（电气工程专业论文）高速电气化铁路接触网施工技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 接触网是电气化铁路牵引供电系统中唯一的无备用供电设备，其 运营状态的好坏直接关系到电气化铁路的运营安全和经济效益，特别 是高速接触网的性能好坏，不仅涉及到运营安全，而且还涉及到受电 弓网的取流质量。弓网关系己成为制约高速电气化铁路发展的一个重 要因素。 影响弓网关系的因素很多，接触网施工技术和施工工艺就是其中的 一个重要因素。高速接触网的施工与常速接触网的施工，在技术和要求 上均有许多不同之处，国内外高速电气化铁路的建设经验和运行维护经 验都表明：要保证高速弓网系统的安全可靠和经济运行，除在弓网系统 设计时选用高质量、高性能的受电弓和高速运行指标优异的接触网，并 保证二者具有良好的匹配外，还必须针对不同形式的高速弓网系统找出 接触网在施工过程中的主要技术控制点，并进行广泛、深入细致的研究， 掌握其施工的关键技术，确保施工质量，消除因施工对弓网系统造成的 附加干扰。 本文结合我国电气化接触网的施工情况和自身工作实践，对我国高 速电气化铁路接触网施工中存在的问题、施工控制点、施工中的关键性 技术进行了初步地系统地研究，重点探讨了高速电气化铁路接触网的施 工定测技术、基础施工与支柱安装技术、支持结构计算及装配技术、恒 张力架线技术、整体吊弦施工技术、组合定位装置施工技术、刚性接触 网施工技术、接触导线高度偏差控制，提出了许多符合高速接触网施工 特点的新技术和新观点，为进一步研究高速接触网施工技术打下了一个 良好的基础。 关键词：高速铁路；接触网；施工技术； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | 页 a b s t r a c t o v e r h e a dc o n t a c ts y s t t e m ( 0 c s ) i st h eo n l yp a r to ft h et r a c t i o n p o w e rs u p p l ys y s t e ，w h i c hh a sn os p a r ep a r t s c o n s e q u e n t l y ， t h e w o r k i n gs t a t eo fi t i sv i t a lt ot h es a f e t ya n de c o n o m i cb e n e f i t o ft h ee l e c t r i c a lr a i l w a y ，e s p e c i a l l yt h a to ft h eh i g h s p e e do c s ， w h i c ha f f e c t sb o t ht h es a f e t yo fr a i l w a ya n dt h eq u a l i t yo fc u r r e n t c 0 1 l e c t i o nb e t w e e np a n t o g r a p ha n do v e r h e a dc o n t a c tl i n e t h e i n t e r a c t i o nb e t w e e np a n t o g r 8 p ha n do v e r h e a dc o n t a c t1 i n eh a s b e c o m eo n eo ft h es h a c k l e st h a tc o n f i n et h e d e v e l o p m e n to f h i g h s p e e de l e c t r i c a lr a i l w a y c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dc o n s t r u c t i o na r to f0 c si sa m o n g m a n yf a c t o r st h a t h a v ei n f l u e n c eo nt h ei n t e r a c t i o 力b e t w e e no c s a n dp a n t o g r a p h t h e r ea r em a n yd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et e c h n o l o g y a n da c q u i r e m e n t so fn o r m a 卜s p e e da n dh i g h s p e e do c sc o n s t r u c t i o n w ec a ns e et h o s ef r o mt h ec o n s t r u c t i o n ， r u n n i n ga n dm a i n t e n a n c e e x p e r i e n c e so fm a n ya b r o a dc o u n t r i e sw h i c hh a v ea d v a n t a g e si n h i g h s p e e do c s ：t oe n s u r et h es a f e t ya n de c o n o m i cb e n e f i to fh i g h s p e e d0 c s ， e x c e p tf o rf in d i n gh i g h q u a lit ya n dhi g h p e r f o r m a n c e p a n t o g r a p ha n d0 c s ，a d d i t i o n a la t t e n t i o ns h o u l db ee m d h a s i z e do n t h ek e yt e c h n o l o g yo fo c sc o n s t r u c t i o n ，w h i c hw i l lb eu s e f u lf o r e n s u r i n gg o o dc o n s t r u c t i o nq u a l i t ya n d e l i 珊i n a t i n ge x t r a i n t e r f e r e n c e a f t e rr e a d i n gm a n ys p e c i a l i z e dm a t e r i a l s ，t h ea u t h o rp r e s e n t s t h ep r o b l e m se x i s t si nc o n t e m p o r a r yc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ，a n d g i v e sae l e m e n t a r ya n a l y s i s0 ni t t h e nt h ea u t h o rd u t sh i s 西南交通大学硕士研究生学位论文第| | i 页 e m p h a s i so nt h et e c h n 0 1 0 9 yo ff h p o i n tm e a s u r e m e n t ， f o u n d a t i o n i n s t a l l a t i o n ， 皿a s t se r e c t i o n ， p o l es t r u c t u r ec a l c u l a t i o n ， p o l e a s s e m b l y ，f i x e d t e n s i o nc o n d u c t o ri n s t a l l a t i o n ，a s s e m b l ed r o p p e r i n s t a l l a t i o n ， c o m b i n e d r e g i s t r a t i o n i n s t a l l a t i o n ， r i g i d s u s p e n s i o ni n s t a l l a t i o na n ds u s p e n s i o nh e i g h td e v i a t i o nc o n t r 0 1 f i n a l l y ， t h ea u t h o re x p o u n d sn e wt e c h n o i o g ya n di d e a sf o ro c s c o n s t r u c t i o n ，w h i c hw i l lp r o v i d eag o o df o u n d a t i o nf o rl a t eo c s c o n s t r u c t j o n k e yw o r d s ：h i g h s p e e dr a i l w a y ；c a t e n a r ys y s t e m ；c o n 8 t r u c t i o nt e c h i q u e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章高速接触网的施工现状及存在问题 1 1国外高速接触网的施工现状 接触网施工的主要内容有：下部工程和上部工程，下部工程包括支柱与 基础，上部工程包括支持结构的安装、线索架设、悬挂调整等内容，从德国、 日本、法国等高速电气化先进国家来看，接触网施工的专业化、机械化、标 准化程度都很高，下面对此做一简要介绍。 1 1 1 支柱与基础 德国接触网的下部工程( 包括支柱、拉线、基础及电缆沟槽等) 由同一 个单位总承包，在铺轨前完成。支柱多为混凝土圆柱，下锚拉线的固定采用 混凝土基础而不采用锚板。钢柱采用带基础螺栓的混凝土基础。将桥梁处的 钢柱基础及下锚拉线基础与桥梁上的混凝土制作成为一整体。当支柱位于地 下水位较高的地方时，则采用大截面无阶梯形混凝土基础和钢柱，基础坑开 挖采用液压抓斗式挖土机。 根据土质情况，将桩基设计为钻孔桩基或打桩桩基，钻孔桩基适用于土 壤承压力在o 4 0 n 所以下的土质。打入式桩基可分为：采用钢管桩， 桩上的混凝土顶帽配有标准的地脚螺栓，可安装带有法兰盘的各类钢柱： 套在打入式钢管桩基础上的混凝土支柱；插入打入式钢管桩的混凝土支柱。 桩基一般由基础工程公司用打桩机根据支柱型号、支柱受力情况、钢管 规格及其埋入地下深度的不同进行施工。桩锤打击重量有5 0 0 培和1 2 0 0 堙 两种，分别适用于一般腕臂柱和锚柱施工，桩基施工控制表必须交一份给监 理工程师。打桩施工时，必须用桩套套住钢管，打桩机打在该桩套上后，再 将力传到钢管下面的工字形钢桩上，而不允许直接打在钢管上。每台打桩机 每小时约可打桩1 0 个。混凝土浇注采用混凝土搅拌运输车，车辆上有长达数 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 十米的皮管，可停在浇注基础的1 0 ，l 以外实行遥控浇注，采用电动机械捣固， 基础模型一般为钢模。混凝土支柱为非等径圆杆，支柱上有腕臂底座的预留 孔。在支柱距地面约伽处有一灰浆灌注孔，该支柱采用套装方法套插在钢管 上。圆杆整正时，通过汽车吊液压吊臂上的卡箍卡住支柱，用经纬仪测量支 柱状态。支柱校正好后用速凝灰浆灌注并连接桩基。这种速凝灰浆凝固时间 仅为1 0 m i n 。 与德国高速接触网施工不同，法国高速接触网工程的所有工序都是在铺 轨后进行。与传统的接触网施工相同，法国高速接触网大量采用横截面为工 字形的宽翼镀锌钢柱。采用机械化掘凿工法开挖基坑，掘凿机械放置在轨道 车辆平台上。在大西洋高速线上，相当一部分钢柱基础开挖采用的是一种可 在除粘土外的很硬地质地带工作的新式机械，它包括l 台空压机、1 台机械 挖坑机、动力机组、钻杆和压缩空气锤，机械设备安装在一辆平车上，压缩 空气锤可边敲击边转动，其活塞打在一个钢钎上，冲击面下部装有碳化钨钎 头。驱动汽锤的压缩空气还用于挖坑时排出土方，弃土时采取了防止污染道 床措施，弃土被装到平板车上运走。此工法在硬岩石地质地带挖1 个基坑平 均仅约1 5 m i 。一般土质地带钢柱基础坑开挖则按传统方法采用钻式挖坑机 钻出庐7 5 0 卅肼2 0 0 0 一2 5 0 q m m 圆柱形孔，钻头按土质状况选用。拉线锚固在 棱形混凝土基础里，基础内有一截短钢轨，它通过连接部件与拉线连接。 钢柱连同柱上的正馈线肩架( 立杆前先安装该肩架) 用轨道安装列车吊 入坑内后迅速整正固定，整正时不利用运行线路的钢轨。基础浇制用轨行式 混凝土搅拌运输车。混凝土用电动机械捣固。 1 1 2 腕臂安装 为避免一支接触悬挂的振动波及其他接触悬挂，德国高速接触网不采用 软横跨，只采用腕臂结构。直线地段的承力索与接触线在同一垂直面内；结 构高度1 8 埘；腕臂的上下底座均与混凝土支柱预留孔相连接；因支柱总是位 于电缆槽外，支柱设计侧面限界达3 6 5 帆。腕臂由设计部门用电脑计算，然 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 后交工厂进行腕臂预配。腕臂安装采用机械化施工并在铺轨后进行。施工现 场紧固件安装工具主要是套简扳手。 德国等国家在支柱装配安装、承力索和接触线架线、接触悬挂调整等工 序进行体化施工安装，可组成作业车组，也可分别作业，1 号作业车负责 支柱装配安装；2 号车起锚，承导同时放线；3 号车设有放线导轮，安装临时 吊弦、弹性吊索、承力索中心锚结和落锚；3 号车和4 号车进行悬挂调整。 1 1 3 承力索和接触线架设 高速接触网对承力索架设和接触线架设的机具和工艺要求较高，德国、 法国、瑞典、奥地利等国均采用性能先进的架线车组，实现恒张力放线，即 无论车组处于起动、行走、停止和退行，预先设定的放线张力与速度无关。 架线车组的行驶速度为2 1 0 七m 。控制张力可达到设计额定张力( 如德国 r e 3 3 0 的接触线设计额定张力达2 7 之) 。恒张力放线装置用电脑控制，避免 在架设接触线时可能出现的硬弯、扭面等缺陷：承力索架线时，可立即放入 承力索座内。接触线架设时，用定位器钩吊挂。承力索架设和接触线架设完 毕后利用架线车的张力轮进行落锚，且考虑新线初伸长后，坠陀高度可一次 到位。 采用这些架线车组的施工工艺主要特点如下： 1 可预设架线时架线车组的行驶速度和线索张力； 2 作业人员在作业平台上可控制车组以小于1 0 拥 的低速行走和停 车。此时车组行走的动力是由安装作业车的液力马达提供； 3 可避免接触线架设时产生的硬点和扭转等严重缺陷； 4 架线车组想退回某处进行处理时，可收卷刚放的新线，退回该处进 行作业。 由德国w i n d h o f f 公司生产提供给韩国高速铁路建设的一组架线车组还 有如下特点：线盘由微机控制自动地横向移动，使线索在线盘处不形成折线， 导线不产生硬弯。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 1 4 新线初伸长的处理 承力索、接触线均非完全弹性体，因此架设后会产生永久性伸长，即初 伸长。新线初伸长的大小与其自身结构、起始弹性系数、外加荷重大小及加 荷延续时间有关。 新线初伸长会给接触悬挂质量或者说是弓网关系带来不利影响。其影响 程度随车速的提高而增大，德、法、日等国在高速铁道接触网施工时采取不 同的施工工艺来克服新线初伸长。 1 、法国超拉工艺 对时速2 0 0 拥的普通干线接触网( 承力索为6 5 啪m 2 青铜线，接触线采用 1 0 7 m 卅2 硬拉铜线) ，设计额定张力为1 2 七，接触线设计额定拉应力约为 1 1 2 肌肌2 ，采用1 2 5 倍额定张力超拉，超拉张力为1 5 七v ，超拉应力约为 1 4 0 埘m 2 。持续时间7 2 h 。法国第一条高速新线东南线施工中，接触 线超拉也采用的上述方法。 2 、德国额定张力下预拉工艺 在德国，r e 2 5 0 和r e 3 3 0 高速新线和r e 2 0 0 电化改造的接触网施工中， 承力索和接触线的新线初伸长均是在其额定张力下放置一段时问来克服的。 表卜l 额定张力下的预拉工艺表 悬挂类型承力索额定张力( k n )接触线额定张力( k n )预张拉时间( 同) r e 2 0 01 01 04 6 r e 2 5 01 51 5 4 6 r e 3 3 02 l2 7 6 8 3 、日本“预超拉工法” 日本在电气设施设计施工标准中规定：“正线以及与正线交叉的接 触线和承力索要进行预张拉，除此以外的接触网也尽量施以预超拉”。 日本对承力索、辅助承力索和接触线均进行超拉，以克服新线的初伸长。 根据线材型号，额定张力等因素确定超拉张力和超拉时间。超拉采用架线车 上的紧线装置，在接触线上串接张力计。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 1 5 吊弦及定位装置的安装 吊弦长度由计算部门负责吊弦长度计算，吊弦预配则在工厂进行。个别 与接触线高度不匹配的吊弦要更换时，在工地现场用手动压接钳制作。 吊弦及定位装置的安装一般用带刹车装置的梯车进行，吊弦安装前从中 心锚结分别向两侧推进。具体步骤是：定位中锚柱处的接触线一安装中锚柱 两侧跨距的吊弦一安装接触线中心锚结绳一采用专用拉力计安装中锚柱处 弹性吊索一依次安装下一个支柱处的定位器、吊弦、弹性吊弦，直至五跨锚 段关节的转换柱处。 定位器采用安装高度可调式定位器。其安装时预留温度偏移值。 1 1 6 静动态检测与验收交接 德国在接触网工程竣工后，先进行临时验收。临时验收期间要用带静态 检测设备的车辆连续测量接触线的静态位置及静态抬升量。 接触线静态位置测量时测量受电弓的抬升力为5 ，8 ，运行速度为 1 5 2 0 枷 。接触线静态抬升量测量时，车辆行驶速度为3 0 4 0 幻l ，测 量弓的抬升力：r e 2 5 0 为1 0 0 n ，r e 3 3 0 为1 2 0 n 。测量结果通过电脑打印输出 接触线位置曲线图。从图上可以知道接触线上哪些点超过允许偏差。克服缺 点后，这些个别点的测量采用光学测量仪或测量十字架进行复测。临时验收 后，接触网送电开通试运行。试运行时间由业主与施工单位共同商定，一般 不超过3 个月。试运行期间，接触网检测车以线路最高允许速度对接触网进 行动态特性检测。检测数据以电脑打印的一系列曲线图表的形式形象直观地 反映弓网关系。这些数据主要有；检测车运行速度、接触线动态位置( 高度 及拉出值) 、动态接触压力变化曲线、特殊标识( 如桥、中锚、锚段关节) 等。 通过接触压力变化曲线中的峰值与最大允许值的比较，可以找出接触网缺陷 点。这些缺陷点被电脑逐个单独打印出来，以供调整。试运行结束后对接触 网工程进行正式验收和交接。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 2 国内高速接触网的施工现状 广深线和秦沈客运专线是由我国自行设计、施工的准高速和高速电气化 铁路，其接触网施工有以下特点。 1 2 1 支柱基础的安装与整正 秦沈线接触网基础施工是与站前专业线路、桥梁一并进行的。接触网立 杆前，对螺栓位置不合适的基础进行了复验；对侧面限界偏差大于1 0 0 聊”的 基础采取了整体移位，保证工程质量。 支柱采用具有无受力方向，风压小，安装零配件通用性好、互换性好的 等径预应力高强度混凝土支柱，安装时先清坑测坑高。在未铺线路区段利用 站前马道运杆至坑位，用汽车吊吊立支柱；在己铺线路区段利用安装列车安 装支柱，杯基支柱吊立后先用木楔固定，整正采用新开发的不利用轨道固定 的四腿螺旋支柱整杆器。支柱埋深采用水准仪测量，施工偏差5 0 m 历。侧 面限界，施工偏差0 1 0 0 m m 。支柱倾斜采用经纬仪测量，埋深及倾斜均严 格控制在允许范围内。回填按设计要求的c 2 0 混凝土回填，在回填强度达到 7 0 时取掉木楔，用c 2 0 混凝土封口。 支柱顺线路方向均中心直立，施工偏差3 0 卅小；锚柱柱顶向拉线侧倾 斜3 0 拧珊：蓝外及直线臃臂柱横线路方向向受力反侧倾斜o 4 0 挢m ；中心锚 结，曲线内侧及转换柱中心直立，施工偏差3 0 挣黼；同一组硬横跨杯基支柱， 先回填一侧，另一侧在安装硬横梁时调整后再回填。法兰盘混凝上支柱、硬 横跨支柱，桥钢柱，在安装前，先复核预埋基础螺栓限界及相互间距再安装， 整正同杯基支柱，达标后，对角循环将螺母拧紧。同一级硬横跨柱先复测两 基础间距，根据复测结果，先整正一侧支柱，另一侧预带螺帽，在安装硬横 梁后，再调整安装达标。 1 2 2 硬横跨和吊柱安装 硬横跨采用安装列车一次吊装，安装精度要求高。节点采用螺检连接， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 横梁各梁段及与支柱连接应密贴牢靠，连接螺栓用力矩扳手检测，安装高度 应精确测量。 吊柱安装采用接触网上部安装作业车，作业车的转动作业平台不得侵入 邻线建筑限界，吊柱垂直度利用经纬仪测量，施工偏差不得大于1 0 。吊柱安 装后，在任何情况下不得侵入建筑限界。 1 2 3 腕臂和定位器安装 腕臂安装采用“四化一到位”的施工方法：计算微机化、预配工厂化、 安装机械化、测量科学化，施工按设计标准一次到位。 接触网施工的基准点( 轨面标高和线路中心线) 是保证支柱装配质量的 关键。应随时了解线路施工情况，按施规要求与站前施工单位共同确定 线路中心线和轨面标高，作为上部施工基准点。 硬横跨安装后，根据复测的线路参数安装吊柱及腕臂，保证区间与站场 同步架设承力索和接触线。 为保证测量精度，用经纬仪测量支柱倾斜率，用高精度激光测距仪测量 支柱侧面限界和底座安装位置，严格控制测量偏差。 根据现场实测的原始数据，经微机计算处理，自动生成“腕臂预配表。 为控制腕臂预配加工偏差，在现场料库设预配间，根据腕臂预配表提供 的数据，把腕臂的各部分零件在腕臂预配专用平台上组装，组装时考虑棒式 绝缘子制造长度等各种偏差。腕臂预配时，先全面核实检查各部分尺寸是否 满足设计要求，后使用扭力扳手检测。这样就把高空作业放在地面预配车间 完成。腕臂预配好后对腕臂进行标识，使用作业车对号入座进行机械化安装。 定位装置是弓网受流的关键部件，其安装质量直接影响接触网的安全运 行。定位装置的施工关键有4 个因素，即定位支座的安装高度、拉出值、限 位间隙和定位器的允许抬升值。 定位装置安装前应按设计规定调整定位管的斜率，以保证定位管与定位 器的夹角或定位器的抬升量。可调定位支座一般安置在中间位置1 7 4 掰胁处。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 特殊支柱装配可控制在1 3 0 2 1 0 m m 的范围内。定位器的限位间隙应严格按 照定位器型号和拉出值选取对应的d 值。拉出值采用接触网多功能激光测量 仪检测，螺栓紧固力矩用力矩扳手检测。安装基本完成后用定位器坡度测量 尺进行坡度较核，检查定位器的允许抬升量是否符合要求。 1 2 4 承力索与接触线架设和超拉 承力索、接触线按设计锚段长度，由生产厂家配盘供应。架设时配盘对 号入座，无接头，克服了高速列车行驶时接头处产生的硬点，保证弓网受流 质量，延长了使用寿命。为保证导线平直和良好的弓网受流质量，承力索、 接触线架设利用法国吉斯玛恒张力架线车采用恒张力架设。 为保证接触悬挂调整一次到位，符合设计要求，必须对承力索、接触线 进行超拉，消除新线初伸长。超拉采用坠陀加重超拉或额定张力超拉方法。 1 2 5 整体吊弦安装 接触线高度是否标准，吊弦长度是关键。载流吊弦测量、计算、预配、 安装执行4 个一次到位的国家级工法。在承力索、接触线超拉完成后，精确 测量悬挂点承力索高度，钢尺测量跨距长度。计算人员根据测量数据，利用 开发的悬挂系统计算软件，经计算处理，自动生成“吊弦预配表”。依据该表 利用专用操作平台进行预制和复检。严格控制预配偏差，复检达标后，予以 标示，分锚段跨距成捆，安装人员进行施工安装。吊弦间距采用吊弦间距测 量仪按设计布置图测量。安装人员利用接触网上部安装作业车安装，并严格 控制吊弦位置偏差，螺栓紧固力矩采用力矩扳手检测。安装时严禁踩踏导线 和给导线施加外力，线夹一次安装到位，以免产生硬点影响弓网受流质量。 1 2 6 受电弓动态包络线检查及动静态施工检测 利用受电弓动态包络线检查尺( 该尺按照设计给定的受电弓最大抬升量 和左右摆动量制作，直线和曲线均显示在一个检测尺上，一半是直线受电弓 动态包络线轮廓，另一半是曲线受电弓动态包络线轮廓，检查尺标明拉出值) 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 检查受电弓动态包络线，检测作业在接触网作业车上进行。 工程竣工后，接触网检测车进行静态检测。用接触式和非接触式2 种方 式测量接触网的几何尺寸，包括接触线的高度、拉出值、硬点、接触线振幅 及弛度、受电弓与接触线的接触压力等，在检测的同时打印出接触网上述参 数的波形图。接触网检测车以4 0 m 的速度进行冷滑检测，近似于静态数 据，对接触线高度、拉出值、硬点给出超限值，施工单位参照检测结果进行 针对性克服缺点。最后接触网检测车以8 0 砌1 l 进行冷滑检测，取得最终检 测数据。 1 2 7 交叉线岔的安装和调整 交叉线岔的施工安装和施工工序按以下步骤进行： 检查一调腕臂一调承力索一调整拉出值、导高一检查安装交叉吊弦一 安装线岔一检查始触区一模拟冷滑。 1 ，3 高速接触网施工中存在的问题 随着电气化铁路的不断发展，我国在学习和引进国外新技术、新材料、 新结构的同时，广大工程技术人员也自主研发了许多接触网新金具和新设各， 随着新技术、新材料、新工艺的不断更新，传统的施工方法和手段已不能满 足要求，主要表现为施工队伍的技术素质和旌工技术两大方面滞后。 1 3 1 施工队伍存在的问题 1 施工人员的整体技术素质偏低 上前从事接触网工程施工的队伍中，除少数工程技术人员和管理人员具 有大专以上学历外，一线工作的大多数越工人员都是些没有受过专业教育的 普通工人或民工，其文化素质、专业技能和技术水平相对较差。 2 技术装配落后 目前，国内各施工单位的技术装配与高速铁路发达国家相比，其施工设 备功能不强、性能不高、新度系数偏低：施工设备综合性能低，笨重。检测 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 手段和检测设备的精确度不够。 1 3 2 施工标准和工艺存在的问题 1 施工技术及工艺滞后 从全国范围来看，目前我国除少数施工单位外，大多数施工单位的施工 工艺和施工技术还停留在上世纪九十年代初的水平，很难适应目前高速接触 网的施工要求。 2 施工的技术标准不协调 接触网的施工与路基、轨道的施工技术标准不协调，接触网一般是以轨 面标高作为施工基准点的，而轨道旌工的允许偏差较大，导至接触网工程施 工质量难以满足技术要求。 3 技术规范和操作规范不够完善 我国目前还没有一部高速电气化铁路的施工标准，每一条线路的施工技 术要求除参照国外相应线路制定外，没有更多的通用性和标准化。 我国目前也没有一套高速接触网的施工操作规范，除个别施工单位具有 较为系统的施工工艺手册外，大部分施工单位或施工队伍在旋工时的随意性 较大，应及时完善我国高速电气化接触网的标准化操作规范。 1 3 3 施工技术应重点解决的问题 由于高速接触网的技术要求较高，为了保证施工的精确度，必须在施工 前对相关的施工参数进行准确的参数计算，对装配结构进行预装配工作，在 高速接触网施工中应实现施工作业工厂化、标准化，简单现场作业内容，缩 短现场作业时间，要实现以上目标，应重点研究和解决以下几项内容： 1 开发和研制新型测量仪器设备，提高施工定测技术的准确度和精度； 2 重视基础工程的施工，消除因基础位移或偏斜对接触网的影响； 3 研究和完善支持装配计算及安装调整计算，提高支持结构的调整速度 和精确度： 4 研究和完善软硬横跨的安装调整及其计算，提高软横跨的调整速度和 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 精确度； 5 研究和完善整体吊弦预制及施工技术，将因整体吊弦长度引起的接触 线高度和弛度变化控制在最小范围内： 6 研究和完善高速接触网线岔布置技术，消除线岔处的硬点： 7 积极研究恒张力放线的技术特点和施工工艺； 8 积极研究组合定位装置施工技术； 9 积极研究接触线高度偏差的控制技术。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第2 章高速电气化接触网施工控制点及其施工技术 2 1 高速电气化接触网的施工控制点 高速电气化铁路与常速铁路接触网工程在建设程序、内容、应遵循的技 术规范、标准等方面都有较大的差别。常速铁路接触网工程包括既有线改扩 建和新建工程，一般是在既有轨道线路或新建轨道线路已稳定的情况下再进 行接触网施工，其悬挂高度、拉出值都是以现状轨道的中心线和轨道标高为 基准，而高速电气化铁路接触网工程一般都是与路基、轨道工程同步施工， 其悬挂高度、拉出值都是以线路的基准中心线和基准标高( 设计位置值) 为 准，而不以现状轨道的中心线和标高为基准，并不考虑轨道工程的施工误差， 因此必须对线路中心线、基准标高进行定测。这就是两者之间的本质差别。 基于以上的差别，高速接触网和常速接触网的施工控制点也有所不同， 高速接触网的施工控制点主要表现在以下诸个方面： 1 、施工定测的精度和准确度； 2 、基础工程； 3 、支持结构和接触悬挂的安装调整； 4 、整体吊弦的预制计算与施工工艺； 5 、道岔区上空接触网线岔的布置； 6 、恒张力放线的张力变化及放线速度； 7 、接触线高度的偏差控制。 以上诸个方面涉及接触网的稳定性、弹性均匀性和弓网振动情况，下面各 节就以上内容作出初步研究。 2 2 施工定测 施工定测是指施工单位在接触网工程开工前，按照有关旖工实际文件要 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 求对线路中心线、基准标高、接触网纵向跨距和横向位置进行复核、定位的 测量。 由于高速接触网工程与常速接触网工程在建设程序、内容、应遵循的技 术规范、标准等方面都有较大的差别，因而其施工定测也有差别。常速接触 网工程是以现状轨道的中心线和轨道标高为基准，因此一般不对线路中心线、 基准标高进行定测；而高速电气化铁路接触网一般都是与路基、轨道工程同 步施工，必须对线路中心线、基准标高进行定测。 在高速电气化铁路工程招标时，业主就已明确接触网基础工程是划入土 建标或是电气化标。划入土建标的，接触网基础工程由土建单位负责施工； 划入电气化标，接触网基础工程由电气施工单位负责施工。 当接触网基础工程由土建单位负责施工时，其基础位置由土建单位按照 接触网专业的技术要求和相关规定进行定测和施工，电气化施工单位只对已 施工的基础位置进行复核测量、确认。复核测量时请土建单位进行交桩配合， 根据设计文件确定的起测点按图复核基础平面布置和标高即可，发现不满足 设计文件要求或不符合施工规范规定的情况，向业主提报复核资料，由土建 单位负责处理。 当接触网基础施工由电气化施工单位直接负责施工时，其基础位置由电 气化施工单位负责定测。在这种方式下，铁路路基、桥梁、隧道工程一般业 已完工，其定测的方法与前述方法有较大的区别。定测时有路基、桥梁、隧 道施工单位进行交桩，以确定线路的设计中心线、基准标高、起测点等，再 根据接触网工程平面图和相关技术规范、标准的规定，采用全站仪、经纬仪、 水准仪等光学精密仪器进行逐点测量、定位，并按规定予以标识。 特别注意的是，不论轨道工程是否已经铺轨或整道，都不能以其现状的 线路中心和轨道标高作为接触网工程定测和检查验收的依据，而必须统一到 所有专业都共同遵循的设计线路中心和基准标高上来。 2 。3 基础施工 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 3 1 基坑开挖 1 基坑定位及坑口尺寸的确定 1 ) 基坑定位 基坑位置应根据纵向测量时标注在钢轨腰上的支柱号、侧面限界、支柱 类型及顺线路方向支柱中心位置来确定。当必须纵向移动坑位时，可按设计 跨距的允许误差+ 1 m 、2 m 进行调整，调整后的跨距不得大于设计允许最大 跨距。 调整软( 硬) 横跨基坑位置时，同一组软( 硬) 横跨支柱基坑应相应位移。道 岔标准定位支柱基坑位置应符合设计要求。 确定基坑位置的具体方法如下： ( 1 ) 确定坑口的中心线。根据钢轨腰上的测量标记，用测量绳或线坠对准 该组软横跨两支柱位置标记中心，在基础位置的后侧钉一个木桩( 辅助桩) ， 作为挖坑时随时检验坑口方向的依据。 ( 2 ) 确定坑口内缘位置。 ( 3 ) 确定坑口外缘位置及坑口宽度。 ( 4 ) 用镐头或木桩作出坑口的外型线，并复核坑口是否扭斜，同一组软横 跨两基础坑中心连线是否有误差。 应指出，这样测量确定基坑坑口没有考虑就地灌注时基础结构加大尺寸， 根据就地灌注基础的要求，就地灌注基础的基坑每边应加大1 0 3 0 m m 。 2 基坑尺寸 各种类型支柱基坑坑口尺寸应能满足立杆、整杆要求。钢柱基础采用就 地灌注时，基础坑各部尺寸不得小于基础外形尺寸；当采用支模板灌注基础 时，基坑尺寸应考虑支模、拆模的活动余地。 坑深应符合规定要求： ( 1 ) 对于混凝土支柱坑，坑深为线路中心线标高面至坑底的垂直距离。 其坑深为支柱规定埋深与线路上部建筑高度( 没有底板再加底板厚度) 之和； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 线路上部建筑高度因线路等级不同而异，一般考虑8 0 0m m 。当支柱位 于站台上时，坑深为站台面至坑底的垂直距离。其坑深为支柱规定埋深与底 板厚度之和。 ( 2 ) 对于钢柱基础坑，坑深应根据选定的基础标高和基础尺寸计算确定， 即 h = + 十d( 2 一1 ) 式( 2 1 ) 中，h 表示钢柱基础坑坑深； 表示基础高度；幽表示基础面 距轨面距离( 基础标高值) ：d 表示垫层厚度。 坑深的施工允许误差为1 0 0 m m 。 3 基坑开挖方法 目前、我国接触网支柱的基坑开挖作业大多以人工开挖为主，人工开挖 具有施工方便、不需占用线路、施工工具简单、成本低的优点。但这种施工 方法显然不适合高速电气化铁路接触网工程开挖。 根据高速电气化铁路路基的特点，要求在接触网基坑开挖时必须确保路 基的密实度不受破坏，且所开挖的基坑形状应规则，技术尺度应满足设计要 求。为满足上述要求，高速接触网的基坑开挖可采用以下方法： 1 ) 切割开挖法 对于基础设计图外形为方型的接触网基础，可采用切割开挖法。该方法 主要是利用有高强度切割功能的机具，沿着接触网基础图的外型尺寸线进行 切割，并辅以稿、锹、铲等工具对尺寸线以内的路基土方进行开挖，确保形 成的基坑规范，坑壁平整，不破坏路基。 2 ) 钻孔开挖法 对于基础设计图外形为圆型的接触网基础，可采用钻孔开挖法。该方法 主要是利用高强度旋转钻孔机具，沿着接触网基础图的外型尺寸线进行钻孔 开挖，确保形成的基坑规范，坑壁平整，不破坏路基。 3 ) 控制爆破法 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 对于地质坚硬的石质基坑，可采用控制爆破法。控制爆破法也称安全爆 破法，它是根据岩石的强度、基坑爆破要求，通过计算来确定炮眼位置、炮 眼深度、装药量及装药方式而达到预期效果的爆破方法。控制爆破法与一船 爆破方法的区别在于避免了炸药的过于集中，而采取了群炮的方式将药量分 散，以达到对振动、飞石和响音的控制。控制爆破法应做到：无飞石、声音 小、振动小，不因爆破而损坏铁路线而影响行车不损伤临近设施，坑内岩 石松动、拱起并粉碎，易于清除，基坑成型好。 2 3 2 基础浇制 钢柱基础是由地脚螺栓与混凝土组成的一个整体接触网钢柱通过地脚 螺栓固定在基础顶面上。浇制基础主要是浇注基础混凝土。 钢柱基础采用现场浇制，普遍采用的施工方法是原始胎模直接浇注法。 浇注基础作业主要包括；混凝土的拌合、灌注与捣固。基础浇注前必须充分 做好准备工作，其主要包括：劳动组织、工具及材料的准备( 具体包括：模型 板材料及安装模型板使用的工具具与材料、人工拌合混凝土、搭作业平台、 用料和拌合与灌注混凝土施工工具、水源与电源及混凝土材料的准备等1 、地 下设施的保护及安装模型板。 浇制基础的质量要求： 1 基础的顶面标高应符合标准。 2 基础外形尺寸及螺栓位置应符合设计要求，允许施工偏差见表2 1 。 表2 一l 基础施工允许偏差表 序号项目施工允许偏差( m m ) l 基础横断面 一2 0 2 混凝土保护层 一1 0 3 螺栓位置( 各向) 2 4 螺栓外露长度 2 0 3 基础浇注的同时必须按规定制做混凝土试块，强度试验时，同批试块 极限强度的平均值不得低于设计标号，任意一组试块的强度值不得低于设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 标号的8 5 。同批试块中低于设计标号的试块组数：当试块为3 5 组时， 不得多于1 组；当试块为6 1 6 组时，不得多于2 组。 4 基础外表不应有蜂窝和麻面。 5 基础不扭斜，软横跨两基础中心连线应垂直于站场正线，偏差不超过3 。 2 3 3 膨胀土地段支柱基础的处理 由于膨胀土会随气温的变化而发生膨胀或收缩，如果将基础置于活动膨 胀土中，会严重影响接触网的稳定性和安全，为消除膨胀土的影响，一般可 加大、加深基础，使其有效埋深在大气影响带以下，一般实际埋深应在4 0m 左右；或者采用换填非膨胀土的方法，以此消除或减弱水平膨胀力对支柱基 础的危害。由于混凝土支柱均为标准定型支柱，若采用深埋方式，则需进行 特殊设计和生产，加大了经济投入，所以换填非膨胀土的方法应用较多。其 具体处理措施及注意事项如下： 筘】) 【j茹3 i j d 图2 1接触网基础换填及散水坡制作示意图 基坑开挖完成后应及时进行支柱基础及基础坑换填施工，防止基坑暴晒、 渗水，影响基础施工和线路路基安全。换填土应分层夯实后并及时浇注混凝 土及散水坡，保证基础面周围排水通畅、不积水，换填及散水坡制作可按示 意图2 1 施工。具体处理措施及注意事项如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 1 原土应捣碎，最大粒径不大于5 0n u n ，灰土比控制在5 1 0 。 2 根据基坑所在场地的工程地质报告、土工试验结果、原位标贯试验结果、 土层含水量、区域地层参数的取值经验等综合选取；施工中，设计人员应密切和 施工人员联系，全面掌握土质状况，及时处理旌工中遇到的意外情况。 3 基坑施工过程中应该制定完各的监测方案，监测结果应及时总结，一旦发 现问题应及时向设计施工等方面反映，以便分析异常原因，及时提出解决方法。 4 坑开挖宜采用分段快速作业法，在进行基坑开挖深度达到lm 以上时要 采取有效的保护措施，防止基坑暴晒和雨水浸泡。 5 当基坑开挖深度接近设计值时，应预留1 5 0 3 0 0 衄土层，待下一步工 序开始前挖除。 6 如果遇到线路路基铺设的土工膜需要破膜时，在开挖时注意避免雨水侵入。 7 支柱在整正回填基坑时，需要将非膨胀土分层夯实，每次回填深度不超过 3 0 0 m m 。 8 回填遇破坏的土工膜时，须将土工膜与原来土工膜破坏断面搭接后，再在 其上继续进行回填基坑施工。 9 支柱基础换填时，要求在原基础周围换填厚度不小于3 0 0m m 。 1 0 根据不同的基础类型，散水坡应略大于基坑坑口，要将坑口完全覆盖。 2 3 4 桥隧基础 1 桥梁上打眼及锚拴灌注 1 ) 打眼作业 桥梁上打眼是利用线路封锁时间，由轨道车牵引的打眼平板车来完成的。 桥梁上打眼作业因桥支柱在桥墩台设置方式不同而有所区别，桥支柱直接安 装在桥墩台上时，需在桥墩台的顶面上打服；桥支柱通过桥支架及接腿设置 在桥墩侧身上时，需在桥墩侧身上打眼。 2 ) 灌注锚拴 灌注前先用水清洗孔洞，用棉纱将洞孽擦拭干净，然后注入水泥砂浆， 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 将带楔子的锚栓打入，使锚栓外露长度符合设计要求，校核整组锚检相对位 置尺寸，进行捣固，再边填砂浆边捣固，直至填满捣空。之后用灰抹子将孔 口抹平。灌注后，校对各锚栓及相对位置尺寸。 2 隧道打眼及灌注 1 ) 隧道内打眼及灌注 为了提高工作效率充分利用线路封闭时间，打眼与灌注可并列进行， 即打眼后立即灌注。 2 ) 隧道口下锚处打眼及灌注 接触线悬挂在隧道口下锚有两种情况：一是由于隧道净空高度低，隧道 内采用简单悬挂承力索不进入隧道而在隧道口上方硬锚；二是在隧道门墙上 进行承力索、接触线下锚。 承力索不进隧道而在洞口上方便锚时，打眼、灌注作业是利用线路封闭 时间，采用打眼作业车完成的，而且打眼后即刻进行锚栓灌注。 在隧道门墙订眼、灌注时，需预先安设作业台，并在平台旁边立大梯子 一架，打眼作业人员由梯子登上作业台之后，按测量作下的标记，用风枪钻 出各固定锚栓孔，并灌注各固定锚栓。具体施工方法与桥梁订眼、灌注作业 相同。 2 4 支持装配的安装调整及其计算 2 4 ，1 支柱装配调整计算的数学模型 建立数学模型，如图2 2 为接触网腕臂计算模型图。 显然，当支柱状态和装配形式一定时，套管铰环位置、拉杆( 含压管， 下文同) 通长仅取决于承力索高度和偏移，其他量均为常量。用图l 所示情 形及参数表示支柱装配调整前的状态，将支柱装配调整后的参数用在代号上 方加“”表示。设调整前各项参数的代号为：悬挂点处承力索的高度为h 0 、 偏移为v 0 ；拉杆通长为l 2 ，拉杆通长所在的主三角形的两边分别为s p l 、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 s z l ：套管铰环位置长度为w 1 ，套管铰环长度位置所在的主四边形的三边分 别为j 2 ( 常量) 、b 2 、a 4 。则调整后的各项参数与既有状态对应的表示分别 为：h 0 、v 0 、l 2 、s p l 、s z l7 、w 1 、b 27 、a 47 。根据支柱装 配计算原理和图1 所示情形，则有如下关系式成立： 调整前状态 w ，= 如：岫：一，：w 1 2 、口4 + d2 一，2 厶= 蕊 图2 2 接触网腕臂计算模型图 其中：以4 兰c ，+ 以2 一口1 一v o 一以9 6 ：= h 。一6 ，一z ：一f ，+ 6 ， 印l = 口4 一口6 + 口1 + 口3 一日2 一d l 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 踞，一6 ：+ 6 。+ 6 ，一z 。 调整后状态 其中日4l c ，+ 口2 一以1 一v o 一口9 ( 4 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) ( 5 ) 6 ：= 日。一6 ，一z ：一z 。+ 6 ， ( 6 ) 印1 2 以4 一疗6 + 口1 + 以3 一口2 一d l 昭。= 6 ：+ 6 。+ 6 ，一z 。 ( 7 ) ( 8 ) 设套管铰环在腕臂上的调整量为w ，拉杆通长的调整量为