電氣化鐵路承力索改造研究

李 維

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

近年來，隨著經濟的快速發展和城市化進程的加速，鐵路交通在我國的重要性不斷提升。而電氣化鐵路則是未來鐵路發展的方向之一。然而，在電氣化鐵路中，承力索問題一直是制約運行安全和效率的關鍵因素之一。綜上所述，電氣化鐵路承力索改造研究具有重要意義，通過對承力索材質、結構、加工工藝等方面進行深入研究，可以提高鐵路運行的安全性、可靠性和運行效率，推動我國鐵路事業的發展[1]。

1 改造的必要性及接觸網設施情況

既有接觸網懸掛采用全補償簡單鏈型懸掛，承力索出現松散、斷股、銹蝕及腐蝕，存在嚴重安全隱患，影響運行安全。為預防承力索斷線故障，保證安全可靠供電，對承力索進行更新改造是必要的。既有承力索情況如圖1 所示。

圖1 既有承力索相片

既有鐵路接觸網概況如下：

供電方式為直接供電方式。

接觸網懸掛類型采用全補償簡單鏈型懸掛。

既有接觸網導高一般為6 000 mm；結構高度一般為1 400 mm。

2 接觸網改造方案研究

2.1 改造方案研究

本文以將截面積為70 mm2的鋼絞線的承力索更換為高強度銅鎂合金絞線（JTMH95）為例，并須同步更換相關配套設備。

將更換承力索范圍內的環節吊弦更換為整體載流吊弦（含吊弦線及吊弦線夾）。

對更換承力索范圍內的接觸網中心錨結裝置進行更換，結合現場情況維持既有兩跨中心錨結或軟橫跨處中心錨結裝置，整套更換（含中心錨結繩）。

對更換承力索范圍內的懸掛點更換承力索座、加裝預絞絲保護條。軟橫跨處更換承力索范圍內懸吊滑輪、加裝預絞絲保護條。

對更換承力索范圍內錨段兩側承力索下錨補償裝置進行更換，補償裝置根據張力組合采用1∶3 鋁合金大滑輪組補償裝置（全補償下錨不含墜砣、墜砣桿、墜砣限制架）。

對更換承力索范圍內的關節電連接、線岔電連接、股道電連接、橫向電連接的承力索電連接線夾進行更換。

在上跨建筑物處、上跨電力線路處為承力索安裝預絞式鎧裝護線條。

更換承力索范圍內按照導線更換后典型的接觸懸掛組合、結構計算風速35 m/s 計算不同工況下的支柱容量。

將不滿足支柱容量的支柱進行更換，并新建接觸懸掛腕臂裝配，作為中間柱、道岔柱使用。既有接觸網支持裝置一般采用平斜腕臂。

更換承力索范圍內新立支柱上的腕臂裝配按新建配給，依據TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規范》5.5.1 中“5 腕臂裝置宜采用絕緣旋轉平腕臂結構，吊弦宜采用整體吊弦”相關要求，采用平斜旋轉腕臂結構。

2.2 高強度銅鎂合金承力索技術參數

執行標準TB/T 3111—2017《電氣化鐵道用銅及銅合金絞線》[2]技術性能及要求，導線截面：標稱截面95 mm2的銅鎂合金絞線。電氣和機械性能見表1。

表1 承力索JTMH95 mm2 電氣和機械性

3 接觸網既有支柱容量計算

既有電氣化鐵路廣泛采用預應力混凝土支柱。部線路依然使用支柱容量為H38 支柱預應力混凝土支柱，承力索線70 mm2鋼絞線更換為95 mm2銅合金絞線，既有支柱負載增加，需計算支柱容量。

3.1 線索及支柱風荷載計算

基本風壓計算根據TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規范》5.5.10 知基本風壓計算式如下[3]

式中：W0為基本風壓，kN/m2；v2為接觸網風偏和結構計算時，分別采用風偏設計風速和結構設計風速，m/s。

線索單位風荷載計算根據TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規范》5.5.10 知線索單位風荷載計算式如下

式中：WX為線索單位風荷載標準值，kN/s；μz為風壓高度變化系數；μs為線索的風荷載體型系數；d 為線索直徑或高度，mm。

支柱風荷載計算根據TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規范》5.5.10 知線索單位風荷載計算式如下

式中：WS為支柱風荷載標準值，kN；AS為支柱承受風壓面積計算值，m2。

3.2 支柱負載計算

直線正定位中間柱荷載計算[4]

式中：Q0為單套支持和定位裝置自重；Z 為支柱中心到懸掛點的水平距離；gc為承力索單位長度自重；gj為接觸線單位長度自重；l 為跨距；WS支柱為支柱風荷載；HZ為地面以上支柱高度；P之j為正線接觸線曲線分力；WX接觸線為接觸線單位風荷載；WX承力索為承力索單位風荷載；Hj為導線高度；hj為結構高度；S 為軌面至地面高度。

本文以導線更換后典型的接觸懸掛組合JTMH95+TCG85（15 kN+8.5 kN）、結構計算風速35 m/s計算不同工況下的支柱容量。

以曲線半徑800 m、跨距65 m 為例計算：

根據計算結果可知，H38 型橫腹桿式預應力混凝土支柱荷載見表2。

表2 支柱容量計算表kN·m

根據支柱容量校驗計算結果，將更換接觸線范圍內車站區間轉換柱、咽喉區道岔柱、曲線半徑及跨距組合不能滿足容量需求的中間柱、道岔柱H38 型支柱更換為H93/9.2 支柱。

4 防護措施

承力索在承力索座、懸吊滑輪等處懸吊固定時，采用Q/CR 608E（HX3）-2017 型預絞式護線條防護。

上跨建（構）筑物（橋、隧、明洞、站房、雨棚等）下方的承力索加裝TJ/GD021—2016《電氣化鐵路接觸網用預絞式鎧裝護線條暫行技術條件》中B 型預絞式鎧裝防護條。一般情況下以防護點斷面為基準，向兩側延長，采用內2 m 外3 m 設置，共計5 m；特殊情況（如低凈空、新建上跨橋施工等）可結合實際，以斷面為基準向外延伸5 m、上跨建（構）筑物下貫通形式進行安裝。

開挖基坑時，坑邊不得放置重物或工具，隨時注意坑壁的穩定情況，如有變化，及時加強防護措施。每處不得少于2 人，坑內有人作業時，坑上必須有人防護，列車通過時，坑內不得有人。在站內或有行人的地點挖坑時，應采取防止人畜墜落的安全措施[5]。

基坑開挖時，應做好防護工作，防止基坑開挖污染道砟。

既有線支柱附近基坑開挖時，應做好既有線支柱防護工作，防止支柱傾斜等事故的發生而影響行車。

立桿、腕臂裝配、放線等嚴格使用符合規定的接觸網作業車，避免施工人員踩踏接觸線、承力索等；上部施工時注意空中高壓電線，確保供電線路和人身安全。

本段接觸網工程在既有線上進行，施工中應嚴格遵守《鐵路技術管理規程》《鐵路建設工程安全生產管理辦法》《鐵路通信、信號、電力、電力牽引供電施工安全技術規程》《鐵路工務安全規則》《鐵路營業線施工安全管理辦法》《接觸網安全工作規程》《接觸網運行檢修規程》《高速鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準》等相關文件要求，確保人身、設備和行車安全。

5 施工過渡設計原則

過渡遵循如下原則：需結合具體的施工組織方案充分利用既有設備，盡量做到永臨結合，減少廢棄工程。過渡方案方便施工及運營，最大限度地縮短停電時間。結合承力索線材更換，制定過渡方案，過渡方案應確保列車安全可靠運行。更換工作應安排在天窗時間內完成，并按照相關規定做好防護工作。過渡方案方便施工及運營，最大限度地縮短停電時間。

6 指導性換線方案

6.1 承力索更換工藝流程

更換整錨段承力索應注意三點，一是更換整錨段接觸線時，新承力索的架設有起錨、落錨作業；二是更換整錨段接觸線時，在錨段關節內需對新承力索地行穿線；三是涉及中心錨結的拆卸、重新安裝及調整。具體工藝流程如圖2 所示。

圖2 承力索更換工藝流程

6.2 承力索更換指導性方案

施工前準備，將所需要的工具、材料及零器件擺放到位，梯車、軌道車等待命。線路封鎖，停電命令下達后，起錨，放線，每個懸掛點用放線滑輪進行固定，落錨。落錨完成后，進行新舊承力索倒換，布吊弦、倒吊弦，同時拆除舊吊弦，將導高調至標準。將錨柱新承力索倒入補償，完成吊弦倒接及新承力索中心錨結、接觸線中心錨結安裝工作后，拆除既有承力索，調整導高，保證通車。

7 結束語

承力索作為接觸網系統重要組成部分，提高了接觸線的穩定性，減小接觸線弛度，改善接觸懸掛的彈性。電氣化鐵路承力索運營環境復雜，且無備用設備；因此對承力索在可靠性、安全性能要求嚴格。承力索出現銹蝕、燒傷情況后，線材拉斷力、抗拉強度嚴重下降，存在嚴重安全隱患，需及時更換，保證運行安全。本文對電氣化鐵路承力索改造具有一定的指導意義。