《高速铁路电力牵引供电工程施工技术指南》的技术创新

朱飞雄

(铁道部经济规划研究院，北京 100038)

为满足高速铁路的高精确度、高平顺性、高稳定性、高可靠性、高安全性等五大要求，《高速铁路电力牵引供电工程施工技术指南》(铁建设［2010］241号)［1］在原《客运专线铁路电力牵引供电工程施工技术指南》［2］(以下简称《客专电牵施工指南》)的基础上，充分吸纳京津、武广、郑西、合宁、石太、海南东环等高速铁路的建设、运营经验，取得大量技术创新成果。

1 首次应用精密测量控制网，实现电牵施工高精确度

《高速铁路电力牵引供电工程施工技术指南》(以下简称《高铁电牵施工指南》)与原《客专电牵施工指南》的最大不同点是新增了“施工测量”章，首次要求高速铁路电牵工程施工从开工测量到开通运营的全过程都必须充分应用精密工程测量技术——精密测量控制网(以下简称精测网)，实现高速铁路电牵工程施工高精确度，确保全线接触悬挂具有持久的高平顺性，保证牵引变电所内的设备基础与上下行铁道线路、牵引变电所房屋基础等的空间位置坐标协调匹配。

1.1 精测网与接触网施工的关系

我国过去的普通铁路测量没有建立一套完整的控制测量系统，各级控制网测量精度主要根据线下工程施工控制要求而制定，路基设计基本不考虑路基沉降控制，路基沉降通过补充道砟等方式补救。轨道铺设和运营不以控制网为基准按设计坐标进行绝对定位，而是按线下工程施工现状采用相对定位。这种铺轨方法因测量误差的累积，往往造成轨道几何参数与设计参数相差甚远。例如，某时速200 km铁路提速改造工程的某圆曲线半径与设计半径相差几百米，大半径的长曲线变成了多个不同半径圆曲线的组合，缓和曲线、夹直线长度不够，曲线五大桩位置与设计位置相差很大，纵断面整坡变成了很多碎坡等。秦沈客运专线铁路工程开始重视路基沉降控制，但其标准比无砟轨道低得多，其工后沉降不能满足无砟轨道铺设要求。

高速铁路是一项集多种先进技术于一体的庞大系统工程，各施工专业间有着内在紧密联系和大量信息交换。高速铁路无砟轨道测量控制网的精度在满足线下工程施工控制测量要求的同时必须满足轨道铺设精度要求，无砟轨道的绝对定位由各级平面高程控制网组成的测量系统来实现，从而保证轨道与线下工程路基、桥梁、隧道、站台等的空间位置坐标、高程互相协调匹配。接触网工程的接触线高度、拉出值等大量几何参数是以轨道几何参数为基准。由于工期紧张等原因，我国普通铁路接触网施工不可能在轨道工程竣工后才开始，这经常造成接触网几何参数随轨道几何参数变化而大量、反复重新调整。高速铁路接触网工程施工需迫切解决的主要问题是:如何运用系统工程的思想和方法，研究优化施工组织设计方案和施工工艺工法，在工期紧张、轨道未达到竣工状态(甚至轨道未铺设)的情况下就开始接触网基础施工、腕臂安装和悬挂调整，并避免发生以往普通铁路接触网随轨道几何参数变化而大量反复调整的现象。《铁路客运专线技术管理办法(试行)(300～350 km/h部分)》(TG/04—2009)［3］规定:“应建立勘测设计、工程施工和运营维护'三网合一'的精密测量控制网。勘测设计阶段应建立基础平面控制网(CPⅠ)、线路控制网(CPⅡ);线下工程施工完成后，应建立轨道控制网(CPⅢ)。”精测网为站前工程施工、竣工验收和运营维护提供了坐标基准，也为接触网施工高精度创造了充要条件。

1.2 在高速铁路接触网工程中应用精测网

新建高速铁路接触网工程从支柱基础定位测量、腕臂测量计算安装、吊弦测量计算安装、接触网检测精调等均应以线路轨道横、纵断面设计图为依据，接触网和线路轨道专业测量都应采用统一的坐标——精测网，并作为双方施工和运营期间共同遵守的依据。

我国高速铁路桥梁及隧道地段的轨道控制网(CPⅢ)基桩通常分别设置在桥梁防撞墙和隧道电缆槽的线路侧面;路基地段的轨道控制网(CPⅢ)基桩一般在接触网支柱基础浇筑的同时，由设计院勘测人员设置在接触网支柱基础或轨道专业特设的混凝土基础上。通过高速铁路精测网基桩参数及其对应的线路参数、曲线桩位置坐标值及曲线参数值，可以精确计算确定接触网支柱侧面限界、支柱基础面相对于低轨面的高差、外轨超高等，作为接触网施工和复核站前专业施工的接触网基础工程质量的依据。根据线路控制网(CPⅡ)数据，可确定接触网车站、区间分段测量起点，可测量隧道内接触网的预埋槽道、锚栓、下锚断面位置，可核查路基、桥梁上接触网支柱及拉线基础位置是否符合设计要求。根据轨道控制网(CPⅢ)数据，可测量核定接触网支柱垂直线路中心线偏差及上部孔位的准确性、隧道内吊柱及锚栓的施工偏差，可测量并计算吊弦长度。在接触网联调联试过程中，根据CPⅢ精测网数据和线路拟合参数，可进一步分析判定轨道与接触网耦合是否符合相关标准要求。

京津城际铁路接触网下部工程施工在路基、轨道尚未稳定的情况下，全线约5 000根接触网H形钢柱基础以精测网为基准，采用全站仪对其高程精确定位。合武高速铁路接触网施工利用精测网数据和相关资料进行精确测量，与站前工程进行交叉施工，在线、桥、隧基本成形还没有上砟铺轨之前完成了大量的工作。

2 首次提出接触线平直度要求，实现接触线的高平顺性

接触线平顺性包括接触线相对轨面的高度、接触线平直度等要求。与轨道“长波”、“短波”高平顺性要求类似，一个工程项目全线的接触线(“长波”)、局部接触线(“短波”)、相邻局部接触线之间均应达到高平顺。

2.1 接触线相对轨面的高度

《高铁电牵施工指南》对接触线相对轨面的高度的相关要求如下。

(1)轨道调整完成后，接触线悬挂点距轨面的高度应符合设计要求(全线数百乃至上千米的“长波”)，施工允许偏差±30 mm，且应同时符合下列(局部、“短波”)要求:

①相邻跨距(100 m左右的“短波”)接触线高度变化允许偏差不得大于20 mm(不超出如图1所示阴影范围)，即:本跨距与相邻跨距接触线高度变化趋势相同(同向)时，本跨距两悬挂点接触线高度允许偏差±20 mm;本跨距与相邻跨距接触线高度变化趋势不同(异向)时，本跨距两悬挂点接触线高度允许偏差±10 mm。

图1 相邻跨距接触线高度变化允许偏差示意

②1个跨距内(50 m左右的“短波”)两相邻吊弦处的接触线高度差不得大于10 mm。

③定位点两侧第1吊弦范围内(10 m左右的“短波”)接触线高度应相等，相对该定位点的接触线高度施工允许偏差±10 mm，且不得出现“V”形(图2)，以免该定位点处的弓网动态接触力超标。

图2 定位点两侧第1吊弦范围内接触线高度施工允许偏差范围示意

(2)接触线工作支悬挂点高度变化时，时速250 km接触线坡度不得大于1‰，坡度变化率不得大于0.5‰;时速300 km及以上接触线坡度为0。

施工时应高度重视接触线坡度变化率。为避免列车通过轨道变坡点时产生不利于列车运行的车辆振动和局部加速度，轨道线路纵断面上的变坡点处不允许形成折线，而应采用竖曲线。与轮轨关系类似，接触线的高度发生变化时(如接触网在低净空立交桥下通过)，在变坡点处，接触线高度应以缓和曲线形式过渡，接触线的坡度不允许从0(即接触线平行于轨面)突然转换到某个较大的坡度值，即接触线坡度变化率应符合设计要求。

2.2 接触线平直度

《高铁电牵施工指南》首次提出接触线平直度要求，以使接触悬挂具有良好的静态特性，为达到设计要求的接触悬挂动态性能奠定基础。

最先在高速铁路采用铜镁合金接触线的德国，曾因铜镁合金接触线架设张力小于工厂绕线张力导致接触线出现大量硬弯，列车高速运行时产生大量电弧。铜镁合金接触线的硬度大，其出现硬弯后难以整治到满足列车高速运行时的弓网受流要求，因此不得不整锚段更换。德国铁路公司与工程总包公司、接触线生产厂家等共同对此深入研究认为:“0.1 mm/m及以上硬弯的铜镁合金接触线不能满足列车运行时速300 km及以上要求，采用铜镁合金接触线专用整直器使硬弯不大于0.1 mm/m后，电弧不再产生。”我国高速铁路建设实践证明，接触网工程不论采用铜镁或铜锡合金接触线，只要严格遵照《高铁电牵施工指南》对接触线架设的相关要求，接触线硬弯不大于0.1 mm/m平直度可以达到。

(1)架设前应根据恒张力架线车类型、接触线类型要求在恒张力架线车上安装接触线调直器。

(2)接触线应采用恒张力架线，架线张力应根据恒张力架线车类型、线材材质等因素选取，且不应小于绕线张力，架线张力偏差不得大于8%。

(3)接触线架线速度宜为3～5 km/h并应保持匀速，中途不应停车。

(4)接触线架设应在每个跨距内均匀悬挂不少于4个带有滑轮的工具吊弦。

(5)接触线架设完成后，应使用接触线专用检测尺和塞尺对接触线平直度进行检测，每300 m检测1处，最大空气间隙(即接触线平直度)不应大于0.1 mm/m。

(6)接触线架设完成后，应在48 h内安装中心锚结和定位器，以防接触线新线蠕变过程中发生扭面。

接触线架设前应检查放线架的线轴直径是否与线盘的轴孔匹配，以免间隙过大而导致放线后产生硬弯;架线作业人员应训练有素并成立专门的架线作业组;接触线架设应连续进行，不应走走停停，否则制动线盘或停车后启动时，因线盘惯性易导致接触线硬弯且无法完全整直(速度变化导致线盘张力变化。如果单位时间的速度变化量超过一定范围，将导致线盘张力变化过大)。

3 高度重视高速接触网特性，实现接触网结构高稳定性

除重载电气列车外，我国普通铁路电气列车取流一般小于400 A。与普通铁路相比，高速铁路接触网工作电流和短路电流成倍增加、接触悬挂振动的幅度和频率显著加大;线材、零部件及电气设备更加容易发热烧损;接触网部件间的电位差更大，更易出现打火花等。例如，16辆编组的CRH3型动车组在运行时速300 km时，总装机容量约23 400 kVA，单车电流约936 A;时速350 km时，总装机容量约29 500 kVA，单车电流约1 180 A;时速380 km与350 km相比，速度增加约8.6%，电流增大约20%。

3.1 紧固力矩与导流能力

高速铁路如果出现接触网(吊弦、定位等)线夹松动、垫片丢失等，后果将比普通铁路更加严重。例如，某高速铁路因为接触线电连接线夹压接不牢脱落，发生多起弓网故障、中断列车供电。

电力脂不仅在线索与线夹之间起润滑作用，而且能加强它们间的电气接触和导流能力。因此，德国铁路要求在可能出现大电流(或短路电流)的接触网连接处涂电力脂。

为确保高速铁路电气主导电回路的导电能力、实现接触网结构高稳定性，《高铁电牵施工指南》一是要求“所有预配件、零部件中螺栓应采用力矩扳手紧固，紧固力矩、防松措施应符合设计或产品技术要求。”二是要求除吊弦压接套管外，吊弦线夹、电连接线夹、定位线夹、其他在正常和短路情况下通过大电流的线夹以及开关触头间，均必须在其与线索的接触面处先除去脏污，然后涂抹导电脂;在预配腕臂时，平腕臂管、斜腕臂管和定位管的螺纹上也要涂抹上薄薄一层导电脂。

3.2 温度变化与结构稳定

温度变化将引起金属导体热胀冷缩，大电流通过金属导体而发热是接触网的重要特性之一。温度变化时，接触网结构应保持稳定，其几何位置不得超出规定范围。我国北方地区最低气温可达-40℃，接触网正常工作时可允许铜合金接触线温度最大升高到80℃，接触线温度变化可达120 K(即-40℃至+80℃)，因此，《高铁电牵施工指南》要求腕臂和定位装置、下锚补偿装置、承力索中心锚结、电连接线和开关引线等的安装均应考虑接触悬挂的线索达到最大允许温度时的情况。例如，《高铁电牵施工指南》首次要求承力索中心锚结绳按设计安装曲线施工。此量化规定比以往“承力索中心锚结绳弛度应小于或等于所在跨距承力索的弛度”的定性要求更严，可避免最低气温时承力索中锚绳的张力过大而影响中锚柱的安全。

4 充分研究定位装置结构特点，实现接触网运行高可靠性

定位装置是列车运行中与受电弓最接近的部件之一，不妨碍受电弓顺利通过是对定位器最基本的要求。我国高速铁路设计一般采用限位定位装置。限位定位装置的功能之一是防止因定位器的过度抬升造成打弓。限位定位器的限位间隙或坡度太大，则列车高速运行时，定位点处弓网接触力将可能过大、接触线和受电弓磨损加剧;限位定位器的限位间隙或坡度偏小，则接触线在标准允许的正常范围内抬升时，定位器限位功能也可能起作用，使定位点处弓网接触力过大、接触线和受电弓磨损加剧。因此，《高铁电牵施工指南》规定:限位定位器倾斜度与定位管的坡度应符合设计要求，限位间隙允许偏差为±1 mm。

5 不断加强弓网静态检测力度，实现接触网运营高安全性

国内外多年的理论研究、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。接触网工程竣工后应先进行静态特性检测。若静态检测出的缺陷没有被消除时，则动态检测该处所时同样会出现质量缺陷。因此，《高铁电牵施工指南》规定:接触网工程竣工后，应采用非接触式接触网检测车或综合检测列车对接触网几何参数进行检测。非接触式接触网检测车运行时速宜为20～80 km，综合检测列车检测前应用接触网检测车对接触网空间安全参数进行复核，运行时速80～160 km。

上述规定与《客货共线铁路电力牵引供电工程施工技术指南》［4］有关接触网静态检测的主要区别如表1所示。

表1 高速铁路与普通铁路有关接触网静态检测的主要区别

6 结语

我国铁路通过自主创新、集成创新和引进消化吸收再创新，在世界上首次实现了接触网与两列时速350 km动车组联挂升双弓运行。我国石太、合宁及其他时速250 km高速铁路按时速250 km动车组和双层集装箱货物列车共线运行设计，这在世界上没有先例，但截至目前这些铁路除进行过双层集装箱货物列车运行试验和弓网模拟外，均尚未大量运行双层集装箱货物列车。因此，在各种工况(如最大允许运行风速)和接触线高度6.45 m情况下，接触网施工如何满足受电弓动态包络线要求，确保时速250 km动车组和双层集装箱货物列车共线运行安全，将可能成为高速铁路接触网工程施工的研究课题。

［1］铁建设［2010］241号，高速铁路电力牵引供电工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2010.

［2］经规标准［2007］103号，客运专线铁路电力牵引供电工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［3］中华人民共和国铁道部.TG/04—2009 铁路客运专线技术管理办法(试行)(300～350 km/h部分)［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［4］经规标准［2008］30号，客货共线铁路电力牵引供电工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.