既有接触网改造设计方法探讨

2010-09-21旷楚成

电气化铁道 2010年5期

关键词：跨线净空天窗

旷楚成

0 引言

随着国民经济的飞速发展，铁路运输生产布局的不断调整，既有电气化铁路的改造工程日益增多，如何根据铁路运输生产需要及时合理地做好既有线接触网改造的设计工作，是每一个接触网设计人员必须考虑的问题。

1 既有接触网改造工程施工难点

加强既有铁路的技术改造和铁路枢纽建设，提高路网既有通道能力，结合客运专线、完善路网布局、开行双层集装箱专列等工作是国内目前既有铁路更新改造的重要任务，国内近期需要电气化改造的既有线超过2.5万km。

国内既有电气化铁路大多是繁忙干线，行车密度大，客货运量巨大，由于施工不慎导致中断行车的后果十分严重。接触网封闭作业施工的天窗时间短，停电干扰因素多，尤其在铁路枢纽地区的分片分区域停电施工中安全管理难度极大。因此，铁路枢纽电气化改造、既有线咽喉区道岔改造、繁忙干线上下行正线同时停电改造、低净空跨线桥下接触网改造等项目是接触网改造的难点。表现在接触网的具体作业内容上，其难点主要体现在天窗点内整个锚段更换接触悬挂、线路及接触网拨接、站场软横跨更换、线岔改造等。所以在设计中必须充分考虑既有接触网改造中的各项施工困难，以施工组织为出发点，在施工图设计阶段对接触网进行合理优化，确保既有接触网改造顺利实施。

2 既有接触网改造中常用的设计方法

针对上述既有线施工中的各类困难因素和施工难点，设计人员需要在符合国内电气化铁路设计规范的基础上，在保证施工安全的前提下，优化组合，多方案比选，结合实际情况开展施工图设计。笔者近年来多次参与既有线接触网改造的设计工作，认为既有接触网改造中比较好的设计方法主要有以下方面。

2.1 尽量缩小既有线停电影响范围

在接触网封锁线路停电要点施工作业中，上下行线分别停电的天窗点施工（也叫“V形天窗作业”）比上下行正线同时停电的天窗点施工（也叫“垂直天窗作业”）影响范围要小得多。“逐站 V停”方式比以供电臂为停电单元的“V停”的施工影响范围要小。通过操作分区所断路器、站场分束隔离开关的停电施工影响范围则更小。因此，改造设计中新增加的接触悬挂应尽量避免跨越正线，尽量不使用“垂直天窗”，多使用“V形天窗”，并力争采用操作断路器、站场分束隔离开关的停电作业方式。

经常遇到的情况是站场某一股道需要新增电化挂网，如图1所示。

图1 新增线岔就近下锚示意图

图 1显示了沪昆线湘潭东站电气化改造工程第8股道新增接触网情况，此时需要在该股道两端道岔处各增加一个接触网线岔，按正常设计思路需将新的接触悬挂顺道岔方向延长到站场对侧 26-1#支柱下锚，这样不仅新增接触网设备较多，对既有接触网的影响范围也大，而且新增接触网线路跨越了上下行正线，改造施工中需要对全站及同一供电臂上相邻各站的所有接触网停电，停电影响范围广，对运输的干扰极大。而在该设计中，仅将新增接触悬挂延长一跨，经过线岔后就近于同侧下锚，即图中的 19-1#支柱。该设计方法可以避免新增接触网穿越上下行正线，施工组织过程中仅使用“V形天窗”停电作业，不使用“垂直天窗”，大大减少了对既有线的干扰。

当仅对站场外侧一股道进行电化或接触网延长时，可以在线路外侧单独组立支柱或利用既有软横跨的外侧空间，在下部工程施工和腕臂组装过程中，基本上为不带电作业，大大减少了对既有线的干扰，减少了停电作业的风险和施工难度。

为避免垂直天窗的影响，增加一股道的接触网时，设计中应尽量避免使用软横跨，可化整为零，多采用单独支柱并增设单独的接地装置。

2.2 尽量减少既有线施工工作量

即使是既有接触网改造设计，也要力求简洁，尽量减少既有线的新增工作量。

在既有站场接触网改造过程中，经常遇到只需改移软横跨其中一个支柱的情形，在软横跨容量允许的前提下，设计时可采用更换单边支柱方式，即只对施工有影响的支柱进行改移，软横跨另一支柱保持原位不动，同时更换横承力索及上下部固定绳。在该类设计中，设计人员必须对软横跨的容量进行校核，以保证软横跨的永久运营安全。而且，软横跨用作道岔定位时，更换单边支柱显得很有必要，也更高效。设计实例如图2所示。

图2 软横跨支柱单边改造示意图

图2为2009年京广线郴韶段槐树下车站战略装车点改造时，站场西侧进行线路改造、接触网电化挂网示意图。根据改造要求，站场西侧增加股道，南端咽喉区既有62#支柱必须外移1.5 m，而该软横跨对侧的63#支柱正好作为第1、第3股道相交道岔的标准定位，如果按以往设计经验在顺线路方向前后2 m处布置软横跨，此时道岔不能保证标准定位，给今后的运营管理带来不利影响，于是设计时只对62#支柱进行外移，同时对63#支柱的容量进行校核。经初步测算，63#钢支柱型号为G250/15，软横跨承载 5组悬挂，符合容量要求（计算过程省略）。但是，由于软横跨跨度加大，横承力索、上下部固定绳需计算后重新预制。

为减少既有线施工工作量，设计时还可巧妙利用既有的分段绝缘器。

如在对某货物专用线接触网延长改造设计中（图 3），由于专用线上已经有了一组分段绝缘器及隔离开关GK，改造中只需要对隔离开关GK后面的线路进行延长，设计时可以充分利用该隔离开关，对延长部分的接触网线路设立一个单独的锚段（根据长度的不同，一般设计为半个锚段）和独立支柱，在施工中通过断开货物线接轨处的隔离开关GK实现不停电施工，从而大大减少了既有线的施工工作量。

图3 货物线延长改造利用原有隔离开关示意图

2.3 通行双层集装箱区段的接触网改造设计

近期许多干线铁路都要通行双层集装箱或者预留双层集装箱通过条件，既有线电化改造中存在着大量低净空或原来非双层集装箱净空标准的跨线建筑物，如沪昆线、京广线南段及各铁路枢纽站等。如何保证双层集装箱在低净空接触网下安全通过，且使工程改造投资最经济，仍是接触网与其他专业需要共同协调、攻关的一个重要工程课题。

在通行双层集装箱线路区段，根据铁道部《铁路双层集装箱运输装载限界》和《200 km/h客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界》的规定“双层集装箱的货物装载限界5 850 mm”及《铁路技术管理规程》第156条规定接触网带电部分（承力索）至机车车辆或装载货物的距离不小于350 mm，同时考虑接触线弛度、接触线安装施工误差及工务抬道+50 mm的影响，接触线悬挂高度取6 250 mm可满足要求。

目前，改造低净空隧道或跨线建筑物以满足双层集装箱运输的需要，在不影响或少影响既有运输的条件下主要有以下设计方法：

（1）降低接触网结构高度。将原来设计的结构高度降至300 mm左右，此时最短吊弦处可以采用可调式整体吊弦或滑动吊弦。

（2）承力索绝缘通过。当净空较低，承力索与跨线建筑物距离不能达到空气绝缘距离时，可将承力索截断在建筑物两侧同时下锚。为了不影响接触网受流质量，承力索承载的电能采用电缆的形式通过跨线建筑物。

（3）线路落道与接触网改造结合。当既有线路道床有条件时，可采取线路适当落道与接触网改造相结合的方案，以保证接触网与双层集装箱和跨线建筑物的绝缘距离。

（4）跨线建筑物下的硬横梁方式。当站场内跨线建筑物下方有道岔设备时，接触网相应安装线岔，安装软横跨的空间不够，当桥底净空为8 m时，可以采用硬横梁的方法保证接触网的导高符合要求。单一股道时也可采用小型钢支柱的方式。

如在京广线新建捞刀河站的设计中，车站南端咽喉区上方有一座40 m宽的公路桥与铁路正交，桥下正好是四股道2组正线道岔相交处，接触网必须在该桥下定位。实测桥下净空为7 600 mm，为保证双层集装箱带电通过，接触线导高最低为6 250 mm，接触线距离桥底面仅有1 350 mm，如果在该处组立硬横跨，其空间明显不够，于是在变更设计中采用了半截软横跨的方式，如图4所示，即支柱部分采用了软横跨支柱的下半截，钢柱高度7.4 m（取消G250型钢柱上半部分），在支柱7.1 m处安装上部定位绳，在支柱6.75 m处安装下部定位绳，然后再安装定位器调节立柱及道岔定位器。而承力索则从上下部定位绳中间通过，在跨线桥两侧2 m以外的地方组立2组软横跨用以支撑承力索，并保证承力索与桥面各部位均有大于300 mm的安全距离。

图4 捞刀河站兴联东路跨线桥接触网改造

2.4 过渡工程永临结合

过渡工程设计中采用永临结合方式，可以大大节省施工中的工程量和工程投资。如对区间较长的线路拨移改造时，当线路拨移量在1～3 m时，新支柱往往无法一次性组立，需采用立临时支柱的形式，如果采用混凝土软横跨柱的形式进行改移施工，软横跨能在线路拨移前提前组立，在线路拨移施工中只要移动定位器即可，从而大大节省了整体施工时间，其经济效益十分明显。

在过渡工程设计时，可以充分利用现场临时支柱、线索。由于过渡设备使用时间短，用于非正常状态，只要设备容量许可，可适当增加临时载荷。如在新旧接触网过渡中，对既有的软横跨，可以临时增加1～2支接触悬挂；对H60、H78等型号的混凝土支柱，可在支柱两侧同时安装腕臂装置，承受2支甚至3支接触悬挂。在过渡工程完毕后，上述设备的临时负荷必须立即解除，防止支柱等设备出现永久变形。当然，上述临时载荷的增加，必须事先由设计人员对其进行容量校验，确保施工过程中安全万无一失。

2.5 新材料与新工艺

采用新材料、新工艺也能提高改造工程的效率，为设计工作带来便利。如瓷质绝缘子更换为硅橡胶绝缘子，可大大减轻接触悬挂的重量，改善污闪性能，在绝缘锚段转换关节中节省空间，便于接触网各参数的建立。采用铝合金大半径高效率滑轮组以改善张力补偿效率。定位管可换为铝合金或其他轻质高强度合成材料。隧道内受断面净空限制，宜改为轻质定位器，并尽量采用旋转腕臂式悬挂结构以便与区间一致。

2.6 现场测量和图纸资料管理

根据既有线改造的特点，改造地段附近的土质状况在既有接触网竣工图中已经进行了标注，一般不必进行再次勘探，可减少勘探工作量。但对距离既有接触网较远的地段，必须进行现场勘探。并对现场已有接触网支柱容量、基础型号、线索类型、结构高度等参数进行仔细核对，并在改造设计中尽量使用原有型号的设备，以便于设备管理单位的维修管理。

为便于运营单位的图纸资料管理，原有施工图号应尽量保留，或在原图号后面加“-1”或“改”字以示区别。同样，对改造图中的接触网支柱编号也尽量与原来的一致，增加少量支柱时，利用附近支柱编号后面加-1、-2等以示区别，但对专用线应用“货XX、电XX”等标示。