既有高速鐵路提質(zhì)工程及相關(guān)施工工藝探討

黃 勇，杜清全，吳佳軒

0 引言

高速鐵路提質(zhì)改造工程是推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，優(yōu)化運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“碳中和目標(biāo)”，增強(qiáng)人民幸福感、獲得感，全面提升客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量的重要保證。

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某條既有高速鐵路接觸網(wǎng)提質(zhì)改造工程的必要性和工程卡控點(diǎn)進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹提質(zhì)改造工程項(xiàng)目接觸網(wǎng)參數(shù)前期仿真測(cè)算、首錨段驗(yàn)證、現(xiàn)場(chǎng)施工，總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，為以后類似施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 既有高速鐵路接觸網(wǎng)提質(zhì)工程主要內(nèi)容

既有高速鐵路接觸網(wǎng)提質(zhì)工程需完成的主要工程內(nèi)容為：

（1）分相磁感應(yīng)器調(diào)整。既有分相磁感應(yīng)器強(qiáng)迫點(diǎn)距離中性區(qū)360 m，預(yù)告點(diǎn)與強(qiáng)迫點(diǎn)磁感應(yīng)器相距140 m。提質(zhì)改造工程根據(jù)《列車過分相系統(tǒng)車載控制自動(dòng)過分相裝置（TB 3197—2018）》[1]要求進(jìn)行改造施工。

（2）變電所、分區(qū)所、AT所貫通地線增加回所電纜。

（3）增加接觸線張力及更換吊弦。將接觸線張力由28.5 kN增加至30 kN，并同步更換錨段內(nèi)整體吊弦。

2 增加接觸線張力和更換吊弦必要性

2.1 增加接觸線張力必要性

該既有高速鐵路接觸線張力為28.5 kN，承力索張力為21 kN。對(duì)不同工況下接觸網(wǎng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仿真分析。

（1）工況一：兩架DSA380型受電弓以 350 km/h速度通過原設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)，受電弓靜態(tài)接觸力為70 N。該工況下雙弓接觸力的最小值大于0，最大值小于350 N，0.3倍平均值減標(biāo)準(zhǔn)偏差大于0，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。定位點(diǎn)最大抬升為103 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。仿真結(jié)果見圖1。

圖1 工況一雙弓接觸力仿真

（2）工況二：兩架DSA380型受電弓以 350 km/h速度通過原設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)，受電弓靜態(tài)接觸力為90 N。該工況下雙弓接觸力的最小值大于0，0.3倍平均值減標(biāo)準(zhǔn)偏差大于0，但最大值大于350 N，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。說明當(dāng)動(dòng)車組雙弓以350 km/h速度通過該高速鐵路時(shí)，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。定位點(diǎn)最大抬升為116 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。仿真結(jié)果見圖2。

圖2 工況二雙弓接觸力仿真

（3）工況三：兩架 DSA380型受電弓以 350 km/h速度通過提質(zhì)方案接觸網(wǎng)，受電弓靜態(tài)接觸力為90 N。該工況下雙弓接觸力的最小值大于0，最大值小于350 N，0.3倍平均值減標(biāo)準(zhǔn)偏差大于0，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。仿真結(jié)果見圖3。

圖3 工況三雙弓接觸力仿真

仿真結(jié)果表明，接觸線張力增加至30 kN后，動(dòng)車組雙弓以350 km/h速度通過時(shí)，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)性能可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，定位點(diǎn)最大抬升為111 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 更換吊弦必要性

為了解接觸線張力增加后接觸網(wǎng)幾何參數(shù)變化情況，選取該既有高速鐵路951 m的錨段進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。測(cè)量數(shù)據(jù)表明接觸線加張后，中錨附近出現(xiàn)最大抬升量約18 mm，后續(xù)施工時(shí)實(shí)際抬升量也在20 mm左右。接觸線加張后，墜砣b值伸長(zhǎng)為74 mm，后續(xù)施工墜砣b值變化普遍在80～120 mm，表明接觸線最大橫向偏移量在27～40 mm。數(shù)據(jù)表明，為保證吊弦高差及導(dǎo)高滿足《高速鐵路接觸網(wǎng)運(yùn)行維修規(guī)則》[3]中“相鄰吊弦高差10 mm以內(nèi)，接觸網(wǎng)導(dǎo)高在5 270～5 330 mm以內(nèi)”的要求，必須對(duì)吊弦進(jìn)行更換并精調(diào)。

通過現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)計(jì)算及驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，加張并更換吊弦后，彈性吊索張力變化不大，但彈性吊索張力的大小對(duì)吊弦長(zhǎng)度計(jì)算影響較大。現(xiàn)場(chǎng)彈性吊索張力在2.5～5 kN范圍內(nèi)不等，若全部按標(biāo)準(zhǔn)值3.5 kN計(jì)算，更換吊弦后兩相鄰吊弦實(shí)際高差在±5 mm內(nèi)占比為60%，若以實(shí)際彈性吊索張力值計(jì)算可以控制在97%以內(nèi)。仿真結(jié)果表明：彈性吊索張力需控制在3～5 kN；彈性吊索長(zhǎng)度為18 m時(shí)，第1吊弦至定位點(diǎn)距離為7 m。對(duì)彈性吊索張力不符合要求的處所進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，調(diào)整某定位處的彈性吊索張力時(shí)，對(duì)相鄰兩定位點(diǎn)彈性吊索張力和導(dǎo)高影響不大，可以忽略不計(jì)。

3 接觸線增加張力和更換吊弦施工組織

為保證該高速鐵路接觸網(wǎng)提質(zhì)改造工程按期順利完成，如何組織作業(yè)人員安全高效更換吊弦，并保證一次達(dá)標(biāo)，成為接觸線張力增加及同步更換吊弦關(guān)鍵點(diǎn)。路局站段聯(lián)合施工單位組成6個(gè)作業(yè)大組對(duì)該既有高速鐵路K10—K184正線174 km線路進(jìn)行分解施工?？紤]全線每隔2～3 km有通道門進(jìn)入網(wǎng)內(nèi)，同時(shí)避免因軌道車運(yùn)行導(dǎo)致天窗浪費(fèi)，相關(guān)施工全部考慮采用梯車作業(yè)，接觸線張力增加及更換吊弦施工同步進(jìn)行。

人員組織。以某段施工為例，需更換114個(gè)錨段吊弦，涉及正線55.5 km。施工單位在駐扎地附近設(shè)置吊弦預(yù)配中心，組織梯車32臺(tái)，測(cè)量?jī)x器20臺(tái)，一次作業(yè)共計(jì)約260人。路局站段配置網(wǎng)工34人，管理人員5人。

天窗組織。每日天窗約360 min，施工天窗組織按300 min組織，具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)如表1所示。

表1 施工天窗組織 min

4 吊弦更換施工關(guān)鍵點(diǎn)

既有高速鐵路接觸線張力增加及吊弦更換施工由接觸網(wǎng)幾何參數(shù)測(cè)量、計(jì)算、預(yù)制及安裝幾個(gè)環(huán)節(jié)組成，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，都無法保證安全且一次性將吊弦安裝到位。

4.1 吊弦計(jì)算參數(shù)測(cè)量

吊弦計(jì)算參數(shù)測(cè)量需注意以下問題：

（1）測(cè)量時(shí)測(cè)量至承力索座上將導(dǎo)致錯(cuò)誤。中間柱承力索高度一般在6 900 mm左右，錨段關(guān)節(jié)內(nèi)多在6 900～7 000 mm，若發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)明顯偏低或偏高，現(xiàn)場(chǎng)需再次進(jìn)行復(fù)核比對(duì)。

（2）上、下行測(cè)量人員應(yīng)對(duì)每一跨內(nèi)吊弦根數(shù)進(jìn)行比對(duì)，避免吊弦遺漏。

（3）參數(shù)測(cè)量方向不統(tǒng)一，易導(dǎo)致計(jì)算和安裝時(shí)方向混亂，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)一按照小里程向大里程方向測(cè)量。

4.2 吊弦計(jì)算

本次施工采用西南交通大學(xué)提供的吊弦預(yù)制軟件，將吊弦測(cè)量參數(shù)輸入至軟件窗口中，得到吊弦預(yù)配參數(shù)。計(jì)算時(shí)需重點(diǎn)注意以下兩點(diǎn)：

（1）將彈性吊索張力不符合要求的處所張力進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

（2）避免測(cè)量參數(shù)錄入錯(cuò)誤。測(cè)量參數(shù)錄入、計(jì)算分兩次進(jìn)行，比較兩次計(jì)算結(jié)果有無差別。

4.3 吊弦預(yù)制

（1）避免吊弦長(zhǎng)度預(yù)制錯(cuò)誤、線鼻子或鉗壓管漏壓接、標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤。在吊弦預(yù)配中心安排專人對(duì)吊弦預(yù)制的長(zhǎng)度及壓接工藝進(jìn)行復(fù)核檢查，確保預(yù)制正確，并采用防水標(biāo)簽，確保標(biāo)識(shí)清晰可見。

（2）建立材料追溯制度，將不同批次吊弦線及線夾對(duì)應(yīng)安裝錨段作好記錄，做到源頭可溯。

4.4 吊弦安裝

（1）入網(wǎng)時(shí)對(duì)每個(gè)梯車組進(jìn)行編號(hào)，接地及防護(hù)組最先入網(wǎng)，再按照施工點(diǎn)至入網(wǎng)口距離從遠(yuǎn)至近依次入網(wǎng)。該方式可節(jié)約入網(wǎng)時(shí)間近40 min。

（2）入網(wǎng)前，將清點(diǎn)后的材料分人、分包管理，避免入網(wǎng)過程中遺漏網(wǎng)外而影響作業(yè)，同時(shí)根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)復(fù)核防水標(biāo)簽上的區(qū)間（站）、錨段號(hào)、支柱號(hào)、吊弦數(shù)、吊弦預(yù)制長(zhǎng)度，確認(rèn)無誤后方可入網(wǎng)。出網(wǎng)時(shí)，從作業(yè)組兩端分別安排5人向出網(wǎng)口進(jìn)行全覆蓋檢查，杜絕遺留工具材料。

（3）施工前現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)承力索高度誤差在 10 mm內(nèi)，確認(rèn)吊弦計(jì)算正確。

（4）作業(yè)時(shí)，梯車組均按照奇數(shù)錨段先安裝下行吊弦，偶數(shù)錨段先安裝上行吊弦的方式進(jìn)行，并保證吊弦安裝從小里程向大里程方向進(jìn)行。該組織方式能保證錨段關(guān)節(jié)內(nèi)吊弦安裝和測(cè)量互不影響，提高天窗利用率。

（5）上網(wǎng)平推時(shí)，盯控人員應(yīng)使用橡膠榔頭敲擊線夾，觀察有無滑動(dòng)；檢查力矩是否到位，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)力矩緊固后的吊弦線夾螺桿外露約為3絲扣。為確保作業(yè)人員扭力扳手力矩準(zhǔn)確到位，安排專人每天對(duì)扭力扳手力矩進(jìn)行校驗(yàn)，使用膠帶將調(diào)節(jié)鈕封死，并將符合要求的力矩扳手進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

（6）應(yīng)急措施。提前將每臺(tái)梯車的高度進(jìn)行標(biāo)識(shí)，當(dāng)施工過程中遇大雨，無法利用激光測(cè)量?jī)x進(jìn)行參數(shù)測(cè)量時(shí)，人工量取導(dǎo)線與梯車框架距離。更換吊弦時(shí)，原吊弦只解開接觸線端，待所有新吊弦更換完畢且參數(shù)達(dá)標(biāo)后，再拆除舊吊弦（新吊弦加裝完，拆除全部舊吊弦后，整體導(dǎo)高抬升約 10 mm）。遇突發(fā)或偶然因素導(dǎo)致大面積吊弦預(yù)制錯(cuò)誤時(shí)，拆除增加墜砣和新加吊弦，恢復(fù)原吊弦。

（7）關(guān)節(jié)式分相、上網(wǎng)點(diǎn)三支電連接處載荷難以計(jì)算，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)壓接和調(diào)整的方式進(jìn)行。

（8）不同梯車組銜接處，參數(shù)容易被忽略。在Excel中編輯相關(guān)條件，將導(dǎo)高控制在5 315～5 280 mm范圍內(nèi)，相鄰吊弦高差控制在10 mm以內(nèi)，兩定位高差控制在15 mm以內(nèi)，超出相應(yīng)值自動(dòng)標(biāo)紅。同時(shí)利用釘釘軟件協(xié)同功能，作業(yè)完畢后各組利用5 min時(shí)間在釘釘中同時(shí)編輯相關(guān)數(shù)據(jù)，并同步生成波形圖（圖4），可快速找出 6個(gè)錨段中的問題參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)快速?gòu)?fù)核調(diào)整。

圖4 接觸線導(dǎo)高波形

5 結(jié)語

通過介紹既有高速鐵路接觸網(wǎng)提質(zhì)工程相關(guān)項(xiàng)目，分析接觸線增加張力及更換吊弦的必要性，總結(jié)了調(diào)整彈性吊索張力對(duì)相鄰定位彈性吊索張力的影響，對(duì)相關(guān)施工過程中存在的問題及措施進(jìn)行總結(jié)歸納，為類似工程施工提供參考。