既有高速鐵路提質工程及相關施工工藝探討

黃 勇，杜清全，吳佳軒

0 引言

高速鐵路提質改造工程是推動地區經濟建設，優化運輸結構，實現“碳中和目標”，增強人民幸福感、獲得感，全面提升客運服務質量的重要保證。

本文針對國內某條既有高速鐵路接觸網提質改造工程的必要性和工程卡控點進行分析，重點介紹提質改造工程項目接觸網參數前期仿真測算、首錨段驗證、現場施工，總結現場相關施工經驗，為以后類似施工提供經驗借鑒。

1 既有高速鐵路接觸網提質工程主要內容

既有高速鐵路接觸網提質工程需完成的主要工程內容為：

（1）分相磁感應器調整。既有分相磁感應器強迫點距離中性區360 m，預告點與強迫點磁感應器相距140 m。提質改造工程根據《列車過分相系統車載控制自動過分相裝置（TB 3197—2018）》[1]要求進行改造施工。

（2）變電所、分區所、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。對不同工況下接觸網相關參數進行仿真分析。

（1）工況一：兩架DSA380型受電弓以 350 km/h速度通過原設計接觸網，受電弓靜態接觸力為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倍平均值減標準偏差大于0，均滿足標準要求[2]。定位點最大抬升為103 mm，滿足標準要求[2]。仿真結果見圖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速度通過原設計接觸網，受電弓靜態接觸力為90 N。該工況下雙弓接觸力的最小值大于0，0.3倍平均值減標準偏差大于0，但最大值大于350 N，不滿足標準要求[3]。說明當動車組雙弓以350 km/h速度通過該高速鐵路時，弓網動態性能不滿足標準要求[2]。定位點最大抬升為116 mm，滿足標準要求[2]。仿真結果見圖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速度通過提質方案接觸網，受電弓靜態接觸力為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倍平均值減標準偏差大于0，均滿足標準要求[2]。仿真結果見圖3。

圖3 工況三雙弓接觸力仿真

仿真結果表明，接觸線張力增加至30 kN后，動車組雙弓以350 km/h速度通過時，弓網動態性能可滿足標準要求，定位點最大抬升為111 mm，滿足標準要求。

2.2 更換吊弦必要性

為了解接觸線張力增加后接觸網幾何參數變化情況，選取該既有高速鐵路951 m的錨段進行實際驗證。測量數據表明接觸線加張后，中錨附近出現最大抬升量約18 mm，后續施工時實際抬升量也在20 mm左右。接觸線加張后，墜砣b值伸長為74 mm，后續施工墜砣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。數據表明，為保證吊弦高差及導高滿足《高速鐵路接觸網運行維修規則》[3]中“相鄰吊弦高差10 mm以內，接觸網導高在5 270～5 330 mm以內”的要求，必須對吊弦進行更換并精調。

通過現場反復計算及驗證發現，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吊弦長度計算影響較大。現場彈性吊索張力在2.5～5 kN范圍內不等，若全部按標準值3.5 kN計算，更換吊弦后兩相鄰吊弦實際高差在±5 mm內占比為60%，若以實際彈性吊索張力值計算可以控制在97%以內。仿真結果表明：彈性吊索張力需控制在3～5 kN；彈性吊索長度為18 m時，第1吊弦至定位點距離為7 m。對彈性吊索張力不符合要求的處所進行調整，經試驗驗證，調整某定位處的彈性吊索張力時，對相鄰兩定位點彈性吊索張力和導高影響不大，可以忽略不計。

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提質改造工程按期順利完成，如何組織作業人員安全高效更換吊弦，并保證一次達標，成為接觸線張力增加及同步更換吊弦關鍵點。路局站段聯合施工單位組成6個作業大組對該既有高速鐵路K10—K184正線174 km線路進行分解施工。考慮全線每隔2～3 km有通道門進入網內，同時避免因軌道車運行導致天窗浪費，相關施工全部考慮采用梯車作業，接觸線張力增加及更換吊弦施工同步進行。

人員組織。以某段施工為例，需更換114個錨段吊弦，涉及正線55.5 km。施工單位在駐扎地附近設置吊弦預配中心，組織梯車32臺，測量儀器20臺，一次作業共計約260人。路局站段配置網工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，具體時間節點如表1所示。

表1 施工天窗組織 min

4 吊弦更換施工關鍵點

既有高速鐵路接觸線張力增加及吊弦更換施工由接觸網幾何參數測量、計算、預制及安裝幾個環節組成，任何一個環節出現差錯，都無法保證安全且一次性將吊弦安裝到位。

4.1 吊弦計算參數測量

吊弦計算參數測量需注意以下問題：

（1）測量時測量至承力索座上將導致錯誤。中間柱承力索高度一般在6 900 mm左右，錨段關節內多在6 900～7 000 mm，若發現測量數據明顯偏低或偏高，現場需再次進行復核比對。

（2）上、下行測量人員應對每一跨內吊弦根數進行比對，避免吊弦遺漏。

（3）參數測量方向不統一，易導致計算和安裝時方向混亂，現場測量統一按照小里程向大里程方向測量。

4.2 吊弦計算

本次施工采用西南交通大學提供的吊弦預制軟件，將吊弦測量參數輸入至軟件窗口中，得到吊弦預配參數。計算時需重點注意以下兩點：

（1）將彈性吊索張力不符合要求的處所張力進行手動設置，并進行現場調整。

（2）避免測量參數錄入錯誤。測量參數錄入、計算分兩次進行，比較兩次計算結果有無差別。

4.3 吊弦預制

（1）避免吊弦長度預制錯誤、線鼻子或鉗壓管漏壓接、標識錯誤。在吊弦預配中心安排專人對吊弦預制的長度及壓接工藝進行復核檢查，確保預制正確，并采用防水標簽，確保標識清晰可見。

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

4.4 吊弦安裝

（1）入網時對每個梯車組進行編號，接地及防護組最先入網，再按照施工點至入網口距離從遠至近依次入網。該方式可節約入網時間近40 min。

（2）入網前，將清點后的材料分人、分包管理，避免入網過程中遺漏網外而影響作業，同時根據計算數據復核防水標簽上的區間（站）、錨段號、支柱號、吊弦數、吊弦預制長度，確認無誤后方可入網。出網時，從作業組兩端分別安排5人向出網口進行全覆蓋檢查，杜絕遺留工具材料。

（3）施工前現場復測承力索高度誤差在 10 mm內，確認吊弦計算正確。

（4）作業時，梯車組均按照奇數錨段先安裝下行吊弦，偶數錨段先安裝上行吊弦的方式進行，并保證吊弦安裝從小里程向大里程方向進行。該組織方式能保證錨段關節內吊弦安裝和測量互不影響，提高天窗利用率。

（5）上網平推時，盯控人員應使用橡膠榔頭敲擊線夾，觀察有無滑動；檢查力矩是否到位，根據經驗，標準力矩緊固后的吊弦線夾螺桿外露約為3絲扣。為確保作業人員扭力扳手力矩準確到位，安排專人每天對扭力扳手力矩進行校驗，使用膠帶將調節鈕封死，并將符合要求的力矩扳手進行標識。

（6）應急措施。提前將每臺梯車的高度進行標識，當施工過程中遇大雨，無法利用激光測量儀進行參數測量時，人工量取導線與梯車框架距離。更換吊弦時，原吊弦只解開接觸線端，待所有新吊弦更換完畢且參數達標后，再拆除舊吊弦（新吊弦加裝完，拆除全部舊吊弦后，整體導高抬升約 10 mm）。遇突發或偶然因素導致大面積吊弦預制錯誤時，拆除增加墜砣和新加吊弦，恢復原吊弦。

（7）關節式分相、上網點三支電連接處載荷難以計算，應采用現場壓接和調整的方式進行。

（8）不同梯車組銜接處，參數容易被忽略。在Excel中編輯相關條件，將導高控制在5 315～5 280 mm范圍內，相鄰吊弦高差控制在10 mm以內，兩定位高差控制在15 mm以內，超出相應值自動標紅。同時利用釘釘軟件協同功能，作業完畢后各組利用5 min時間在釘釘中同時編輯相關數據，并同步生成波形圖（圖4），可快速找出 6個錨段中的問題參數，指導現場快速復核調整。

圖4 接觸線導高波形

5 結語

通過介紹既有高速鐵路接觸網提質工程相關項目，分析接觸線增加張力及更換吊弦的必要性，總結了調整彈性吊索張力對相鄰定位彈性吊索張力的影響，對相關施工過程中存在的問題及措施進行總結歸納，為類似工程施工提供參考。