电气化铁路承力索改造研究

李 维

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

近年来，随着经济的快速发展和城市化进程的加速，铁路交通在我国的重要性不断提升。而电气化铁路则是未来铁路发展的方向之一。然而，在电气化铁路中，承力索问题一直是制约运行安全和效率的关键因素之一。综上所述，电气化铁路承力索改造研究具有重要意义，通过对承力索材质、结构、加工工艺等方面进行深入研究，可以提高铁路运行的安全性、可靠性和运行效率，推动我国铁路事业的发展[1]。

1 改造的必要性及接触网设施情况

既有接触网悬挂采用全补偿简单链型悬挂，承力索出现松散、断股、锈蚀及腐蚀，存在严重安全隐患，影响运行安全。为预防承力索断线故障，保证安全可靠供电，对承力索进行更新改造是必要的。既有承力索情况如图1 所示。

图1 既有承力索相片

既有铁路接触网概况如下：

供电方式为直接供电方式。

接触网悬挂类型采用全补偿简单链型悬挂。

既有接触网导高一般为6 000 mm；结构高度一般为1 400 mm。

2 接触网改造方案研究

2.1 改造方案研究

本文以将截面积为70 mm2的钢绞线的承力索更换为高强度铜镁合金绞线（JTMH95）为例，并须同步更换相关配套设备。

将更换承力索范围内的环节吊弦更换为整体载流吊弦（含吊弦线及吊弦线夹）。

对更换承力索范围内的接触网中心锚结装置进行更换，结合现场情况维持既有两跨中心锚结或软横跨处中心锚结装置，整套更换（含中心锚结绳）。

对更换承力索范围内的悬挂点更换承力索座、加装预绞丝保护条。软横跨处更换承力索范围内悬吊滑轮、加装预绞丝保护条。

对更换承力索范围内锚段两侧承力索下锚补偿装置进行更换，补偿装置根据张力组合采用1∶3 铝合金大滑轮组补偿装置（全补偿下锚不含坠砣、坠砣杆、坠砣限制架）。

对更换承力索范围内的关节电连接、线岔电连接、股道电连接、横向电连接的承力索电连接线夹进行更换。

在上跨建筑物处、上跨电力线路处为承力索安装预绞式铠装护线条。

更换承力索范围内按照导线更换后典型的接触悬挂组合、结构计算风速35 m/s 计算不同工况下的支柱容量。

将不满足支柱容量的支柱进行更换，并新建接触悬挂腕臂装配，作为中间柱、道岔柱使用。既有接触网支持装置一般采用平斜腕臂。

更换承力索范围内新立支柱上的腕臂装配按新建配给，依据TB 10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》5.5.1 中“5 腕臂装置宜采用绝缘旋转平腕臂结构，吊弦宜采用整体吊弦”相关要求，采用平斜旋转腕臂结构。

2.2 高强度铜镁合金承力索技术参数

执行标准TB/T 3111—2017《电气化铁道用铜及铜合金绞线》[2]技术性能及要求，导线截面：标称截面95 mm2的铜镁合金绞线。电气和机械性能见表1。

表1 承力索JTMH95 mm2 电气和机械性

3 接触网既有支柱容量计算

既有电气化铁路广泛采用预应力混凝土支柱。部线路依然使用支柱容量为H38 支柱预应力混凝土支柱，承力索线70 mm2钢绞线更换为95 mm2铜合金绞线，既有支柱负载增加，需计算支柱容量。

3.1 线索及支柱风荷载计算

基本风压计算根据TB 10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》5.5.10 知基本风压计算式如下[3]

式中：W0为基本风压，kN/m2；v2为接触网风偏和结构计算时，分别采用风偏设计风速和结构设计风速，m/s。

线索单位风荷载计算根据TB 10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》5.5.10 知线索单位风荷载计算式如下

式中：WX为线索单位风荷载标准值，kN/s；μz为风压高度变化系数；μs为线索的风荷载体型系数；d 为线索直径或高度，mm。

支柱风荷载计算根据TB 10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》5.5.10 知线索单位风荷载计算式如下

式中：WS为支柱风荷载标准值，kN；AS为支柱承受风压面积计算值，m2。

3.2 支柱负载计算

直线正定位中间柱荷载计算[4]

式中：Q0为单套支持和定位装置自重；Z 为支柱中心到悬挂点的水平距离；gc为承力索单位长度自重；gj为接触线单位长度自重；l 为跨距；WS支柱为支柱风荷载；HZ为地面以上支柱高度；P之j为正线接触线曲线分力；WX接触线为接触线单位风荷载；WX承力索为承力索单位风荷载；Hj为导线高度；hj为结构高度；S 为轨面至地面高度。

本文以导线更换后典型的接触悬挂组合JTMH95+TCG85（15 kN+8.5 kN）、结构计算风速35 m/s计算不同工况下的支柱容量。

以曲线半径800 m、跨距65 m 为例计算：

根据计算结果可知，H38 型横腹杆式预应力混凝土支柱荷载见表2。

表2 支柱容量计算表kN·m

根据支柱容量校验计算结果，将更换接触线范围内车站区间转换柱、咽喉区道岔柱、曲线半径及跨距组合不能满足容量需求的中间柱、道岔柱H38 型支柱更换为H93/9.2 支柱。

4 防护措施

承力索在承力索座、悬吊滑轮等处悬吊固定时，采用Q/CR 608E（HX3）-2017 型预绞式护线条防护。

上跨建（构）筑物（桥、隧、明洞、站房、雨棚等）下方的承力索加装TJ/GD021—2016《电气化铁路接触网用预绞式铠装护线条暂行技术条件》中B 型预绞式铠装防护条。一般情况下以防护点断面为基准，向两侧延长，采用内2 m 外3 m 设置，共计5 m；特殊情况（如低净空、新建上跨桥施工等）可结合实际，以断面为基准向外延伸5 m、上跨建（构）筑物下贯通形式进行安装。

开挖基坑时，坑边不得放置重物或工具，随时注意坑壁的稳定情况，如有变化，及时加强防护措施。每处不得少于2 人，坑内有人作业时，坑上必须有人防护，列车通过时，坑内不得有人。在站内或有行人的地点挖坑时，应采取防止人畜坠落的安全措施[5]。

基坑开挖时，应做好防护工作，防止基坑开挖污染道砟。

既有线支柱附近基坑开挖时，应做好既有线支柱防护工作，防止支柱倾斜等事故的发生而影响行车。

立杆、腕臂装配、放线等严格使用符合规定的接触网作业车，避免施工人员踩踏接触线、承力索等；上部施工时注意空中高压电线，确保供电线路和人身安全。

本段接触网工程在既有线上进行，施工中应严格遵守《铁路技术管理规程》《铁路建设工程安全生产管理办法》《铁路通信、信号、电力、电力牵引供电施工安全技术规程》《铁路工务安全规则》《铁路营业线施工安全管理办法》《接触网安全工作规程》《接触网运行检修规程》《高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》等相关文件要求，确保人身、设备和行车安全。

5 施工过渡设计原则

过渡遵循如下原则：需结合具体的施工组织方案充分利用既有设备，尽量做到永临结合，减少废弃工程。过渡方案方便施工及运营，最大限度地缩短停电时间。结合承力索线材更换，制定过渡方案，过渡方案应确保列车安全可靠运行。更换工作应安排在天窗时间内完成，并按照相关规定做好防护工作。过渡方案方便施工及运营，最大限度地缩短停电时间。

6 指导性换线方案

6.1 承力索更换工艺流程

更换整锚段承力索应注意三点，一是更换整锚段接触线时，新承力索的架设有起锚、落锚作业；二是更换整锚段接触线时，在锚段关节内需对新承力索地行穿线；三是涉及中心锚结的拆卸、重新安装及调整。具体工艺流程如图2 所示。

图2 承力索更换工艺流程

6.2 承力索更换指导性方案

施工前准备，将所需要的工具、材料及零器件摆放到位，梯车、轨道车等待命。线路封锁，停电命令下达后，起锚，放线，每个悬挂点用放线滑轮进行固定，落锚。落锚完成后，进行新旧承力索倒换，布吊弦、倒吊弦，同时拆除旧吊弦，将导高调至标准。将锚柱新承力索倒入补偿，完成吊弦倒接及新承力索中心锚结、接触线中心锚结安装工作后，拆除既有承力索，调整导高，保证通车。

7 结束语

承力索作为接触网系统重要组成部分，提高了接触线的稳定性，减小接触线弛度，改善接触悬挂的弹性。电气化铁路承力索运营环境复杂，且无备用设备；因此对承力索在可靠性、安全性能要求严格。承力索出现锈蚀、烧伤情况后，线材拉断力、抗拉强度严重下降，存在严重安全隐患，需及时更换，保证运行安全。本文对电气化铁路承力索改造具有一定的指导意义。