高速電氣化鐵路接觸網施工關鍵技術

劉 杰

0 引言

國內京津線、武廣線、滬寧線、京滬線等高速電氣化鐵路接觸網技術借鑒歐洲高速鐵路建設標準，充分消化吸收德國電氣化技術，逐步創新出具有中國特色的設計技術。為確保接觸網施工滿足設計要求，必須對高速接觸網施工技術，尤其是一些關鍵技術進行攻關研究。

1 國內外研究現狀

當今世界各發達國家對高速電氣化鐵路接觸網技術研究不盡相同。日本作為世界上第一條高速鐵路的建設者，其具有代表性的接觸網復鏈形懸掛方式擁有卓越的性能，最適合高速運行，但結構復雜，不利于施工和維護。法國采用的接觸網簡單鏈形懸掛方式具有安裝簡單，便于維護的特點。德國具有代表性的彈性鏈形懸掛方式能保證弓網受流質量良好，接觸網彈性均勻性較好，但彈性吊索安裝和調整的工作量較大。可以說，發達國家在高速鐵路接觸網的建設施工技術方面已有了較為成熟的經驗，并已制定了一系列相關的施工技術標準、施工工藝及施工方法作為指導施工的依據。

國內電氣化鐵路的發展也隨著國民經濟的發展不斷向高速領域推進，先后建成了多條不同速度等級的電氣化鐵路。高速電氣化鐵路接觸網主要以彈性鏈形懸掛和簡單鏈形懸掛方式為主，接觸網支柱基礎采用樁基，網上采用高張力、耐磨耗的銅合金線材，承導補償方式采用安全、可靠性高的棘輪補償裝置，線岔采用可高速通過的交叉或無交叉線岔，接觸網采用彈性鏈形懸掛的吊弦計算軟件。這些關鍵部位應用的新裝置、新技術，給施工安裝和調試提出了一個全新的課題。

2 高速接觸網施工關鍵技術

2.1 基于CPⅢ精測網的測量技術

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行。施工中，為保證測量精度，站前單位根據對各階段的施工精度要求至少需要進行3 次測量，分別建立CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ三級精確測量網，其中CPⅠ、CPⅡ為線路工程施工測量網，而CPⅢ精測網為無砟軌道施工用網，為軌道工程提供精確的施工調整依據，是線路最終狀態的重要保證。

接觸網工程施工一般情況下以軌道為基準進行測量施工，由于高速鐵路建設的特殊性，接觸網工程支柱裝配施工時線路還未成形，無法以未成形的線路作為基準進行上部裝配安裝，必須對線路軌道設計參數進行預留測量以滿足支柱裝配的要求。普速線路施工中利用站前進行的中線和高程（水準點）交樁測量精度較低，已不能滿足高速接觸網的裝配精度要求，為保證接觸網工程具有較高的安裝精度和效率，引進了站前CPⅢ精測網進行測量。CPⅢ精測網基點一般每公里約40 個，上下行各20個，間距與接觸網支柱跨距基本相同，在路基地段基本與接觸網支柱基礎同位置。利用CPⅢ精測網平面坐標值和高程數據，將其基點作為接觸網支柱參數測量依據，可分別測量接觸網支柱限界、基礎面與線路內軌面高差、線路超高等參數，在支柱處標出軌面紅線，從而確定支柱（隧道吊柱）腕臂上下底座安裝孔位的準確性。復核支柱處軌面高程時，必須充分考慮支柱處線路是否存在長短鏈及變坡點處豎曲線半徑對高程的影響，關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精測網測量對提高高速鐵路路基地段、橋梁及隧道地段直線或曲線區段接觸網支柱參數的測量準確性及測量效率具有良好的效果，在京津城際、武廣高速鐵路接觸網施工中得到了很好的運用，對減少后續接觸網支柱裝配、整體吊弦安裝誤差、提高精度起到了重要作用。

2.2 隧道內接觸網吊柱安裝技術

高速鐵路隧道內采用預留吊柱槽道方便吊柱安裝的設計方法，一方面避免了隧道成形后接觸網專業打眼施工安裝吊柱破壞隧道整體結構影響隧道的受力問題，另一方面也避免了接觸網專業人員安裝吊柱打眼不方便、安裝位置不準確的問題。

隧道吊柱所用槽道在隧道土建施工時已預埋，電氣化專業需做好預埋配合工作和預埋后技術標準檢查等工作。槽道預埋的好壞直接影響隧道吊柱安裝的質量，對其預埋質量應作為關鍵環節檢查。武廣高速鐵路施工中，由站前單位負責預埋隧道吊柱槽道，接觸網專業檢查時發現較多的預埋問題，主要是同組槽道2 個滑槽不夠平行，間距不一樣，造成八字形等形狀偏差，吊柱底座螺栓無法準確安裝進槽道；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象，無法正確懸掛接觸網；有的槽道埋深過大或過淺，吊柱底座螺栓無法準確安裝。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（相對于線路來說的八字形偏差），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 個小面嵌入偏差值≤3 mm。

對于線路鋪軌前隧道吊柱安裝，采用現場組裝作業臺方式，先測量吊柱安裝位置，在槽道相應位置安裝懸吊滑輪起吊吊柱，吊柱安裝到位后須立即測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、調整限界值才能重新緊固吊柱。

吊柱安裝技術要求：隧道高度變化時，隧道吊柱每40 mm 為一檔進行調整，但吊柱低端距離低軌面應不小于4 950 mm。吊柱初安裝時，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傾斜0%～0.5%。

吊柱位置對相鄰線路的最小限界應符合高速鐵路設計建筑限界規定要求并注意曲線地段的加寬，通常要求吊柱側面限界為曲線外側2 700 mm，直線和曲線內側2 800 mm，上述條件對后續腕臂安裝有較大制約，武廣高速鐵路原隧道內裝配安裝高度及形式與隧道外一致，模擬計算發現斜腕臂上的定位環在棒式絕緣子上，這是因吊柱限界受限所致。

2.3 接觸線平直度保證技術

為確保高速受流的平穩性、不間斷性，高速鐵路接觸網要求接觸網導高、高度變化率、接觸線的平直度必須嚴格控制，接觸線上有彎曲、扭面等現象易產生硬點，使受流惡化，造成離線拉弧，從而燒損導線引起安全事故，因此控制接觸線的平直度對高速受流越來越重要。

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，確保架線時起、落錨棘輪補償繩的位置和受力、接觸線終端錨固線夾與接觸線連接良好，嚴格控制架設張力，張力宜選擇10～12 kN。恒張力放線裝置采用電腦控制，張力偏差可以達到±1%。架設導線時，利用S 鉤和放線滑輪將接觸線懸掛固定在承力索上。針對接觸線線徑達到150 mm2的實際情況，架設接觸線時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程中接觸線沒有彎曲、扭面現象（圖1）。而秦沈客運專線改造換線架設接觸線時曾采用五輪校直器進行接觸線平直度的控制，檢測發現接觸線還存在彎曲度，不能完全滿足高速受流的要求，為此在后來的接觸線架設時采用七輪校直器架線，經試驗運行能滿足受流要求。

圖1 接觸線平直度校直器放線例圖

2.4 彈性吊索安裝

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

彈性鏈形懸掛的整體性能取決于安裝時彈性吊索的張力控制和調整精度，因此把彈性吊索的安裝分2 個階段，一是彈性吊索的初步安裝，二是彈性吊索的調整。初步安裝階段首先是把量裁到位的吊索懸掛固定到位，使其張力達到2.8～3 kN，在定位裝置及兩側跨距內的吊弦均安裝完成后開始彈性吊索調整。彈性吊索調整從中心錨結向兩側展開，先將其中心錨結側一端用輔助索線夾緊固好，另一端用彈性吊索專用拉力計張拉，一般按正常張力3.5 kN 固定吊索，調整時不得抬高接觸線，半個錨段內僅能有一組人員調整，以免吊弦卸載，各跨處受力不均。吊弦安裝完成后，嚴格控制跨中第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激光測量儀檢測懸掛點及靠近中心錨結跨中處的導高，確保各部位接觸線高度符合設計要求。按上述標準施工，接觸網彈性較好。表1 為京滬、哈大客運專線彈性測試數據，測試采用鋼直尺，200 N 和300 N 彈簧拉力計測量。從表1 中可見，京滬客運專線和哈大客運專線的接觸網彈性不均勻系數皆小于6%，好于德國高速鐵路提出的8%的標準。

表1 京滬、哈大客運專線接觸網彈性測量數據表

3 結語

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營，在建設過程中逐步摸索出符合中國高速電氣化鐵路接觸網的施工建設標準，對高速接觸網施工中的關鍵技術已逐漸掌握，但在一些曲線錨段關節處吊弦計算安裝、弓網受流關系、無交叉線岔的安裝調整方面，與發達國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安全。