武广铁路客运专线350 km时速接触网施工关键技术探讨

张彦水

(中铁电气化局集团二公司,武汉 430031)

1 概述

武广铁路客运专线具有列车运行速度快、密度负荷大等特点。受电弓上下振动左右摆动加剧,接触力增大并时时发生着变化,如何保证受电弓和接触线之间的平稳接触是高速铁路行车安全的基本保障。受电弓和接触网是一个高速滑动的耦合系统,任何部位出现问题,都会引发严重的故障,要保证受电弓和接触网之间的安全高效运行,除优秀的弓网系统设计之外,还必须要在施工中消除不利弓网关系的因素。

2 武广铁路客运专线接触网施工关键技术

2.1 棘轮安装及调整技术

武广铁路客运专线正线采用棘轮补偿装置。承导张力和坠砣重力对整体吊弦的长度极为重要。吊弦长度是根据测量数据、承导线设计张力以及各种负载计算出来的,因此张力对吊弦的影响极为重要。而棘轮补偿装置偏斜卡滞、坠砣串不能随着温度的变化上下自由移动、锚段两端补偿装置坠砣配重不一致都会产生张力差。根据其他线用软件计算的结果张力差2%,跨中吊弦偏差10～15 mm，不解决张力差而只一味的升降腕臂换吊弦调整导高只能是治标不治本,不能从根本上解决问题。所以棘轮安装以后必须要用水平尺检测,通过调节螺栓轴和固定底座上的调节板调整轮体,使之垂直；制动卡块到轮体齿间的距离为20 mm,补偿绳在棘轮小轮里缠绕时要平顺不得绞起,坠砣能够随温度的变化自由移动。

2.2 弹性吊索安装及调整技术

弹性吊索安装是接触网弹性链型悬挂最关键的技术。理论研究、计算机模拟、现场试验和工程实践证明,弹性吊索的张力正确与否对支持点两边接触线的高度和弹性有明显的影响,越小于(或大于)额定张力时,定位点处的弹性越小(或越大),定位点附近的两跨导高将出现明显的正(或负)驰度。检测曲线上显示如图1、图2所示。

图1 弹性吊索张力偏小

图2 弹性吊索张力偏大

在弹性吊索范围内,弹性吊索和与其相关联的承力索、弹性吊索吊弦，与其间接相连的相邻吊弦、接触线、定位器、定位管吊线等构成相互关联相互影响的系统。弹性吊索必须在承力索架设完成后初安装,初安装是使其张力达到2.8～3 kN,定位装置及其两侧跨距的吊弦均安装完成后才能调整弹性吊索,调整是使其张力达到3.5 kN。从中锚向两侧调整弹性吊索,调整时不得抬高接触线,以免使吊弦卸载。半个锚段内只允许一组人员用专用拉力计调整弹性吊索。安装弹性吊索时,应将其中锚(硬锚)侧一端用弹性吊索线夹紧固好,另一端用弹性吊索专用拉力计进行张拉。在严格遵循施工工艺和施工流程的基础上,弹性吊索的张力控制最为重要。现场实践表明,如果改变弹性吊索张力,该弹性吊索范围内的弹性、接触线高度、弹性吊索吊弦、弹性吊索两侧跨距导高、定位器坡度均发生变化。在确定吊弦测量、计算、预配、安装都准确无误，棘轮补偿装置都能正常工作,接触网静态检测发现某弹性吊索范围内导高有问题,则一般可判断是该弹性吊索张力不够或超标。

2.3 无交叉式线岔安装技术

德国高速铁路采用的是交叉式线岔,无交叉线岔则分为以日本为代表的无交叉式线岔和以法国为代表的“第三组辅助悬挂式线岔”,具体采用形式以道岔和受电弓尺寸而定。武广铁路客运专线在正线为18号道岔,站线为18号道岔和12号道岔,接触网布置形式为正线采用无交叉布置,站线采用交叉式布置。

武广铁路客运专线正线18号道岔无交叉平面布置形式如图3所示。

图3 无交叉平面布置(单位：m)

由于道岔处钢轨没有超高,所以各自线路中心线与驶入该线的受电弓中心轨迹相重合。接触网道岔柱B位于导曲线两内轨轨距150 mm处,正线接触线拉出值为400 mm,侧线拉出值为1 100 mm,较正线抬高120 mm,侧线过岔以后抬高下锚。支柱A位于两线间距1 400 mm处,拉出值均为正定位150 mm,导高5 300 mm。600 mm至1 050 mm及抬升150 mm构成的空间区域为始触区,始触区范围内禁止安装除吊弦线夹外的任何线夹内金具。

当机车沿正线通过时,考虑受电弓最外端尺寸的半宽为975 mm,摆动250 mm,所以机车受电弓靠侧线侧最外端距正线线路中心为：975+250=1 225 mm。而侧线导线距正线线路中心为1 100+150=1 250 mm,因此受电弓从正线导线上滑过时不会触及侧线导线，与侧线接触网无关。

当机车由正线驶入侧线时,在接触瞬间,因为正线导线低,侧线导线高,所以受电弓逐渐由低侧导线过渡到高侧导线,随着侧线导线坡度的降低,使受电弓慢慢脱离正线,形成顺滑的平稳过渡。能保证受电弓不会碰到侧线接触线,其弓网关系与区间正线完全一致。

当机车从侧线驶入正线时,由于此时侧线导线是逐渐升高的,受电弓倒角在始触区适当位置与正线自然接触,随着侧线导线坡度的影响,受电弓慢慢脱离侧线而进入正线。当受电弓的滑板倒角部分能接触其正线接触线时,正线接触线才能最终经受电弓滑板弓角的导引而产生使受电弓顶面安全降低滑至正线的作用,从而不发生弓网故障。

吊弦采用可调式吊弦,机算吊弦仅供参考。始触区前550～600 mm处安装交叉吊弦一组,交叉吊弦的应用可使受电弓接近始触区时对本线的抬升转化为非接触支的相应增高,从而防止钻弓和较少磨耗。无交叉式线岔施工时,必须严格根据铁道线路、机车受电弓的上下振动及左右摆动量、接触线高度等综合计算确定受电弓动态包络线,待整个岔群区域的动态包络线检测合格后再换成正式吊弦。

2.4 接触线平顺性施工技术

高速铁路接触线要求有高度的平顺性,接触线不得有硬弯波浪弯等现象,这就要求必须采用恒张力架线。采用恒张力架线车架线过程中张力偏差不允许超过10%,架线张力应根据接触线材质,线的拉拔力,线在线盘上的缠绕力等因素决定。见表1。

表1 部分国家高速铁路接触线架设张力

架设承力索接触线的“S”钩带有防止线索磨损的塑料套,架设接触线时应在每跨悬挂3～4个“S”钩滑轮,以保证接触线的平直度符合要求。在架线车上加装接触线调直器,小轮给接触线侧向压力测量放线张力使接触线形成新的细弯通过调直器后调直。设定放线张力8 kN,放线速度保持3～5km/h匀速行驶不停车。放线车采用电子传感器及计算机控制。放线后为防止线面扭面,应立即从中锚开始向下锚两端卡绝缘。放线后接触线的平直度要用塞尺进行检测,波浪弯不得超过0.1 mm。

2.5 施工工序流程

施工工序流程：支柱安装→附加线架设→参数测量→支持结构计算、预配→支持结构安装→下锚补偿装置安装→承力索架设→承力索中心锚结安装→承力索倒鞍子→弹性吊索初装→接触线架设→承力索高度测量→吊弦计算、预制，弹性吊弦预制→接触线中心锚结安装→定位装置安装，吊弦安装、弹性吊索调整→防风拉线和定位管斜吊线安装调整→下锚绝缘子安装和坠砣高度调整→电连接安装→设备安装、接地装置及标志牌安装→静态检测→缺点整改→动态检测。

武广铁路客运专线与普速铁路接触网施工工序流程的区别主要在以下几方面：

(1)所有附加线架设完以后才测量支柱的有关参数(用于腕臂和吊弦计算),否则附加悬挂架设后将引起支柱挠度的变化,并进一步造成已调整的接触悬挂位置的改变,在困难地段尤其是小半径曲线处,隧道口附加线负载较大时更要注意。

(2)承力索高度的测量要在接触线架设完成12 h以后进行,因为此时支柱挠度和支持结构才得以稳定,测量计算结果就更精确。

(3)接触网动态监测车以若干等级速度进行检测,直到线路允许的最高速度进行弓网关系检测。因为有的缺陷在低速时检测不到,只有在高速时才表现出来。

2.6 弓网关系检测技术

弓网关系检测的目的是确保高质量的电能传输。目前,欧洲国家均把弓线间的接触力作为评价受电弓良好取流的决定性指标。因为接触力过小或为零时,受电弓与接触线间的电阻增大,就会出现电火花以致引起受电弓滑板和接触线烧蚀,产生噪声以及高频电磁波干扰；接触力过大时,受电弓与接触线之间的机械磨耗加剧,将缩短受电弓和接触线的使用寿命,而离线率和电火花是不能反映接触力过大的缺陷的。

国外多年的理论研究、试验和工程实践表明,接触网静态特性优异是保证接触网动态特性良好的先决条件,受电弓滑行速度越快,对接触网的静态特性要求就越高,施工精度要求也越严。因此,接触网工程竣工后应该先进行静态特性检测,用配备接触网静态检测设备的车辆连续检测接触线的静态位置(导高及拉出值)和静态抬升量(用于评判接触悬挂的弹性不均匀度)。实践证明,静态检测出的缺陷(如接触线高度和弹性吊索张力超标)没有被消除时,动态检测该处时同样会出现质量缺陷。在消除静态检测缺陷后,接触网动态检测车以若干速度等级直至线路允许最高速度进行弓网关系检测。从安全方面考虑，只有将低速度的缺陷消除后才可进行高速的动态监测。

在武广铁路客运专线竣工后首先用BB公司的静态无接触式检测设备对接触网进行扫描检测,该设备安装在061号动车上。由于该设备采用的是无接触式光学检测,测量结果以曲线的形式显示,精确到了每根吊弦,检测精度极高。图4是安装在车顶上的光学测量台。

图4 光学检测设备

图5是静态检测岳阳—汨罗区间40号～26号支柱拉出值的一段曲线变化图。

图5 拉出值曲线

从这段曲线变化图上可以很清楚的看出，40号支柱拉出值超标为400 mm,36号支柱拉出值为-150 mm,32号支柱拉出值为120 mm,30号支柱拉出值为-350 mm。

图6是接触线高度静态检测的一段曲线变化图。

图6 接触线高度曲线

从该曲线变化上可以看出，在这4跨内接触线高度都在5 290～5 300 mm,相邻吊弦高差都在5 mm之内,接触网也比较平滑。

2.7 施工组织管理

施工组织管理的最主要特点是“施工人员专业化”和“相关专业施工配合默契”。“施工人员专业化”的内涵之一是根据施工工序,分别组成测量组、计算组、预配组、安装组、架线组、悬挂调整组、设备安装组和检测组等多个专业化作业组。专业化作业组的作业人员经过长期的反复实践,操作技能和作业效率均逐步得到提高,从而确保高速铁路接触网所要求的施工作业高精度和尽可能小的作业误差离散性。内涵之二是各个专业化作业组的人员及其工作分工要相对固定,以便进一步控制作业误差的离散性。“相关专业施工配合默契”主要是指接触网专业与铁道线路专业配合默契。

3 结语

我国能满足350 km时速的武广铁路客运专线即将交付使用,这在我国的铁路发展史上具有里程碑的意义,它标志着我国已跨入了世界一流高速铁路的行列,也为我国以后铁路的发展积累了宝贵的经验。但目前我国在高速接触网的施工组织,施工技术管理,施工工艺,机具及仪器仪表等方面的配套尚不足,根据我国的实际情况,消化并吸收国外的先进技术和经验,对我国的接触网进行深入的研究并做好技术储备。

[1] 于万聚.电气化铁路接触网CAD系统[M].成都：西南交通大学出版社,1998.

[2] 于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社,2003.

[3] 朱飞雄.接触网不占用封闭线路超拉[J].电气化铁道,1995(3).

[4] 李 伟.电气化铁道接触网[M].北京：中国铁道出版社,2003.