電氣化鐵路承力索改造研究

李 維

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，鐵路交通在我國的重要性不斷提升。而電氣化鐵路則是未來鐵路發(fā)展的方向之一。然而，在電氣化鐵路中，承力索問題一直是制約運(yùn)行安全和效率的關(guān)鍵因素之一。綜上所述，電氣化鐵路承力索改造研究具有重要意義，通過對(duì)承力索材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、加工工藝等方面進(jìn)行深入研究，可以提高鐵路運(yùn)行的安全性、可靠性和運(yùn)行效率，推動(dòng)我國鐵路事業(yè)的發(fā)展[1]。

1 改造的必要性及接觸網(wǎng)設(shè)施情況

既有接觸網(wǎng)懸掛采用全補(bǔ)償簡單鏈型懸掛，承力索出現(xiàn)松散、斷股、銹蝕及腐蝕，存在嚴(yán)重安全隱患，影響運(yùn)行安全。為預(yù)防承力索斷線故障，保證安全可靠供電，對(duì)承力索進(jìn)行更新改造是必要的。既有承力索情況如圖1 所示。

圖1 既有承力索相片

既有鐵路接觸網(wǎng)概況如下：

供電方式為直接供電方式。

接觸網(wǎng)懸掛類型采用全補(bǔ)償簡單鏈型懸掛。

既有接觸網(wǎng)導(dǎo)高一般為6 000 mm；結(jié)構(gòu)高度一般為1 400 mm。

2 接觸網(wǎng)改造方案研究

2.1 改造方案研究

本文以將截面積為70 mm2的鋼絞線的承力索更換為高強(qiáng)度銅鎂合金絞線（JTMH95）為例，并須同步更換相關(guān)配套設(shè)備。

將更換承力索范圍內(nèi)的環(huán)節(jié)吊弦更換為整體載流吊弦（含吊弦線及吊弦線夾）。

對(duì)更換承力索范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)中心錨結(jié)裝置進(jìn)行更換，結(jié)合現(xiàn)場情況維持既有兩跨中心錨結(jié)或軟橫跨處中心錨結(jié)裝置，整套更換（含中心錨結(jié)繩）。

對(duì)更換承力索范圍內(nèi)的懸掛點(diǎn)更換承力索座、加裝預(yù)絞絲保護(hù)條。軟橫跨處更換承力索范圍內(nèi)懸吊滑輪、加裝預(yù)絞絲保護(hù)條。

對(duì)更換承力索范圍內(nèi)錨段兩側(cè)承力索下錨補(bǔ)償裝置進(jìn)行更換，補(bǔ)償裝置根據(jù)張力組合采用1∶3 鋁合金大滑輪組補(bǔ)償裝置（全補(bǔ)償下錨不含墜砣、墜砣桿、墜砣限制架）。

對(duì)更換承力索范圍內(nèi)的關(guān)節(jié)電連接、線岔電連接、股道電連接、橫向電連接的承力索電連接線夾進(jìn)行更換。

在上跨建筑物處、上跨電力線路處為承力索安裝預(yù)絞式鎧裝護(hù)線條。

更換承力索范圍內(nèi)按照導(dǎo)線更換后典型的接觸懸掛組合、結(jié)構(gòu)計(jì)算風(fēng)速35 m/s 計(jì)算不同工況下的支柱容量。

將不滿足支柱容量的支柱進(jìn)行更換，并新建接觸懸掛腕臂裝配，作為中間柱、道岔柱使用。既有接觸網(wǎng)支持裝置一般采用平斜腕臂。

更換承力索范圍內(nèi)新立支柱上的腕臂裝配按新建配給，依據(jù)TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.1 中“5 腕臂裝置宜采用絕緣旋轉(zhuǎn)平腕臂結(jié)構(gòu)，吊弦宜采用整體吊弦”相關(guān)要求，采用平斜旋轉(zhuǎn)腕臂結(jié)構(gòu)。

2.2 高強(qiáng)度銅鎂合金承力索技術(shù)參數(shù)

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3111—2017《電氣化鐵道用銅及銅合金絞線》[2]技術(shù)性能及要求，導(dǎo)線截面：標(biāo)稱截面95 mm2的銅鎂合金絞線。電氣和機(jī)械性能見表1。

表1 承力索JTMH95 mm2 電氣和機(jī)械性

3 接觸網(wǎng)既有支柱容量計(jì)算

既有電氣化鐵路廣泛采用預(yù)應(yīng)力混凝土支柱。部線路依然使用支柱容量為H38 支柱預(yù)應(yīng)力混凝土支柱，承力索線70 mm2鋼絞線更換為95 mm2銅合金絞線，既有支柱負(fù)載增加，需計(jì)算支柱容量。

3.1 線索及支柱風(fēng)荷載計(jì)算

基本風(fēng)壓計(jì)算根據(jù)TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.10 知基本風(fēng)壓計(jì)算式如下[3]

式中：W0為基本風(fēng)壓，kN/m2；v2為接觸網(wǎng)風(fēng)偏和結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，分別采用風(fēng)偏設(shè)計(jì)風(fēng)速和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)速，m/s。

線索單位風(fēng)荷載計(jì)算根據(jù)TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.10 知線索單位風(fēng)荷載計(jì)算式如下

式中：WX為線索單位風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/s；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μs為線索的風(fēng)荷載體型系數(shù)；d 為線索直徑或高度，mm。

支柱風(fēng)荷載計(jì)算根據(jù)TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.10 知線索單位風(fēng)荷載計(jì)算式如下

式中：WS為支柱風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN；AS為支柱承受風(fēng)壓面積計(jì)算值，m2。

3.2 支柱負(fù)載計(jì)算

直線正定位中間柱荷載計(jì)算[4]

式中：Q0為單套支持和定位裝置自重；Z 為支柱中心到懸掛點(diǎn)的水平距離；gc為承力索單位長度自重；gj為接觸線單位長度自重；l 為跨距；WS支柱為支柱風(fēng)荷載；HZ為地面以上支柱高度；P之j為正線接觸線曲線分力；WX接觸線為接觸線單位風(fēng)荷載；WX承力索為承力索單位風(fēng)荷載；Hj為導(dǎo)線高度；hj為結(jié)構(gòu)高度；S 為軌面至地面高度。

本文以導(dǎo)線更換后典型的接觸懸掛組合JTMH95+TCG85（15 kN+8.5 kN）、結(jié)構(gòu)計(jì)算風(fēng)速35 m/s計(jì)算不同工況下的支柱容量。

以曲線半徑800 m、跨距65 m 為例計(jì)算：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，H38 型橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱荷載見表2。

表2 支柱容量計(jì)算表kN·m

根據(jù)支柱容量校驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，將更換接觸線范圍內(nèi)車站區(qū)間轉(zhuǎn)換柱、咽喉區(qū)道岔柱、曲線半徑及跨距組合不能滿足容量需求的中間柱、道岔柱H38 型支柱更換為H93/9.2 支柱。

4 防護(hù)措施

承力索在承力索座、懸吊滑輪等處懸吊固定時(shí)，采用Q/CR 608E（HX3）-2017 型預(yù)絞式護(hù)線條防護(hù)。

上跨建（構(gòu)）筑物（橋、隧、明洞、站房、雨棚等）下方的承力索加裝TJ/GD021—2016《電氣化鐵路接觸網(wǎng)用預(yù)絞式鎧裝護(hù)線條暫行技術(shù)條件》中B 型預(yù)絞式鎧裝防護(hù)條。一般情況下以防護(hù)點(diǎn)斷面為基準(zhǔn)，向兩側(cè)延長，采用內(nèi)2 m 外3 m 設(shè)置，共計(jì)5 m；特殊情況（如低凈空、新建上跨橋施工等）可結(jié)合實(shí)際，以斷面為基準(zhǔn)向外延伸5 m、上跨建（構(gòu)）筑物下貫通形式進(jìn)行安裝。

開挖基坑時(shí)，坑邊不得放置重物或工具，隨時(shí)注意坑壁的穩(wěn)定情況，如有變化，及時(shí)加強(qiáng)防護(hù)措施。每處不得少于2 人，坑內(nèi)有人作業(yè)時(shí)，坑上必須有人防護(hù)，列車通過時(shí)，坑內(nèi)不得有人。在站內(nèi)或有行人的地點(diǎn)挖坑時(shí)，應(yīng)采取防止人畜墜落的安全措施[5]。

基坑開挖時(shí)，應(yīng)做好防護(hù)工作，防止基坑開挖污染道砟。

既有線支柱附近基坑開挖時(shí)，應(yīng)做好既有線支柱防護(hù)工作，防止支柱傾斜等事故的發(fā)生而影響行車。

立桿、腕臂裝配、放線等嚴(yán)格使用符合規(guī)定的接觸網(wǎng)作業(yè)車，避免施工人員踩踏接觸線、承力索等；上部施工時(shí)注意空中高壓電線，確保供電線路和人身安全。

本段接觸網(wǎng)工程在既有線上進(jìn)行，施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》《鐵路建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理辦法》《鐵路通信、信號(hào)、電力、電力牽引供電施工安全技術(shù)規(guī)程》《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》《鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》《接觸網(wǎng)安全工作規(guī)程》《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)文件要求，確保人身、設(shè)備和行車安全。

5 施工過渡設(shè)計(jì)原則

過渡遵循如下原則：需結(jié)合具體的施工組織方案充分利用既有設(shè)備，盡量做到永臨結(jié)合，減少廢棄工程。過渡方案方便施工及運(yùn)營，最大限度地縮短停電時(shí)間。結(jié)合承力索線材更換，制定過渡方案，過渡方案應(yīng)確保列車安全可靠運(yùn)行。更換工作應(yīng)安排在天窗時(shí)間內(nèi)完成，并按照相關(guān)規(guī)定做好防護(hù)工作。過渡方案方便施工及運(yùn)營，最大限度地縮短停電時(shí)間。

6 指導(dǎo)性換線方案

6.1 承力索更換工藝流程

更換整錨段承力索應(yīng)注意三點(diǎn)，一是更換整錨段接觸線時(shí)，新承力索的架設(shè)有起錨、落錨作業(yè)；二是更換整錨段接觸線時(shí)，在錨段關(guān)節(jié)內(nèi)需對(duì)新承力索地行穿線；三是涉及中心錨結(jié)的拆卸、重新安裝及調(diào)整。具體工藝流程如圖2 所示。

圖2 承力索更換工藝流程

6.2 承力索更換指導(dǎo)性方案

施工前準(zhǔn)備，將所需要的工具、材料及零器件擺放到位，梯車、軌道車等待命。線路封鎖，停電命令下達(dá)后，起錨，放線，每個(gè)懸掛點(diǎn)用放線滑輪進(jìn)行固定，落錨。落錨完成后，進(jìn)行新舊承力索倒換，布吊弦、倒吊弦，同時(shí)拆除舊吊弦，將導(dǎo)高調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)。將錨柱新承力索倒入補(bǔ)償，完成吊弦倒接及新承力索中心錨結(jié)、接觸線中心錨結(jié)安裝工作后，拆除既有承力索，調(diào)整導(dǎo)高，保證通車。

7 結(jié)束語

承力索作為接觸網(wǎng)系統(tǒng)重要組成部分，提高了接觸線的穩(wěn)定性，減小接觸線弛度，改善接觸懸掛的彈性。電氣化鐵路承力索運(yùn)營環(huán)境復(fù)雜，且無備用設(shè)備；因此對(duì)承力索在可靠性、安全性能要求嚴(yán)格。承力索出現(xiàn)銹蝕、燒傷情況后，線材拉斷力、抗拉強(qiáng)度嚴(yán)重下降，存在嚴(yán)重安全隱患，需及時(shí)更換，保證運(yùn)行安全。本文對(duì)電氣化鐵路承力索改造具有一定的指導(dǎo)意義。