jù)始終和輸入數(shù)據(jù)保持相對(duì)的一致恒定，從而實(shí)現(xiàn)恒張力放線。

2.2 施工過程中預(yù)設(shè)張力的選定

預(yù)設(shè)張力選擇的合理與否直接影響到放線質(zhì)量甚至安全。張力預(yù)設(shè)過大（大于額定張力）的話，一則直接構(gòu)成線索的破壞張力，稍有不慎則對(duì)線索直接造成損傷；二則由于張力過大，其通過線索對(duì)下錨處墜砣產(chǎn)生的拉力直接將墜砣拉起或來回竄動(dòng)。根據(jù)張力與接觸線弛度的關(guān)系公式：

fmax=1.225*10-3gl2/T （1）

fmax—最大弛度；

g—導(dǎo)線密度；

l—跨距；

T—接觸線水平方向的張力

可知，如張力預(yù)設(shè)越小的話，則接觸網(wǎng)的架設(shè)弛度越大，接觸線在懸掛點(diǎn)的彎曲度也越大，由于放線過程中張力是波動(dòng)的，導(dǎo)致接觸線在懸掛點(diǎn)處沿放線方向來回移動(dòng)，從而形成不易矯正的波浪型硬彎和折彎，這違背了恒張力的設(shè)計(jì)初衷。為此，為選擇合理的預(yù)設(shè)張力并保持其恒定，放線的預(yù)設(shè)張力一般為：絞線張力為設(shè)計(jì)額定張力的40-60%，導(dǎo)線張力為設(shè)計(jì)額定張力的70-80%。

關(guān)于新線初伸長(zhǎng)的研究，各國都進(jìn)行了大量的研究，而且對(duì)新線初伸長(zhǎng)的處理方法，各國都不盡相同。德國、法國及日本采取的超拉方法主要如表6所示。

根據(jù)我國國情及目前我國普遍采用的架線施工技術(shù)，我們基本都參照德國的方法采取額定張力自然伸長(zhǎng)的方法進(jìn)行處理。

2.3 施工過程中線索的預(yù)留長(zhǎng)度過長(zhǎng)及解決方案

恒張力放線是通過張力盤向線索施加張力的，放線過程前，須將線索在張力盤上纏繞6圈，然后穿過抬撥線柱進(jìn)行展放。并且線盤和張力盤之間的線索必須始終處于受力狀態(tài)。這就要求我們?cè)诰€材訂貨配盤時(shí)必須在原錨段的基礎(chǔ)上增加一定的預(yù)留長(zhǎng)度（此長(zhǎng)度為線盤到張力盤之間的長(zhǎng)度+張力盤上纏繞的長(zhǎng)度，一般約為80米左右）。如果線材的價(jià)格按90000元/噸計(jì)算的話，這樣每個(gè)錨段承、導(dǎo)線共增加了約2000元的成本。為解決這一技術(shù)難題，西成客專用銅錫合金接觸線在架線施工的過程中根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，采用了接觸線接續(xù)延長(zhǎng)線的架設(shè)方案，如圖9所示，也即：準(zhǔn)備一盤約為200米的承力索線盤專門用作延長(zhǎng)線，固定在放線平板上最遠(yuǎn)處的一個(gè)線盤支架上，待接觸線即將展放完畢時(shí)，將線材斷線，并利用滑靴連接器和延長(zhǎng)線相連，連接牢靠后繼續(xù)進(jìn)行展放直至緊線落錨。

4 總結(jié)

通過對(duì)西成客專用銅錫合金接觸線技術(shù)性能和施工工藝的分析，進(jìn)一步完善了我國高速鐵路用電氣化接觸線網(wǎng)的加工、生產(chǎn)和施工體系，增強(qiáng)我國高速鐵路用接觸線產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，使我國現(xiàn)有工業(yè)體系下的高速鐵路相關(guān)產(chǎn)品更加面向市場(chǎng)化、國際化。