淺談高速鐵路接觸網大修改造施工技術

苑玉超

0 引言

接觸網是高速鐵路的關鍵設備之一，是列車高速運行的重要保障，也是影響列車高速運行安全的重要因素之一。依據相關標準要求，接觸網系統設備整體服役年限一般為20～25年[1]，我國早期建設運營的高速鐵路接觸網逐漸進入大修改造期。秦沈客運專線作為國內第一條高速鐵路，于2003年10月開通運營，截至2021年年底，接觸網已服役18年，存在部分金屬構件鍍鋅防腐層破損、接觸線磨耗嚴重、回流線受損等問題，其技術狀態已無法滿足當前的經濟發展和鐵路運能及安全的需求，需進行大修改造[2]。但目前國內高速鐵路，除京滬高鐵先導段張力卸載改造、武廣高鐵達速吊弦更換改造、成渝客專[3]張力增加更換吊弦等高鐵局部改造之外，尚無接觸網上部施工全工序大修改造先例，無先進成熟的高鐵接觸網大修施工工藝。因此，研究既有高速鐵路接觸網大修改造施工技術，對于后續高速鐵路接觸網大修改造具有重要指導意義。

1 項目特點分析

秦沈客專設計時速250 km，列車最高運營時速210 km，是京哈繁忙干線的一部分。本次接觸網大修改造工程內容包括腕臂更換、承導更換、吊弦更換、電連接更換、中錨更換、下錨裝置更換以及相關設備更換。根據施工內容、運輸組織、線路特點、高速接觸網運行要求等，分析項目具有以下特點：（1）大修改造施工工序多，改造過程對接觸網參數影響大；（2）夜間天窗點V停施工作業，人身和設備安全管控壓力大；（3）高鐵線路全封閉，施工通道有限，物資設備工具運輸難度大；（4）天窗點畢即達速運營，對接觸網系統參數要求高。

根據該項目特點，如何最大程度降低對高鐵運營影響（時間、空間），如何實現接觸網參數精度達標，保證改造區段高鐵安全運行，是高鐵接觸網大修改造施工的關鍵。

2 施工組織

施工組織即全工序的系統組織，是項目整體實施推進的組織方法，其不僅決定施工生產效率，也直接影響接觸網系統安全，當施工組織同時開展較多作業面時，對接觸網運行的影響范圍較大，不安全因素也將大幅增加，當工序銜接不緊密時將會導致不安全因素存在時間過長，因此對于高速鐵路，系統施工組織技術的研究非常關鍵。對于接觸網大修改造施工而言，須在有限的停電天窗點內完成復雜的工作，并確保行車、設備、人身安全，需要施工管理、技術人員精心準備，提前謀劃，每完成一道工序及時投運一道工序，稍有不慎便會影響行車，甚至造成重大事故。

對于普速鐵路接觸網大修改造工程，其傳統施工組織一般采用“小流水、大循環”的程序化方式進行。小流水：腕臂更換→中錨更換→下錨補償更換→承力索更換→接觸線更換→懸掛調整。小流水施工采用工序間遞進式銜接、跟進作業，其先期主要大面積開展前期單項工序作業，后期陸續開展后續作業，影響面廣，且專業化作業組分工不明顯。大循環即每站區或幾個站區為一個循環，系統循環周期較長。

秦沈客專改造項目采用V停天窗夜間作業，如采取傳統施工組織模式，除鄰近作業施工作業面多、面臨的防護壓力大、人身和設備安全風險大以外，還存在同一時間段內接觸網改造范圍大、狀態改變大、接觸網不健康因素多、點畢達速運營的不安全隱患多等問題，同時還存在鄰線限速點多、影響正常的運輸組織等問題。為此，提出創新施工組織模式，采取“優化小流水、創新小循環”的施工組織模式。優化小流水：腕臂、中錨更換→承導更換、補償更換、懸掛調整→平推檢查驗收。優化小流水采取單天窗點作業工序合并且均采用專業化小組的方式進行，前一日天窗點結束后，立即進行后一道工序作業，小組人員固化。創新小循環：為考慮人員的匹配性以及工序的銜接性，采取每3個錨段為1個循環，每3個天窗日完成1個完整錨段的全部施工任務，即以錨段為單位滾動循環推進施工。該創新施工組織模式采取專業化作業小組，小范圍流水向前循環推進的方式，減少了對既有線的影響范圍，縮短了接觸網過渡狀態時間，最大程度降低了施工對鄰線和本線運營的影響。

3 接觸網改造施工關鍵技術

3.1 腕臂更換統籌施工技術

腕臂更換是接觸網大修改造的第一道工序，其更換后不僅應滿足導高符合既有導高狀態及接觸線坡度要求，還應保證后續承導更換后結構高度滿足設計要求。腕臂更換工序尤為重要。

普速鐵路大修改造一般采用兩種方式：一是依據現有承力索高度計算、安裝腕臂，維持既有結構高度，保持既有導高，但承導線更換后，既有結構高度往往與設計結構高度偏差較大，在既有導高偏差大的情況下誤差疊加使結構高度偏差更大，導致不滿足改造后的設計要求；二是依據設計結構高度計算安裝腕臂，更換后順坡導高，該方式符合設計要求，但懸掛調整工作量大，一般不采用。

秦沈客專為高速鐵路，須實現弓網良好受流，應對改造方案進行深入研究，以保證腕臂更換后接觸網參數既滿足既有導高要求，同時承導更換后結構高度也滿足設計要求。腕臂更換統籌施工技術即統籌考慮既有承力索高度、接觸線高度、上下底座高度以及設計參數，綜合對比，逐一分析，在腕臂計算時量身定制每組腕臂的計算和安裝參數，實現腕臂更換后接觸線高度、結構高度達到設計標準，過渡參數一次成優，同時減少腕臂更換引起的調整工作量。

本線接觸網結構高度一般為1 400 mm，設計允許誤差范圍為±100 mm[3]，在保證設計導高的基礎上，為了確保腕臂更換后、承導更換前接觸網參數穩定，改善既有接觸網懸掛參數誤差，在工程測量時，除測量支柱側面限界、斜率、曲線超高外，還采集既有承力索高度、接觸線高度（用以計算既有結構高度H結既有），拉出值（用以天窗點內腕臂更換前后參數核查）、上下底座高度（用以方便測量新腕臂底座安裝高度）等參數，并與設計參數進行綜合對比、逐一分析。在腕臂計算時，量身定制每組腕臂的計算和安裝參數，主要步驟：

（1）當H結既有= 1.3～1.5 m，結構高度在(1.4±0.15) m范圍內，按H承計算=H導設計+H結既有進行計算、預配、施工，直至竣工保持不變。H承計算為腕臂計算軟件中輸入的承力索高度，H導設計為本線設計導高。

（2）當H結既有≠1.3～1.5 m，應按H承計算=H導設計和H承計算=H導設計+H結既有兩種情況計算出正式和過渡套管雙耳位置及承力索座位置，按H承計算=H導設計+H結既有預配，現場更換處于過渡狀態，以減少現場調整工作量，并在其后承導更換天窗點內恢復至正式狀態。

通過以上方法實現腕臂更換后、承導更換前結構高度保持不變，既有吊弦不用調整，承導更換后導高、結構高度達到工程設計標準，減少了腕臂更換引起的調整工作量，降低了過渡期間的運營風險。

同時，為方便現場安裝，在進行腕臂計算時，梳理統計出新舊腕臂底座（下邊沿）高度差（用以方便測量新腕臂底座安裝高度）、存在過渡套管雙耳及定位環位置的腕臂編號，便于在腕臂更換作業前對作業人員進行交底。

3.2 中錨更換一次到位技術

普速鐵路接觸網大修改造中，承力索中錨一般采取承力索中錨繩與相應錨段承力索合盤或承力索中錨繩單獨成盤，現場起錨、架設、下錨，通過測量弛度現場調整中錨繩長度，連接下錨零配件后完成作業。

為了減少承力索兩跨式中錨現場作業所占用的天窗點時間，提高天窗利用率和施工效率，以秦沈客專為例，承力索兩跨式中錨采用工廠化預制、現場一步到位安裝技術。施工作業關鍵點如下：

（1）采用電子坡度尺測量中錨柱順線路方向的斜率，并注意傾斜方向；采用接觸網激光測量儀測量中錨繩下錨角鋼距軌面安裝高度h1、h3及中心柱承力索高度h2；采用激光測距儀測量軌面處中錨柱至中心柱的凈距離（讀數+中心柱順線路方向寬度的1/2），再考慮中錨柱下錨角鋼處順線路方向的傾斜值（中錨柱順線路方向的斜率×下錨角鋼高度），可得到a、b的值；查閱腕臂測量計算結果，可得到c的值。承力索兩跨式中錨繩長度計算示意如圖1所示。

圖1 承力索兩跨式中錨繩長度計算示意圖

（2）利用上述參數h1、h2、h3、a、b、c，通過兩次運用勾股定理，可計算出X1、X2的值。

（3）查閱承力索中錨安裝曲線圖，結合施工環境溫度，得到中心柱兩側承力索中錨繩弛度。

（4）利用CAD二維模型模擬或不等高懸掛線索實際長度計算式，得到中心柱兩側承力索中錨繩理論長度。

（5）實測下錨零配件扣料長度，扣料后工廠化裁切并預制承力索兩跨式中錨。

3.3 承導分時架設同步更換技術

對于普速鐵路接觸網大修改造工程，TB 10421—2018《鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準》第5.17.1條規定：“承力索宜采用張力架設……承力索張力2～3 kN”，第5.18.1條規定：“接觸線宜采用張力架設……接觸線張力4～6 kN”[4]，故現有成熟的既有普速鐵路改造工程承導更換施工工藝為當天窗時間不短于180 min時，承導同時架設、同步更換，承力索與接觸線均采用小張力架設，軌行車編組為：作業車+平板+作業車，天窗點內不分解，承力索與接觸線同時起錨、同時展放、同時下錨、同步更換。

對于高速鐵路接觸網大修改造工程，TB 10758—2018《高速鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準》第5.12.1條規定：“承力索宜采用張力架線，接觸線應采用恒張力架線……架線張力不應小于繞線張力”[5]。接觸線架線張力一般為8～12 kN，因受限于作業車牽引力等因素，不能采用承力索和接觸線同時起錨、同時展放、同時下錨的既有成熟工藝。

秦沈客專接觸網大修工程天窗時間為235 min，如采用承、導單獨分開架設的方法，勢必浪費天窗點時間。為既能滿足天窗點內承導同時架設提高施工效率，又能滿足作業組織保證架線質量，研究提出承導分時架設同步更換技術，承力索采用小張力架設，接觸線采用恒張力架設，通過打破傳統的先架設承力索、再架設接觸線的方法，保證恒張力放線車放線過程不停車，軌行車編組為：作業車+平板+恒張力架線車，天窗點內分解，恒張力架線車優先作業進行接觸線架設，作業車+平板跟進作業進行承力索架設，同方向推進，最后進行承導同步更換。軌行車編組示意如圖2所示。

圖2 軌行車編組示意

為保證接觸線平直度，不論放線方向如何變化，需保證恒張力架線車在前，作業車在后，以盡可能避免恒張力架線車停車、急加速等，保證作業車有時間在懸掛點處停車，使作業車上人員將新承力索通過放線滑輪懸掛于承力索座與套管雙耳間。

承導分時架設同步更換工藝流程如圖3所示。

圖3 承導線分時架設同步更換工藝流程

承導分時架設同步更換施工作業關鍵點如下：（1）接觸線起錨同時，車梯組作業人員打開反定位器定位線夾，將定位器固定在定位管上，同時拆除定位管斜拉線，采用雙股4.0鐵線在套管雙耳位置處臨時垂直固定反定位管；將既有承力索移出承力索座，放至承力索座與套管雙耳之間，在錨柱相鄰的轉換柱非工作支平腕臂上安裝加長懸吊滑輪。（2）恒張力架線車平臺低于既有接觸線不小于200 mm，臨時吊弦懸掛于既有承力索，懸掛位置及數量滿足施工技術標準要求。（3）新接觸線統一懸掛在既有接觸懸掛的線路側，即遠離支柱側。（4）承力索架設作業車平臺升至合適高度，在每一懸掛點處停車，將承力索通過雙股4.0鐵線套子+放線滑輪懸掛在平腕臂的承力索座與套管雙耳之間，新承力索在既有承力索線路側，即遠離支柱側。（5）承力索歸位后，將懸掛于既有承力索上的接觸線臨時吊弦倒于新承力索上，便于拆除既有接觸懸掛，臨時吊弦應懸掛于既有承導的線路側，即遠離支柱側。（6）舊線斷線后應將線索放置于線路田野側，不得置于兩線間。（7）裁剪舊接觸線每段長度2 m左右，斷線后扎成捆，每捆約15 kg；舊承力索每跨裁3段，盤成圈，圈徑約1 m，便于搬運。

3.4 檢查檢測試驗驗收一體化技術

由于改造項目點畢即達速運行，施工完畢后檢查尤為重要，傳統方式僅為一般性檢查、報告、銷令。為了確保施工天窗點畢接觸網狀態滿足高速行車要求，對檢測驗收進行細化研究，完善開通前的各項措施程序，確保開通質量。

（1）施工過程和開通清單化卡控。高速鐵路接觸網大修改造施工一般在夜間天窗點內進行，點畢開通速度達160～250 km/h，對改造施工質量要求高，為此對施工過程中螺栓穿向、緊固力矩、定位吊弦、中錨、補償、溫偏、平直度、絕緣距離、回流通路等施工安全質量關鍵點制定分組卡控清單，明確卡控項目和內容；點畢開通前對線索、線夾、電連接狀態，動態包絡線，導高和拉出值，補償，臨時鐵線，地線，人走料凈場地清計9項共16條內容進行分組確認。確認清單（節選）如表1所示。

表1 點畢達速開通確認清單（節選）

（2）接觸網智能檢測儀無接觸檢測。新建高速鐵路均在開通前對整條線范圍內接觸網采用綜合檢測車進行檢測，為實現點畢開通達速目標，高效把控接觸網系統狀態，高鐵改造施工應在每個天窗點結束前采用接觸網智能檢測儀對所施工錨段參數進行智能化檢測，由專家組對檢測所得的波形圖和參數及時進行評估分析，為點畢開通達速提供決策依據。

（3）模擬冷滑試驗。基于改造工程點畢即開通特點，為排查施工質量隱患，把控弓網系統狀態，在每個天窗點結束前，對所施工錨段進行模擬冷滑試驗，檢查接觸線有無縮徑、損傷、硬彎現象，定位、吊弦、中錨、電連接線夾入槽情況，吊弦載流環、鎖片是否打弓等。

（4）相關方共同參與靜態驗收。在施工過程和開通清單化卡控環節，每組梯車需3名供電段人員提前介入共同參與，檢查驗收施工質量，確保運營前完成各項驗收程序。

4 結語

國內第一條建設并大修改造的高速鐵路—秦沈客專5#分區所至臺安站（含）大修改造施工項目于2021年11月5日開工，12月30日竣工，至今接觸網弓網關系良好。本文結合該項目實踐，針對V停天窗施工安全壓力大、點畢達速開通施工精度要求高、線路全封閉施工組織難度大等特點，提出既有高速鐵路接觸網大修改造施工技術，確保了點畢達速開通時接觸網狀態符合運行需求，保證了既有高鐵運營安全，降低了設備安全風險，縮短了施工工期，為秦沈客專的成功改造奠定了堅實的基礎與可靠的工期保證，對后續高速鐵路接觸網大修規則的制訂和高速鐵路接觸網大修改造工程具有重要的指導意義。