接觸網(wǎng)下錨上拔力與抬高量的分析探討

李西鋒 LI Xi-feng；李國新 LI Guo-xin；趙衛(wèi)東 ZHAO Wei-dong

（中鐵電氣化局集團有限公司，北京 100000）

0 引言

在接觸網(wǎng)下錨施工中，不管哪種下錨形式都會使線索抬高。一般按照設計原則：凡接觸網(wǎng)關節(jié)處下錨都是過渡抬高設置，不會造成施工困難出現(xiàn)。在車站咽喉區(qū)接觸網(wǎng)下錨施工中，一般正線區(qū)段接觸懸掛在經(jīng)過道岔后一般不直接下錨，需經(jīng)過一個支柱抬高后下錨，此種情況不會造成施工困難出現(xiàn)；因受地形條件限制，如在機務段及編組場內(nèi)，接觸網(wǎng)下錨按照一跨設置，會出現(xiàn)下錨懸掛支調整高度不能達到設計要求。這種情況使非支懸掛點和下錨處形成不等高懸掛從而產(chǎn)生高差，由于這兩處高差較大，在非支懸掛點就有可能產(chǎn)生上拔力，非工作支產(chǎn)生上拔力就會對上一跨的工作支產(chǎn)生較大的影響，使這處工作支的導線高度和拉出值無法達到設計要求。

1 接觸網(wǎng)下錨非支抬高產(chǎn)生上拔力的原理

1.1 確定最低點

接觸網(wǎng)作為電氣化鐵路的關鍵，其下錨施工的過程對于技術條件具備較高的要求。在接觸網(wǎng)承力索和懸掛點存在一定的高度差時，兩個懸掛點之間位置較低的一個就有一定概率出現(xiàn)上拔力。

如圖1所示，設兩點非支抬高點B和接觸網(wǎng)下錨點C，當高度差H較大時，假設最低點A不在B與C的跨距之內(nèi)，根據(jù)不等高懸掛受力分析，利用不等高懸掛馳度計算的分解法。

圖1 不等高懸掛受力分析

在圖1中，B點的左側斜馳度為FB，跨距為2L1的等高懸掛的一半，由簡單等高懸掛的馳度計算公式可得：

以上式中：

g——線索每米自身重力（N/m）；

T——線索張力（N）。

同樣，最高點C左側斜馳度為FC，跨距為2L2等高懸掛點的一半，由可得：

從圖1上不難看出，L1為負值，式（6）等號左邊為正，所以上式不成立，所以根據(jù)L1的正負，可以判斷最低點是否在跨距范圍內(nèi)。

①當L1＞0，最低點在跨距L范圍內(nèi)；

②當L1＜0，最低點不在跨距L范圍內(nèi)；

③當L1=0，最低點就在B點。

1.2 下錨上拔力產(chǎn)生的條件

常見的接觸網(wǎng)下錨方式包括三種，一是借助承力索和接觸線進行的終端下錨；二是在接觸網(wǎng)錨段部分固定接觸線和承力索的承力索下錨；三是涉及到對錨和下錨兩種形式的附加線下錨。

如圖2所示，設兩點非支抬高點B和接觸網(wǎng)下錨點C，那么B點和C點為不等高懸掛，不等高懸掛就會有不等高張力差，我們利用不等高張力差分析B點產(chǎn)生上拔力產(chǎn)生的臨界條件。

圖2 不等高張力差分析

以上式中：

g——線索每米自身重力（N/m）；

T——線索張力（N）；

H——兩點的高差（m）；

f——不等高懸掛斜馳度（m）；

L——兩點的跨距（m）。

經(jīng)推導可知：

①簡單鏈形懸掛產(chǎn)生上拔力的條件為FB≥0，則有

②簡單鏈形懸掛不產(chǎn)生上拔力的條件為FB＜0，則有

1.3 下錨安裝的注意事項

當前接觸網(wǎng)下錨的施工方式除了人工下錨之外，也可以借助機械下錨。如果第一次下錨失誤，要想重新進行調整存在一定的難度。因為如果使用機械進行調整，會占用既有的線路，影響線路正常運行。倘若讓人工進行調整，現(xiàn)場施工的危險性會極大地增加。

這種情況之下，下錨安裝要做到一次到位。接觸網(wǎng)下錨之前，要對錨柱進行加固處理。施工人員要仔細核對工程圖紙，檢查底板是否符合施工要求，避免施工過程中出現(xiàn)失誤導致需要進行多次調整。接觸網(wǎng)下錨過程中，要避免錨柱和下錨角鋼及螺栓發(fā)生觸碰。安裝下錨角鋼時，要保證螺栓的緊固可靠，避免角鋼向下滑動。此外，由于接觸網(wǎng)是露天設置，所以很容易受到外部環(huán)境因素的影響，因此要合理利用張力自動補償裝置，防止補償繩跳槽或斷線事故。倘若要在嚴寒地區(qū)進行接觸網(wǎng)下錨施工，接觸網(wǎng)下部的混凝土要具備一定的抗凍脹性。

2 分析

接觸網(wǎng)網(wǎng)錨下錨都是不等高懸掛，在非工作支處（低懸掛點）就很有可能出現(xiàn)上拔力，我們根據(jù)簡單鏈形懸掛不產(chǎn)生上拔力的條件分別計算出不同的跨距L從非支到下錨抬高H為多少時不會產(chǎn)生上拔力。針對電氣化鐵路接觸網(wǎng)不同的線材、張力進行分析。

①線材張力為15kN時，接觸網(wǎng)線材每米自重為1.082kg/m，具體線材情況見表1。

表1 鐵路接觸網(wǎng)線材張力表

當L分別為30m、40m、45m、50m、60m時，根據(jù)以上推導得出線材張力為15kN時，非支下錨的抬升量H不產(chǎn)生上拔力的臨界值，具體結果見表2。

表2 上拔力臨近值表

②線材張力為10kN時，線材每米自重為0.746kg/m，具體線材情況見表3。

表3 線材張力表

當L分別為30m、40m、45m、50m、60m時，根據(jù)以上推導得出線材張力為10kN時，非支下錨的抬升量H不產(chǎn)生上拔力的臨界值，具體結果見表4。

表4 臨界值表

③張力自動補償裝置。

張力自動補償裝置即接觸網(wǎng)補償裝置，這一裝置安裝在下錨處，并且和接觸線或承力索相互連接。借助張力自動補償裝置，能夠有效維持接觸線或承力索的張力恒定。

在我國電氣化鐵路的發(fā)展過程中，常見的張力自動補償裝置主要包括三種：一是滑輪式張力自動補償裝置；二是棘輪式補償裝置；三是彈性張力補償裝置。這三種張力自動補償裝置的優(yōu)缺點各有不同，因此可以運用在不同的施工情況中。

滑輪式張力自動補償裝置利用不銹鋼絲繩和輪槽，以保證其傳動效率和機械強度。棘輪式補償裝置是來自于國外的技術，能夠避免墜砣的下落。彈性張力補償裝置是近年來發(fā)展起來的一種張力自動補償裝置，通過恒張力彈簧片的嵌入，實現(xiàn)張力的補償。當外部環(huán)境發(fā)生變化，致使接觸線的張力發(fā)生變化時，借助彈簧片的張力進行有效的補償。

④三種常見張力自動補償裝置的性能比較。

由于上述三種張力自動補償裝置在我國電器鐵路建設中運用得較為普遍，因此對其進行性能比較，以便在接觸網(wǎng)下錨時能夠根據(jù)不同的施工環(huán)境及狀況，選擇最為適宜的張力自動補償裝置。

就補償效率而言，這三種張力自動補償裝置有一個共通的特點，就是都使用不銹鋼絲繩當做補償繩，補償效率都符合接觸網(wǎng)施工的要求。就占用空間及景觀性而言，滑輪補償裝置的占用空間較大。棘輪式補償裝置由于需要墜砣實現(xiàn)重量的補償，因此也占據(jù)了一定的空間。彈性張力補償裝置由于構成要素較少，只包括補償器和補償繩，因此它的占用空間最小。這三種張力自動補償裝置的景觀性和其占用空間呈現(xiàn)出正相關的態(tài)勢，因此彈性張力補償裝置的景觀性最強。就防斷線性能而言，滑輪式張力自動補償裝置并不具備防斷線性能，棘輪式補償裝置的防斷線性能較好，彈性張力補償裝置的防斷線性能有優(yōu)前兩者。就經(jīng)濟性能而言，受到研發(fā)投入及施工要求的影響，彈性張力補償裝置的價格最高，滑輪式張力自動補償裝置的價格最低。

⑤接觸網(wǎng)無拉線下錨單支柱的研制。

無拉線下錨單支柱能夠很好地滿足電氣化鐵路的施工和環(huán)境要求，并且能夠保證支持結構的強度和經(jīng)濟性。電氣化鐵路中的無拉線下錨單支柱改善了傳統(tǒng)角鋼格構式鐵塔和雙鋼管柱的外形笨重的弊端，而且具有較強的承載能力，能夠滿足電氣化鐵路的發(fā)展需要。除此之外，無拉線下錨單支柱的鋼材利用率較高，能夠在降低成本的同時，達到減小污染的作用，具有環(huán)保價值。因此，應該加強對于接觸網(wǎng)無拉線下錨單支柱的研制，如圖3、圖4兩種形式所示。

圖3 雙柱結構斷面形式

圖4 單柱結構斷面形式

3 算例

舉例：某電氣化鐵路采用的線材為JTMH-95+CTAH-120，張力為15kN，線材自身重量為1.082kg/m。以車站66#支柱至D1下錨洞一跨下錨為例，在這一跨下錨中，最低懸掛點為66#支柱非支。懸掛點，L=32m，計算抬升量H為多少時，66#非支懸掛點不產(chǎn)生上拔力。

從非支到下錨的抬升量為0.5m，我們通過計算不產(chǎn)生上拔力的臨界值H，得出這個結論是不嚴謹?shù)摹Υ耍覀儗志€接觸網(wǎng)下錨技術交底進行了更精確的修正，當跨距L≥37.2m時，下錨的抬升量為0.5m；當跨距L＜37.2m時，我們要通過計算來確定下錨的抬升量。

4 結論

本文對接觸網(wǎng)下錨上拔力進行了分析和探討，接觸網(wǎng)下錨上拔力與抬高量對接觸網(wǎng)正常運行產(chǎn)生的影響。并通過數(shù)學模型對接觸網(wǎng)下錨產(chǎn)生上拔力的臨界條件進行推導，從而得出跨距和抬高量的關系，為安裝下錨角鋼提供指導要求，避免后期調整返工。