武廣鐵路客運專線350 km時速接觸網施工關鍵技術探討

張彥水

(中鐵電氣化局集團二公司,武漢 430031)

1 概述

武廣鐵路客運專線具有列車運行速度快、密度負荷大等特點。受電弓上下振動左右擺動加劇,接觸力增大并時時發生著變化,如何保證受電弓和接觸線之間的平穩接觸是高速鐵路行車安全的基本保障。受電弓和接觸網是一個高速滑動的耦合系統,任何部位出現問題,都會引發嚴重的故障,要保證受電弓和接觸網之間的安全高效運行,除優秀的弓網系統設計之外,還必須要在施工中消除不利弓網關系的因素。

2 武廣鐵路客運專線接觸網施工關鍵技術

2.1 棘輪安裝及調整技術

武廣鐵路客運專線正線采用棘輪補償裝置。承導張力和墜砣重力對整體吊弦的長度極為重要。吊弦長度是根據測量數據、承導線設計張力以及各種負載計算出來的,因此張力對吊弦的影響極為重要。而棘輪補償裝置偏斜卡滯、墜砣串不能隨著溫度的變化上下自由移動、錨段兩端補償裝置墜砣配重不一致都會產生張力差。根據其他線用軟件計算的結果張力差2%,跨中吊弦偏差10～15 mm，不解決張力差而只一味的升降腕臂換吊弦調整導高只能是治標不治本,不能從根本上解決問題。所以棘輪安裝以后必須要用水平尺檢測,通過調節螺栓軸和固定底座上的調節板調整輪體,使之垂直；制動卡塊到輪體齒間的距離為20 mm,補償繩在棘輪小輪里纏繞時要平順不得絞起,墜砣能夠隨溫度的變化自由移動。

2.2 彈性吊索安裝及調整技術

彈性吊索安裝是接觸網彈性鏈型懸掛最關鍵的技術。理論研究、計算機模擬、現場試驗和工程實踐證明,彈性吊索的張力正確與否對支持點兩邊接觸線的高度和彈性有明顯的影響,越小于(或大于)額定張力時,定位點處的彈性越小(或越大),定位點附近的兩跨導高將出現明顯的正(或負)馳度。檢測曲線上顯示如圖1、圖2所示。

圖1 彈性吊索張力偏小

圖2 彈性吊索張力偏大

在彈性吊索范圍內,彈性吊索和與其相關聯的承力索、彈性吊索吊弦，與其間接相連的相鄰吊弦、接觸線、定位器、定位管吊線等構成相互關聯相互影響的系統。彈性吊索必須在承力索架設完成后初安裝,初安裝是使其張力達到2.8～3 kN,定位裝置及其兩側跨距的吊弦均安裝完成后才能調整彈性吊索,調整是使其張力達到3.5 kN。從中錨向兩側調整彈性吊索,調整時不得抬高接觸線,以免使吊弦卸載。半個錨段內只允許一組人員用專用拉力計調整彈性吊索。安裝彈性吊索時,應將其中錨(硬錨)側一端用彈性吊索線夾緊固好,另一端用彈性吊索專用拉力計進行張拉。在嚴格遵循施工工藝和施工流程的基礎上,彈性吊索的張力控制最為重要。現場實踐表明,如果改變彈性吊索張力,該彈性吊索范圍內的彈性、接觸線高度、彈性吊索吊弦、彈性吊索兩側跨距導高、定位器坡度均發生變化。在確定吊弦測量、計算、預配、安裝都準確無誤，棘輪補償裝置都能正常工作,接觸網靜態檢測發現某彈性吊索范圍內導高有問題,則一般可判斷是該彈性吊索張力不夠或超標。

2.3 無交叉式線岔安裝技術

德國高速鐵路采用的是交叉式線岔,無交叉線岔則分為以日本為代表的無交叉式線岔和以法國為代表的“第三組輔助懸掛式線岔”,具體采用形式以道岔和受電弓尺寸而定。武廣鐵路客運專線在正線為18號道岔,站線為18號道岔和12號道岔,接觸網布置形式為正線采用無交叉布置,站線采用交叉式布置。

武廣鐵路客運專線正線18號道岔無交叉平面布置形式如圖3所示。

圖3 無交叉平面布置(單位：m)

由于道岔處鋼軌沒有超高,所以各自線路中心線與駛入該線的受電弓中心軌跡相重合。接觸網道岔柱B位于導曲線兩內軌軌距150 mm處,正線接觸線拉出值為400 mm,側線拉出值為1 100 mm,較正線抬高120 mm,側線過岔以后抬高下錨。支柱A位于兩線間距1 400 mm處,拉出值均為正定位150 mm,導高5 300 mm。600 mm至1 050 mm及抬升150 mm構成的空間區域為始觸區,始觸區范圍內禁止安裝除吊弦線夾外的任何線夾內金具。

當機車沿正線通過時,考慮受電弓最外端尺寸的半寬為975 mm,擺動250 mm,所以機車受電弓靠側線側最外端距正線線路中心為：975+250=1 225 mm。而側線導線距正線線路中心為1 100+150=1 250 mm,因此受電弓從正線導線上滑過時不會觸及側線導線，與側線接觸網無關。

當機車由正線駛入側線時,在接觸瞬間,因為正線導線低,側線導線高,所以受電弓逐漸由低側導線過渡到高側導線,隨著側線導線坡度的降低,使受電弓慢慢脫離正線,形成順滑的平穩過渡。能保證受電弓不會碰到側線接觸線,其弓網關系與區間正線完全一致。

當機車從側線駛入正線時,由于此時側線導線是逐漸升高的,受電弓倒角在始觸區適當位置與正線自然接觸,隨著側線導線坡度的影響,受電弓慢慢脫離側線而進入正線。當受電弓的滑板倒角部分能接觸其正線接觸線時,正線接觸線才能最終經受電弓滑板弓角的導引而產生使受電弓頂面安全降低滑至正線的作用,從而不發生弓網故障。

吊弦采用可調式吊弦,機算吊弦僅供參考。始觸區前550～600 mm處安裝交叉吊弦一組,交叉吊弦的應用可使受電弓接近始觸區時對本線的抬升轉化為非接觸支的相應增高,從而防止鉆弓和較少磨耗。無交叉式線岔施工時,必須嚴格根據鐵道線路、機車受電弓的上下振動及左右擺動量、接觸線高度等綜合計算確定受電弓動態包絡線,待整個岔群區域的動態包絡線檢測合格后再換成正式吊弦。

2.4 接觸線平順性施工技術

高速鐵路接觸線要求有高度的平順性,接觸線不得有硬彎波浪彎等現象,這就要求必須采用恒張力架線。采用恒張力架線車架線過程中張力偏差不允許超過10%,架線張力應根據接觸線材質,線的拉拔力,線在線盤上的纏繞力等因素決定。見表1。

表1 部分國家高速鐵路接觸線架設張力

架設承力索接觸線的“S”鉤帶有防止線索磨損的塑料套,架設接觸線時應在每跨懸掛3～4個“S”鉤滑輪,以保證接觸線的平直度符合要求。在架線車上加裝接觸線調直器,小輪給接觸線側向壓力測量放線張力使接觸線形成新的細彎通過調直器后調直。設定放線張力8 kN,放線速度保持3～5km/h勻速行駛不停車。放線車采用電子傳感器及計算機控制。放線后為防止線面扭面,應立即從中錨開始向下錨兩端卡絕緣。放線后接觸線的平直度要用塞尺進行檢測,波浪彎不得超過0.1 mm。

2.5 施工工序流程

施工工序流程：支柱安裝→附加線架設→參數測量→支持結構計算、預配→支持結構安裝→下錨補償裝置安裝→承力索架設→承力索中心錨結安裝→承力索倒鞍子→彈性吊索初裝→接觸線架設→承力索高度測量→吊弦計算、預制，彈性吊弦預制→接觸線中心錨結安裝→定位裝置安裝，吊弦安裝、彈性吊索調整→防風拉線和定位管斜吊線安裝調整→下錨絕緣子安裝和墜砣高度調整→電連接安裝→設備安裝、接地裝置及標志牌安裝→靜態檢測→缺點整改→動態檢測。

武廣鐵路客運專線與普速鐵路接觸網施工工序流程的區別主要在以下幾方面：

(1)所有附加線架設完以后才測量支柱的有關參數(用于腕臂和吊弦計算),否則附加懸掛架設后將引起支柱撓度的變化,并進一步造成已調整的接觸懸掛位置的改變,在困難地段尤其是小半徑曲線處,隧道口附加線負載較大時更要注意。

(2)承力索高度的測量要在接觸線架設完成12 h以后進行,因為此時支柱撓度和支持結構才得以穩定,測量計算結果就更精確。

(3)接觸網動態監測車以若干等級速度進行檢測,直到線路允許的最高速度進行弓網關系檢測。因為有的缺陷在低速時檢測不到,只有在高速時才表現出來。

2.6 弓網關系檢測技術

弓網關系檢測的目的是確保高質量的電能傳輸。目前,歐洲國家均把弓線間的接觸力作為評價受電弓良好取流的決定性指標。因為接觸力過小或為零時,受電弓與接觸線間的電阻增大,就會出現電火花以致引起受電弓滑板和接觸線燒蝕,產生噪聲以及高頻電磁波干擾；接觸力過大時,受電弓與接觸線之間的機械磨耗加劇,將縮短受電弓和接觸線的使用壽命,而離線率和電火花是不能反映接觸力過大的缺陷的。

國外多年的理論研究、試驗和工程實踐表明,接觸網靜態特性優異是保證接觸網動態特性良好的先決條件,受電弓滑行速度越快,對接觸網的靜態特性要求就越高,施工精度要求也越嚴。因此,接觸網工程竣工后應該先進行靜態特性檢測,用配備接觸網靜態檢測設備的車輛連續檢測接觸線的靜態位置(導高及拉出值)和靜態抬升量(用于評判接觸懸掛的彈性不均勻度)。實踐證明,靜態檢測出的缺陷(如接觸線高度和彈性吊索張力超標)沒有被消除時,動態檢測該處時同樣會出現質量缺陷。在消除靜態檢測缺陷后,接觸網動態檢測車以若干速度等級直至線路允許最高速度進行弓網關系檢測。從安全方面考慮，只有將低速度的缺陷消除后才可進行高速的動態監測。

在武廣鐵路客運專線竣工后首先用BB公司的靜態無接觸式檢測設備對接觸網進行掃描檢測,該設備安裝在061號動車上。由于該設備采用的是無接觸式光學檢測,測量結果以曲線的形式顯示,精確到了每根吊弦,檢測精度極高。圖4是安裝在車頂上的光學測量臺。

圖4 光學檢測設備

圖5是靜態檢測岳陽—汨羅區間40號～26號支柱拉出值的一段曲線變化圖。

圖5 拉出值曲線

從這段曲線變化圖上可以很清楚的看出，40號支柱拉出值超標為400 mm,36號支柱拉出值為-150 mm,32號支柱拉出值為120 mm,30號支柱拉出值為-350 mm。

圖6是接觸線高度靜態檢測的一段曲線變化圖。

圖6 接觸線高度曲線

從該曲線變化上可以看出，在這4跨內接觸線高度都在5 290～5 300 mm,相鄰吊弦高差都在5 mm之內,接觸網也比較平滑。

2.7 施工組織管理

施工組織管理的最主要特點是“施工人員專業化”和“相關專業施工配合默契”。“施工人員專業化”的內涵之一是根據施工工序,分別組成測量組、計算組、預配組、安裝組、架線組、懸掛調整組、設備安裝組和檢測組等多個專業化作業組。專業化作業組的作業人員經過長期的反復實踐,操作技能和作業效率均逐步得到提高,從而確保高速鐵路接觸網所要求的施工作業高精度和盡可能小的作業誤差離散性。內涵之二是各個專業化作業組的人員及其工作分工要相對固定,以便進一步控制作業誤差的離散性。“相關專業施工配合默契”主要是指接觸網專業與鐵道線路專業配合默契。

3 結語

我國能滿足350 km時速的武廣鐵路客運專線即將交付使用,這在我國的鐵路發展史上具有里程碑的意義,它標志著我國已跨入了世界一流高速鐵路的行列,也為我國以后鐵路的發展積累了寶貴的經驗。但目前我國在高速接觸網的施工組織,施工技術管理,施工工藝,機具及儀器儀表等方面的配套尚不足,根據我國的實際情況,消化并吸收國外的先進技術和經驗,對我國的接觸網進行深入的研究并做好技術儲備。

[1] 于萬聚.電氣化鐵路接觸網CAD系統[M].成都：西南交通大學出版社,1998.

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

[3] 朱飛雄.接觸網不占用封閉線路超拉[J].電氣化鐵道,1995(3).

[4] 李 偉.電氣化鐵道接觸網[M].北京：中國鐵道出版社,2003.