高速鐵路42#道岔接觸網無交叉布置方式存在問題及對策

魏 博

0 引言

目前，42#道岔接觸網無交叉布置方式已較為成熟[1]，且已在眾多高速鐵路線路中成功應用[2]，但也存在一些設計細節不合理的問題，需要從接觸網系統功能需求出發進行優化。本文對高速鐵路42#道岔接觸網無交叉布置方式中存在的問題進行分析，并提出相應的對策。

1 42#道岔接觸網無交叉布置設計細節問題

我國高速鐵路42#道岔接觸網無交叉布置方式主要有兩種方案[3]，如圖1所示。可以看出，兩種方案都采用第3組輔助錨段型式的無交叉布置，但均存在設計細節不合理的問題。

圖1 42#道岔接觸網無交叉布置方案（單位：mm）

1.1 G柱位置接觸網安裝方案（方案一）

該方案接觸網布置由A、B、C、D、E、F、G、I柱共同組成的正線錨段、側線錨段、導向錨段構成。其中G柱位置道岔開口2 m，分別由位于側線側支柱懸掛側線的雙支腕臂結構和正線側支柱懸掛正線的單支腕臂結構組成[4]，安裝方案見圖2。

圖2 G柱位置接觸網安裝方案（單位：mm）

從圖2可以看出，G柱位置接觸網安裝方案存在以下問題：（1）側線位置的雙支腕臂結構中，工作支腕臂結構定位器根部及定位支座已侵入正線側動車組受電弓動態包絡線范圍，存在觸碰受電弓的風險；（2）正線位置的工作支腕臂結構中，定位器根部及定位支座與側線側動車組受電弓動態包絡線距離約45 mm，極端情況下存在觸碰受電弓的風險；（3）正線、側線位置的工作支腕臂結構均采用反定位形式，平面布置時，如果上述腕臂結構位于同一里程位置，兩支腕臂結構的定位管存在互相沖突的問題。

1.2 CF柱位置接觸網安裝方案（方案二）[5]

該方案接觸網布置由CA、CB、CC、CD、CE、CF柱共同組成的正線錨段、側線錨段、輔助錨段構成。其中CF柱位置道岔開口2 m，由位于側線側的兩根支柱分別懸掛側線的雙支腕臂結構和正線的單支腕臂結構組成，具體安裝方案如圖3所示。

圖3 CF柱位置接觸網安裝方案（單位：mm）

從圖3可以看出，CF柱位置接觸網安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結構，平腕臂長度約4.7 m，斜腕臂長度約4.6 m。

目前國內設計時速350 km的高速鐵路接觸網腕臂結構為鋁合金材質，張力配置有21 kN（承力索）+ 30 kN（接觸線）和23 kN（承力索）+ 28.5 kN（接觸線）兩種組合[6-7]，CF柱位置接觸網安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結構受力見表1。

表1 懸掛正線的反定位腕臂結構受力 N

為了得到CF柱位置接觸網安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結構的受力狀態和變形量，采用專業有限元軟件進行建模受力分析，在構建相關模型的基礎上，通過人為設置荷載、循環計算，從而得到比較準確的模型受力狀態。CF柱位置接觸網安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結構有限元模型如圖4所示。

圖4 懸掛正線的反定位腕臂結構模型

基于表1所示的受力狀態，利用有限元軟件進行分析，輸出位移變形云圖，如圖5所示。

圖5 不同張力組合下腕臂位移變形云圖

從圖5可以看出，CF柱位置接觸網安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結構的最大變形量，21 kN（承力索）+ 30 kN（接觸線）張力組合下為6.25 mm，23 kN（承力索）+ 28.5 kN（接觸線）張力組合下為5.74 mm。根據TB/T 2073—2020規定：“鋁合金材質腕臂及定位管的撓度小于或等于支撐裝置中各部件撓度不大于1%L（L為腕臂或定位管受力支點間的最大長度）”，此處工作支平腕臂長度為4 644 mm，則撓度應不大于46.44 mm。雖然實際受力狀態下有限元軟件計算的位移變形量滿足規范允許的變形量，但從現場實施效果來看，能直接觀察到腕臂已產生變形。

2 改進建議

2.1 對方案一的改進建議

為了保證側線位置的雙支腕臂結構中工作支腕臂結構定位器不侵入正線側動車組受電弓動態包絡線，同時加大正線位置的工作支腕臂結構定位器及定位支座與側線側動車組受電弓動態包絡線距離，將上述兩工作支的直形定位器調整為特型定位器，其中側線工作支采用長度1 385 mm、圓弧內徑429 mm的特型定位器，正線工作支采用長度1 100 mm、圓弧內徑319 mm的特型定位器；為了避免側線位置的雙支腕臂結構中非工作支與調整后的特型定位器發生沖突，將非工作支的抬高值由500 mm調整為350 mm，拉出值由400 mm調整為500 mm。調整后安裝方案如圖6所示。

圖6 G柱位置調整后接觸網安裝方案（單位：mm）

平面布置時，用于懸掛側線位置雙支腕臂結構的支柱與用于懸掛正線工作支腕臂結構的支柱在橫斷面位置錯行布置，間距不小于2 m。

2.2 對方案二的改進建議

為了改善CF柱位置用于懸掛正線的反定位腕臂結構的受力狀態，減少腕臂結構變形，滿足工程項目靜態驗收階段運營單位要求，同時不影響42#道岔接觸網布置整體結構設計狀態，將平、斜腕臂管壁厚度由6 mm調整為12 mm，腕臂支撐管壁厚度由5 mm調整為9 mm，定位管支撐管壁厚度由5 mm調整為9 mm，基于表1所示的受力狀態，輸出位移變形云圖如圖7所示。

圖7 不同張力組合下腕臂位移變形云圖

可以看出，CF柱位置接觸網安裝方案用于懸掛正線的反定位腕臂結構的最大變形量，21 kN（承力索）+ 30 kN（接觸線）張力組合下為5.49 mm，23 kN（承力索）+28.5 kN（接觸線）張力組合下為5.02 mm。相較于原設計方案，腕臂變形量和受力狀態均有所改善，基本上無法直接觀察到腕臂產生的變形，滿足工程靜態驗收階段運營單位要求。

3 結語

本文分析了高速鐵路42#道岔接觸網無交叉布置方案中存在的定位器侵入受電弓動態包絡線、腕臂結構不合理等問題，并針對上述問題提出相應的改進建議，后續還需結合工程實踐不斷完善。