（电气工程专业论文）高速铁路接触网关键施工技术探讨.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 在秦沈客运专线等铁路项目建设的基础上，作者通过大量的工程实践和经 验总结，对高速铁路接触网关键性施工技术课题进行了研究。本文重点探讨了 高速接触网施工定测技术、基础工程施工技术、支持结构计算及装配技术、恒 张力架线技术、整体吊弦和组合定位装置装配技术、接触网状态检测技术等关 键性技术问题，研究了在高速铁路技术条件下接触网关键性施工技术的特点、 施工方法、工艺流程和技术要求等内容，阐明了在常速铁路技术条件下运用的 某些旌工技术己不能适用于高速接触网旌工，提出了许多符合高速接触网要求 的旌工新技术、新工艺。结合高速铁路接触网施工特点，开发了接触网腕臂、 整体吊弦、组合定位装置等接触悬挂结构计算软件，并对该软件的应用效果进 行了总结。文中展示了大量的工程图片实例，说明了新技术应用的可行性和必 然性。 通过对本课题研究成果的应用，较大程度地优化了接触网工程的施工组 织，改进了旌工方法和工艺流程，降低了工程成本，缩短了建设工期，提高了 工程质量和施工技术水平，为进一步研究高速接触网施工技术奠定了基础。 关键词：高速铁路接触网施工技术 要耍塑盔兰堕圭堑塞竺差垡笙塞蔓! ! 垦 a b s tr a c t b a s e do nt h ec o n s t r u c t i o no f i n h u a n g d a o s h e n y a n gh i g h s p e e d r a i l w a y s p e c i a l f o r p a s s e n g e rt r a n s p o r t ， s o m e k e y c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s f o ro v e r h e a dc o n t a c tl i n e ( o c l ) i nh i g h s p e e de l e c t r i c r a i l w a ya r es t u d i e di nt h ep a p e rv i aal o to fe n g i n e e r i n gp r a c t i c ea n d e x p e r i e n c es u m m a r y t h e s et e c h n i q u e s i n c l u d e s u r v e y i n gm e t h o d ， f o u n d a t i o ni n s t a l l a t i o n ，a n ds t r u c t u r ec a l c u l a t i o no fs u p p o r t s ，a sw e l l a si n s t a l l a t i o no fo c l ，a r r a n g e m e n to fo c lw i t hc o n s t a n tt e n s i l ef o r c e ， i n t e g r a t e dd r o p p e ra n dc o m b i n e ds t e a d ya r mi n s t a l l i n gt e c h n i q u e s t h e t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ，c o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，c o n s t r u c t i o n m a n a g e m e n ta n dt e c h n i c a lr e q u i r e m e n ta r es t u d i e df o ro c lc o n s t r u c t i o n i nh i g h s p e e de l e c t r i c r a i l w a y b a s e do nr e s e a r c h e s ，t h ep a p e ri n d i c a t e s t h a ts o m ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e su s e di nr o u t ee l e c t r i cr a i l w a yi sn o t s u i tf o rh i g h s p e e de l e c t r i cr a i l w a y m e a n w h i l e ，s o m en o v e lt e c h n i q u e s a n dm a n a g e m e n tm e t h o d sf o ro c lc o n s t r u c t i o ni nh i g h - s p e e dr a i l w a ya r e p r o p o s e d o nt h eb a s e so fc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so fo c l i n h i g h s p e e dr a i l w a y ，s o m es t r u c t u r ec a l c u l a t i o ns o f t w a r e ，w h i c hi s c a n t i l e v e r ，i n t e g r a t e dd r o p p e ra n dc o m b i n e d s t e a d y a r mo f ( e li s d e v e l o p e d a n ds o m ep i c t u r e sf o r mc o n s t r u c t i o ns i t e sa r eg i v e ni nt h e p a p e r t h ea p p l i c a t i o nt oc o n s t r u c t i o no fo c l i n d i c a t e st h a tt h er e s e a r c h r e s u l t sc a n o p t i m a lc o n s t r u c t i o na r r a n g e m e n t ，i m p r o v e c o n s t r u c t i o n m e t h o da n dq u a l i t y ，d e c r e a s ei n v e s t m e n ta n dc o n s t r u c t i o n p e r i o d t h e s e r e s e a r c hr e s u l t se s t a b l i s ht h ef o u n d a t i o nf o r s t u d y i n gt h ec o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e so fo c li nh i g h s p e e dr a i l w a yf u r t h e r 。 k e y w o r d s ：h i g h s p e e dr a i l w a y ，o v e r h e a dc o n t a c tli n e ( o c l ) ，c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 我园铁路建设现状及其发展趋势 铁路是国家的重要基础设施，铁路建设的规模、速度和水平直接影响国 民经济发展。在国家不断推进现代化建设的进程中，铁路建设也得到了较快 的发展，以广深线“3 、哈大线。3 、秦沈线”1 为代表的设计速度达到2 0 0 k m h 快 速铁路也在近几年内先后建成，为国民经济的发展起到了积极的推动作用。 但从总体来说，铁路的发展相对滞后，在一定程度上己成为制约国民经济发 展的“瓶颈”。据统计，截止到2 0 0 3 年，我国铁路运营里程约7 3 ，0 0 0k m ， 其中电气化铁路约1 9 ，0 0 0k m ，电气化率为2 6 ：按运行速度来划分，1 4 0 k m h 以下的普通铁路约5 3 ，0 0 0k m ，1 4 0 2 0 0k m h 的快速铁路约2 0 ，0 0 0k m 而2 5 0k m h 以上的高速铁路“3 还是空白。截止2 0 0 0 年底，世界各国电气化 率超过4 0 的国家已达1 1 个“1 ：日本铁路电气化率为6 2 。1 ，高速铁路约9 ： 法国铁路电气化率为4 4 ”1 ，高速铁路约4 ；德国铁路电气化率为4 7 ”1 ，高 速铁路约2 。韩国也于今年4 月1 日正式成为拥有高速铁路的国家，建成并 开通的汉城至大邱段2 9 2k m 高速电气化铁路”1 ，最高时速达2 7 0 3 0 0k m ”3 。 从以上数据可以看出，我国铁路建设的现状与发达国家相比差距较大。为此， 我国铁路建设提出了跨越式发展的要求，使铁路的发展能够满足国民经济发 展的总体需求。今年初，国务院常务会议讨论并原则通过了中长期铁路网 规划，确定了到2 0 2 0 年全国铁路营业里程达到1 0 0 ，0 0 0k m ，主要繁忙干 线实现客货分线，复线率和电气化率均达到5 0 ；在此期间将建设“四纵四 横”快速客运专线，及长江三角洲地区、珠江三角洲地区、环渤海地区三个 城际快速客运系统，使客运专线总里程将达到1 2 。0 0 0k m 9 3 ，其中北京一上 海、武汉一广州、西安一郑州等客运专线时速将达到3 0 0 3 5 0k m h ，从而 将改变我国高速铁路里程为零的现状。 1 2 我国铁路接触网施工技术现状 目前，国内从事电气化接触网工程施工的单位较多，其施工技术水平也 参差不齐，从总体上看比国外同行的施工技术水平要低。主要表现在以下几 个方面： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 i 施工队伍综合技术素质较低 目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 有大专学历以上的专业技术水平外，大多数人员是没有受过专f - j ；i l 练的普通 员工或民工，其文化素质、专业技能和技术水平相对较差。 2 施工技术装备水平较低 目前，国内各施工单位的技术装备水平从总体上说都较差，施工机械设 备功能不强、性能不高、新度系数较低；检测设备、器具较落后等。 3 旋工技术工艺水平较落后 目前，接触网旌工技术从总体上说都较落后，除少数单位外，工艺质量 水平大多数不高，某些旋工方法有待改进，总体技术水平有待提高。 4 施工技术标准不协调 接触网专业与路基、轨道专业的施工技术标准不协调，接触网一般是以 轨面标高作为基准，而轨道施工的允许偏差较大，导致接触网工程施工质量 标准难以满足。 近年来，通过参与秦沈客运专线等工程项目的建设，部分引进了发达国 家的先进施工技术和装各，优化了旎工组织和管理流程。改进了施工工艺， 施工技术水平从总体上有一定程度的提高，从而为高速铁路接触网的施工奠 定了一定的技术基础。 1 3 本文研究的主要内容 随着科学技术的不断发展，对高速铁路接触网施工技术、工艺的要求将 越来越高，传统的施工方法和手段已不能满足要求，必须在原有技术和经验 的基础上，对某些关键性施工技术、工艺进行研究、开发。为此，本文主要 从以下方面与各位同行探讨： 1 高速铁路接触网工程施工定测技术； 2 高速铁路接触网工程基础施工技术： 3 。高速铁路接触网支持结构计算及装配技术； 4 高速铁路接触网导线架设技术； 5 高速铁路接触网整体吊弦施工技术 6 高速铁路接触网组合定位装置施工技术； 7 高速铁路接触网状态检测技术； 8 高速铁路接触网腕臂、整体吊弦、组合定位装置结构计算软件开发。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 第2 章高速铁路接触网关键施工技术 2 1 高速铁路接触网工程施工定测技术 高速铁路接触网工程旌工定测，主要是指施工单位在接触网工程开工前， 按照有关施工设计文件要求对线路中心线、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。 2 1 1 高速铁路与常速铁路接触网工程施工定测的区别 高速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，因而其施工定测也有差别。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旌工，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，因此一般不对线路中心线、基准标高进行定测；两 高速铁路接触网一般都是与路基、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。 2 1 2 高速铁路接触网施工定测的基本方法 在高速铁路工程招标时，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。根据其划分不同，电气化施工单位进行定测的方法也不一样， 一般分为两种情形：一是接触网基础工程由土建单位负责施工：二是接触网 基础工程由电气化施工单位负责施工。 1 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旋工，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( 设 计确定的线路中心线、基准标高、起测点等) 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，由土建单位负责处置。 2 当接触网基础工程由电气化施工单位直接负责施工时，其基础位置由 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 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。定测时由路基、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 2 高速铁路接触网基础工程施工技术 基础工程施工，主要是指在路基、桥梁、隧道工程完工后由电气化施工 单位进行的接触网基础工程作业。包括在路基上基础制作、桥隧基础螺栓预 埋、支柱安装等工程。 2 2 1 路基地段接触网基础制作 在高速铁路电气化工程建设中，大部分接触嗣基础施工处于路基地段， 一般约占6 0 8 5 左右。而且，因路基工程均为高密实度填筑路基，基础制 作可能对路基的稳定性造成较大破坏，因此，该部分施工是整个接触网基础 工程施工的重点所在。其关键技术在于：如何保证在开挖基坑时不破坏路基 的稳定性。 1 路基基坑开挖 在一般的接触网基础工程施工中，基坑开挖都是采用人工开挖方法，通 常采用镐、锹、铲等工具进行开挖。但这种施工方法显然不适合高速铁路接 触网工程基坑开挖。 根据高速铁路路基的特点，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，技术尺寸应满足设计要求。鉴 于此，提出了两种捕工方法。 ( i ) 切割开挖法 对于基础设计图外型为方型的接触网基础来说，其基坑的开挖方法可采 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，并辅以镐、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。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 ( 2 ) 钻孔开挖法 对于基础设计图外型为圆型的接触网基础来说，其基坑的开挖方法可采 用钻孔开挖法。该方法主要是利用有高强度旋转钻孔功能的机具，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。 对于方型基础，如果经济上允许，也可采用钻孔开挖法。 2 基础的制作 在基坑尺寸满足设计要求后，应尽快进行接触网基础的制作。虽然基础 的结构形式较多，如杯型基础、阶梯型基础、桩型基础等，但由于大多是钢 筋混凝土基础，其施工方法与普通的钢筋混凝土基础一样。 2 2 2 桥隧部分接触网基础工程施工 在高速铁路电气化工程中，桥梁、隧道部分接触网基础施工一般是由桥 梁、隧道施工单位负责完成。在制梁或隧道衬砌时，按照电气化专业提供的 设计文件要求同步进行基础制作或预埋件的预埋，确保其结构和基础螺栓的 外露尺寸满足技术要求。 如果桥梁、隧道工程不包括接触网基础螺栓的预埋，则在桥梁、隧道工 程施工完毕后，由电气化施工单位进行基础螺栓的钻孔、预埋即可。 2 2 3 接触网支柱施工 支柱是接触网基础工程的重要组成部分。在高速铁路电气化工程中，支 柱类型较多，通常有钢筋混凝土圆型支柱及方型支柱、焊接桁架式钢柱、管 型钢柱、h 型钢柱等。支柱安装工作量较大，安装精度要求较高，受环境条 件的约束较多，因此，传统的施工方法已不能满足其施工需要，主要表现在 支柱的吊装方式、整正方法有较大的变化，在此进行必要的探讨。 1 支柱的吊装 一般情况下，高速电气化铁路的施工工期都较紧张，特别是对电气化接 触网工程的施工尤其如此，因为它要受到轨道工程施工的影响和制约，接触 网立杆既不能影响上渣、铺轨，又不能等到铺轨完毕后才进行。鉴于此，提 出了两种立杆方案。 ( 1 ) 采用汽车吊车立杆 在未上渣的路段，充分利用上渣前的间隙时间和完好的路基平面，大规 亘童窒湮查兰塑圭堡塞兰兰焦丝塞篁旦! _ _ 模采用汽车吊车、平板车组立支柱的方式，从而解决无法使用轨行机械运输 和安装的矛盾。采用汽车吊车立杆如图2 一l 示。 ( 2 ) 采用轨道吊车立杆 在第一种方法不能完全解决的情况下，对于已铺轨的路段，充分利用铺 轨和整道的间隙时间，用轨道吊车立杆。个别特殊地段采用人工方法。 2 支柱的整正 高速电气化铁路对路基和轨道工程的要求都较高，为保证路基的稳定性， 防止钢轨受外力的作用而变形，在支柱整正时不允许在路基上打锚桩，也不 允许利用钢轨作为支撑点( 采用正杆器) 进行支柱整正，因此，支柱整正时 不可用传统的、常规的正杆方法进行整正。为此，提出采用手搬葫芦、木楔、 拉绳等工具相配合稳定支柱的方法，可避免对轨道和路基工程破坏，同时能 够保证工程质量和施工效率。 关于支柱整正精度的测量，用常规的倾斜尺、线坠等工具进行测量的方 法已不能满足要求，必须在顺线路、横线路方向同时采用经纬仪测量支柱倾 斜度，才能保证其整正精度。 在上渣前支柱整正的效果如图2 2 示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 - 1 汽车吊车立杆 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 图2 - 2 线路上渣前支柱整正情况 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 3 支柱施工工艺流程 以杯型基础为例，支柱旌工工艺流程如图2 3 示。 图2 3 杯型基础支柱施工工艺流程图 高速铁路接触网支持结构主要包括腕臂结构、硬横梁结构，它起着支撑 整个接触网重量、保持接触网的空间结构和电气距离的重要作用，因此，其 安装精度和稳定性直接影响受电弓的受流质量。 2 3 1 腕臂结构尺寸计算及装配技术 腕臂是接触网支持结构的重要组成部分。高速铁路接触网腕臂一般采用 旋转平腕臂与斜腕臂固定连接方式，即将平腕臂与斜腕臂通过组合承力索座 固定连接起来，具有不可调性和较好的稳定性“，如哈大线、秦沈线的安装 方式。这就对支柱原始状态的测量、腕臂结构的计算和加工提出了极高的要 求，普通的测量方法和计算手段己不能满足工程需要，必须加以改进。 1 腕臂计算原始数据的测量 测量要素包括支柱的侧面限界、标高、横线路方向和顺线路方向的倾斜 度、曲线区段的外轨超高( 取设计值) 等参数。测量除配置常规的工具外， 要求使用水准仪、经纬仪、激光测距仪等精密仪器，测量精度应控制到毫米。 测量结果经过必要的技术处理作为腕臂计算的原始数据。 2 腕臂结构尺寸计算方法 由于腕臂安装精度要求高，且一般情况下工期都较紧，因此，传统的人 工计算方法完全不能满足工程需要，而必须进行腕臂装配计算软件的开发， 或对已有计算软件进行修改、升级，利用计算机进行计算。计算时将原始数 据和相关计算参数存入数据库，再依据提示输入每一组腕臂的计算条件进行 计算，并将计算结果按照工程需要的格式打印出来。 3 腕臂的加工、预配与安装 腕臂的预配必须实行工厂化预配。按照微机计算结果，在装配车间对材 料进行选型、测量、标记、下料、加工、预配，并对预配尺寸进行复核，确 认无误后进行包装、编号，再集中运到旌工现场，依序安装。 腕臂安装的方法较多，一般采用轨道安装车或汽车安装车进行安装，个 别地方也可人工直接安装，一次安装到位，一般不必进行调整。安装完毕应 当进行现场复核，确认满足技术要求。 4 腕臂施工工艺流程图 腕臂装配计算及安装工艺流程，如图2 4 示。 要塞壅塑盔堂塑主塑室生兰焦丝室 塑! ! 墨 输入原始数据，并计算，打印 士 根据打印结果，在腕臂装配车间 l 行加工、预配、复核、包装 由 0 回 图2 - 4 腕臂装配计算及安装工艺流程图 2 3 2 硬横梁结构尺寸计算及装配技术 在高速电气化铁路车站或多线路地段，接触网的支持结构一般采用硬横 梁结构形式，它具有结构简单，稳定性好，能改善弓网受流状况。等优点， 一般由横粱、支柱和吊柱几个主要部分组成。横梁一般采用等腰三角形或矩 形截面无缝钢管焊接桁架结构，由两个或三个梁段组成，梁与梁之间的连接 通过法兰盘用螺栓连接而成。硬横梁安装效果的好坏，不仅影响接触网工程 质量和使用寿命，也影响站场环境的美观。 吾 西南交通大学硕士研究生学位论文幂! ! 亘 1 硬横梁的测量与结构计算 由于硬横梁的体积大、重量大，安装精度要求高，因而其施工难度较大， 作业程序复杂。因此，其对测量、计算、加工精度要求较高。硬横梁支柱一 般分为钢桁架结构支柱、钢管型支柱和钢筋混凝土圆型支柱等。钢支柱采用 混凝土基础形式固定，其倾斜度可作适当微调，硬横梁安装相对容易i 混凝 土支柱一般采用杯型基础，用砂浆回填整正，一旦整正完毕，其倾斜度不可 调整，故其硬横梁安装难度最大。因此，重点探讨混凝土支柱硬横梁。 硬横梁的测量从杯型基础施工完毕后开始，应采用经纬仪、水准仪、激 光测距仪等精密仪器进行测量。主要测量基础标高、间距、基础杯口尺寸、 杯底深度及底部尺寸、股道标高及间距、混凝土支柱外型尺寸等数据。有时 也采用在混凝土支柱整正完毕后，对支柱的空间状态尺寸进行准确测量的方 法，但此方法的测量误差较大。 硬横梁的计算应根据设计文件对横梁结构的要求，利用测量所得的准确 数据，充分考虑支柱整正的允许误差及各段梁的允许连接误差，进行精确计 算，形成各段梁、吊柱的结构( 加工) 数据，并按此进行工厂化加工。 在通常情况下，硬横梁作为非标产品对待，一般由专业生产厂家按照现 场实际进行定做，因此，测量和计算一般由厂家负责，施工单位做好配合。 2 硬横梁的安装 硬横梁安装包括复测、立杆、整正、横梁拼装、横梁吊装、调整及紧固、 吊柱安装等工序。 ( 1 ) 硬横梁复测 硬横梁复测内容包括支柱基坑各参数、支柱整正后的状态参数、横梁产 品的外型尺寸等，并进行必要的计算，确保每一组硬横梁的安装尺寸满足要 求。 ( 2 ) 支柱吊装整正 支柱吊装及整正，与前述支柱施工内容相同。特别强调应在支柱的顺线 路、横线路方向分别用经纬仪对支柱的倾斜度进行测控，保证支柱在两个方 向中心直立。 ( 3 ) 硬横梁的拼装 横梁运抵现场后，一般展放在平整的地面上拼装，使几段横梁中心轴线 重合。对于较大跨度的硬横梁，可采用调节支架辅助拼装，调节支架的形状 见图2 - 5 示。 西南交通大学硕士研究生学位论文塑! ! 蔓 j 。 l 也 ， l uj 弋 “ 、 i 1 ! = = = = = = = = = = = = 拦 图2 - 5 硬横梁调节支架 每段横梁用两台可调支架支撑。将几台可调支架按顺序放好，将横梁吊 至支架上，通过左右调整支架，使横梁中心线重合，然后用水准仪、水平尺 进行测量，使横梁满足技术要求，然后用螺栓进行连接、紧固。 ( 4 ) 硬横梁的吊装 对跨度不大的硬横梁吊装，采用钢丝绳加吊装带直接起吊：对跨度较大 的硬横梁吊装，采用起吊横担、钢丝绳加吊装带进行吊装，防止硬横梁不均 匀受力而变形。起吊横担如图2 - 6 示。 图2 - 6 采用起吊横担进行吊装 ( 5 ) 吊柱的安装 吊柱的安装方法与常规施工方法一致。只是吊柱和横梁的连接方法因横 梁的不同而各不相同。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 3 硬横梁施工工艺流程 硬横梁施工工艺流程，如图2 7 示。 l 测量硬横梁相关数据 计算硬横粱结构尺寸 上 立支柱、整正 0 复测、校核 图2 7 硬横梁施i i 流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 4 硬横梁安装效果图例，如图2 8 示。 图2 8 锦州南站硬横梁安装效果 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 4 高速铁路接触网恒张力架线技术 对于高速电气化铁路来说，如何确保在较高运行速度下使接触线与机车 受电弓具有良好的弓网关系，是工程建设中的核心技术问题，无论是路基、 桥涵、轨道工程，还是接触网工程，最终都是围绕这个核心技术问题而展开 的技术攻关与创新。因此，在设计时接触导线大都选用机械强度高、耐温特 性好、导电率较高的单根铜合金导线，如c t h a 一1 1 0 、c t h a 一1 2 0 、c t h a 一1 5 0 等：承力索一般也选择与接触导线相匹配的铜合金绞线，如t h j 一9 5 、t h j 一1 2 0 等。在工程旆工时，要确保架线质量满足高速行车的要求，具体体现在导线 架设完毕后应平接、光滑、有弹性，无硬弯、扭曲变形和表面硬伤等现象。 因此，如果采用普通架线技术和设备架线，由于其架线张力变化幅度过大( 一 般在3 l o k n 范围内波动) ，导线因其自重而产生较大的弛度变化，从而造成 导线在悬挂点附近产生大量的不易矫正的波浪型硬弯：且因普通的架线设备 没有良好的导线引导装置，时常造成导线扭曲变形，这无疑会使架设后的导 线质量恶化，不能满足高速行车对弓网关系的要求。鉴于此，在高速电气化 铁路接触网工程施工中，必须采用恒张力架线设备及相关施工技术“。由于 我国对恒张力架线技术尚不熟悉，需要进行大量的实践和总结，故在此对其 技术进行探讨。 2 4 1 架线张力与导线弛度的关系 在导线架设过程中，由于张力的波动变化导致弛度变化。在此对导线张 力与弛度的变化关系进行分析。一般情况下可以认为，两个相邻悬挂点是等 高的，则跨中最大弛度的计算公式“”可表示为： 厶= 1 2 2 5 x i 0 - 3 1 9 l 2 r( 2 - 1 ) 式中f 一最大弛度( m ) ： g 一导线密度( k g m ) ： 卜跨距( i n ) ； ，一导线水平方向张力( k n ) 。 以c t h a 1 2 0 和c t h a 1 5 0 两种银铜合金导线为例，再导线臻厦分别为 1 0 6 8k g m 、1 3 3 5 k g m ，取跨距l = 6 0 m ，则架线张力与最大驰度的关系如 表2 - i 、表2 - 2 所示。 表2 1c t h a 一1 2 0 导线架线张力与最大驰度的关系 l ，( k n )3456781 01 21 5 厶，( m )1 5 71 1 80 9 40 9 8 o 7 8 o 5 9 o 4 7 o 3 80 3 l 表2 2c t h a - 1 5 0 导线架线张力与最大驰度的关系 i y ( k n )3 456781 01 21 5 i l 厶( m )1 9 61 4 71 1 80 9 80 8 4 o 7 4 o 5 90 4 9 o 3 9i 从以上计算结果可以看出，架线张力波动越大，其弛度变化也越大； 架线张力越小，其弛度越大；导线密度越大，其弛度越大。 如果导线的弛度越大，则在悬挂点处导线的弯曲度也越大。由于架线过 程张力是波动的，导致导线在悬挂点处沿架线张力方向来回移动，从而形成 较多的不易矫正的波浪型硬弯，使架线质量恶化。实践证明，架线张力波动 范围越大，导线产生的波浪型硬弯就越多。因此，在高速铁路接触网工程架 线施工中，除采取其他的必要措施( 如跨中增加临时悬挂点以缩小跨距等) 外，必须采用恒张力架线技术，以确保架线质量。 2 4 2 恒张力架线的特点 采用恒张力架线技术与普通架线技术相比，主要具有以下特点： 1 恒张力架线设备一般为精良设备，性能优越，功能齐全，自动化程度 较高。 2 架线张力恒定，一般可在3 0 k n 范围内选择架线张力，张力波动在允 许范围内。 3 架线过程不会使导线产生硬弯、扭转、扭曲变形。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 4 恒张力放线设备运行平稳，安全可靠性高。 2 4 3 恒张力架线设备的基本要求 1 车组的轨距为1 4 3 5 r a m ，车组制动方式、限界、控制方式等项目符合 “铁路技术管理规程”及其它现行相关技术标准、规程、规范的要求。 2 车组为定型产品，功能齐全，性能先进、稳定，自动化程度高，操 作简便。 3 车组放线张力选择范围3 3 0 k n ，能满足各类铜合金、铝合金等导 线放线张力要求，架线时张力恒定，变化范围为静态张力误差1 ，动态张力 误差8 “”( 包括车组起动和制动过程) 。 4 车组的经济技术指标优良，放线时对导线的损伤较小，比普通架线 设备施工效率有大幅度的提高。 5 车组的维护周期长，日常维护工作少而简单。维护所需零配件易于 购买。 2 4 4 恒张力架线设备( 车组) 的选定 通过对国内、外多家恒张力架线设备生产厂家进行了调研，并对其经济、 技术性能进行分析比较，认为奥地利p l a s s e r 公司生产的c e m 1 0 0 1 2 1 型恒 张力架线设备较好，如图2 9 示，能满足相关技术要求。其主要技术特征： 恒张力架线车组由单台车组成，自带走行动力，外型尺寸为1 6 4 4 0 x 3 0 5 0 4 5 4 0 ，重量为6 5 t ，最大运行速度1 2 0k m h ，最大坡道3 0 ，架线张力 范围3 2 7 k n ，静态误差1 ，动态误差5 ，架线作业由人工遥控，车组 自动运行，可自动检测导线张力，架线速度0 1 0k m h 。线盘左右摆角3 7 度，导线架设高度范围距轨面中心5 o 一8 2 m ，导线引导装置可左右移动。 该车组还具有邻线锁闭功能和拆网收线功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 9 页 2 4 5 恒张力架线工艺流程 恒张力架线工艺流程如图2 1 0 示。 而工准f 、 + 、 终锚停车 ， 0 架线车组就位 紧线准备 + 0 起、下锚准备 紧线 上 士 设定架线张力 i断线下锚 上 起锚连接 1 i 检查架线质量l 0 0 i 启动车组架线i 固定导线 j r 上 临时悬挂导线 拆除临时设施 上上 哺栅# 帝景蜒纬骓力i厂j 軎 目 柘、 一“i“8 观明 图2 一1 0 恒张力架线工艺流程图 2 4 6 恒张力架线技术要求 1 恒张力架线设备操作人员必须接受技术培训，并经考试合格方准上岗。 2 恒张力架线车组的运行必须严格遵守铁路技术管理规程、轨道车 管理规则、铁路行车组织规则等规定。 3 提前排除架线锚段内的施工障碍。在曲线区段、转换柱处的支持结构 应采取临时加固措施“，使腕臂临时固定并与线路方向保持垂直。调整好锚 柱拉线，使锚柱在受力后保持中心直立。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 4 承力索、接触线架设应根据线材规格选用相应材质、型号的放线滑轮 和s 钩滑轮，并保证各滑轮对轨面的悬挂高度基本一致，每个跨距内均匀悬 挂2 3 组”1 。 5 架线张力大小的设定，应根据导线的硬度、弹性和线路的曲线半径等 因素决定。曲线半径越大，张力可选大些；导线的弹性越大，张力可选大些。 但般取5 i o k n ，不得超过额定张力，张力误差5 。 6 架线车组的速度一般在3 6k m h 范围内选定。 7 紧线时应用力均匀，避免产生冲击性破坏。 图2 - 9c e m 一1 0 0 1 2 1 型恒张力架线车 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 2 5 高速铁路接触网整体吊弦施工技术 2 5 1 技术特点 高速铁路接触网吊弦一般采用了不可调载流式铜合金整体吊弦，它两端 作永久固定，加工一次成型，一次安装到位，不可调整，故在悬挂弹性和受 流方面都体现出了更好的优越性，突出了接触网设备“高可靠、少维修”的 技术要求。整体吊弦施工技术及工艺要求严格：一是对原始数据的采集精度 要求高，必须采用精密仪器进行原始数据检测；二是对整体吊弦计算的速度 和准确度要求高，必须编制计算程序用计算机进行计算；三是对整体吊弦的制 作精度要求高，必须进行工厂化精加工。 整体吊弦结构示意图“4 1 如图2 1 1 示。 飞 1 一 嘲 呙f 叁 剜 图2 1 1 整体吊弦结构示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 2 5 2 施工方法 根据整体吊弦的技术特点和现有的技术水平，整体吊弦的施工方法：采 用激光测距仪、经纬仪等精密仪器进行原始数据的采集，保证采集数据的精 度；根据所在项目对整体吊弦的技术要求编制专用计算程序，并建立数据库； 输入计算条件和原始数据，用计算机进行计算，并根据实际需要打印计算结 果；根据计算结果进行工厂化精加工( 误差1 5 m m ) e 1 3 ，并对预配结果进行 复核、编序、包装；用安装作业车等按规定进行现场安装，并对安装结果进 行检测，确认一次安装达标。 2 5 3 施工工艺流程 整体吊弦的旌工工艺流程如图2 1 2 示。 图2 1 2 整体吊弦施工工艺流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 2 6 高速铁路接触网组合定位装置施工技术 2 6 1 技术特点 高速铁路接触网一般采用全补偿简单链型悬挂或弹性链型悬挂“，其定 位装置采用钢性结构，各构件采用螺栓固定，以保证接触网的稳定和弹性。 其主要技术特点是：通过定位环、定位支撑或定位吊线将整个定位装置安装 在不可调节的刚性结构腕臂上，其结构由定位环、定位管、定位支座、定位 器、定位线夹、防风拉线环及防风拉线等按照一定的空间位置组合而成“， 而每一个零件或材料的空间位置是需要通过准确的空间计算才能确定的，定 位管、防风拉线及支撑件，应根据计算结果进行工厂化预配、组合、编序、 包装，确保现场安装一次到位，不需要进行调整。 其整体构成“”如图2 1 3 示。 宠证警 图2 一1 3 组合定位装置示意图 2 6 2 施工方法 根据高速铁路接触网组合定位装置的技术特点和要求，传统的施工方法 已经不能适用。为此提出以下旋工方案：在腕臂测量、计算结果的基础上， 根据所在项目每一组定位装置处的结构高度、导线高度、拉出值、定位器坡 度、绝缘距离等技术要求，编制专用计算程序，用计算机进行计算，并根据 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 实际需要打印计算结果，进行工厂化加工、复核、编号、包装，用安装作业 车等专用工具进行现场安装，保证一次安装达标。 2 6 3 旌工工艺流程 组合定位装置的施工工艺流程如图2 1 4 示。 组合定位装置工厂化装配 j 组合定位装置现场安装 l组合定位装置状态检测 图2 一1 4 组合定位装置施工工艺流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 5 页 2 7 高速铁路接触网状态检测技术 高速铁路接触网检测技术可分为两部分：一是旆工全过程的静态检测； 二是工程竣工后的动态检测“。检测的依据或标准包括高速铁路牵引供电工 程的设计文件、旋工技术规范、验收标准、行业通用标准，以及与之相关的 法律法规等。 2 7 1 高速铁路接触网静态检测技术 接触网静态检测是指在接触网工程的各道工序施工完毕后，对接触网设 备各部分在静止状态下的空间位置及电气性能进行的符合性检查。检测的程 序与施工程序一致，只是检测的手段和方法与普通铁路有所不同，由于其施 工精度要求较高，必须采用更为准确的光学精密仪器进行检测，如对支柱的 倾斜度、腕臂和硬横梁的安装位置、定位器的坡度、导线的高度与拉出值、 导线的坡度与平直度、线岔处的线间距与高差、锚段关节处线间距与高差、 电分相处的线间距与高差等内容的检测。通常配备的精密检测仪器有经纬仪、 水准仪、激光测距仪等。其他内容的检测方法与常规方法相同，如各种线夹 的状态、接触网各种设备的电气性能指标等。 接触网静态检测图例，如图2 1 5 、图2 1 6 示。 2 7 2 高速铁路接触网动态检测技术 接触网动态检测是指在接触网工程全部竣工后，用接触网检测车等专用 检测设备在不同的运行速度下对接触网与受电弓的弓网关系进行的符合性检 查。检测内容主要包括接触线高度、拉出值、定位器坡度、网压、弓网接触 压力、冲击加速度、离线率、弹性和车体振动等技术指标“。对检测设备而 言，普通的检测车或其他检测设备已不能满足高速接触网动态检测要求，而 应当开发高速接触网专用检测车。首先是其运行速度能达到高速行车的要求； 其次是其检测系统应能满足在高速运行状态下信号采集的安全性和准确性； 第三是应认真研究弓网运行的动态特性“，以便能判断接触网的真实状态， 以及能够合理划分正常状态与非正常状态的界线。动态检测可分阶段进行。“， 每个阶段检测的侧重点不同，检测时先低速后高速，一般可按照每3 0 5 0 k m h 的速度差逐步提高试验速度 7 ，如可按2 0 、5 0 、8 0 、1 2 0 、1 7 0 、2 2 0 、2 7 0 k m h 等速度值进行试验，最终达到或超过设计时速。通过动态检测获得的各项技 术指标来决定高速铁路接触网工程是否可以投入试运行。接触网动态检测如 图2 1 7 、图2 1 8 、图2 1 9 示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 图2 1 5 用经纬仪检测支柱状态 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 图2 1 6 用激光测距仪检测导线高度、拉出值 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 8 页 图2 1 7 用接触网检测车进行动态检测 图2 1 8 接触网检测车控制台 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 图2 1 9 广深线接触网动态检测参数显示界面 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 页 第3 章高速铁路接触网结构计算软件的开发 3 1 安装结构计算软件开发的背景及内容 由于铁路建设的趋势是向着既有线提速改造( 1 2 0 2 0 0 k m h ) 、客运专线 ( 2 0 0 2 5 0 k m h ) 及高速铁路( 2 5 0 3 5 0 k m h ) 的方向发展，对接触网工程 的施工技术、工艺、质量和安全的要求越来越高，且工期较紧，如果采用传 统的人工计算方法己完全不能满足工程施工需要。特别是接触网腕臂、整体 吊弦、组合定位装置等悬挂系统的结构尺寸计算，精度要求极高( 毫米级) ， 一般不能进行调整，一旦计算失误，不仅造成返工，降低施工效率，延误工 期，而且更会导致大量的材料浪费，增加工程成本，同时还不能保证工程质 量。所以必须进行接触网工程计算软件开发和推广应用。这里仅就腕臂、整 体吊弦、组合定位装置计算软件的开发和应用情况进行简单介绍。 3 。2 腕臂结构尺寸计算软件的开发 接触网腕臂装配尺寸计算软件的开发，应当把各种支柱型号及其对应的 安装形式( 如中间柱、道岔柱、转换柱等) 分别录入数据库，并编制计算程 序，计算时根据不同的计算条件进行准确计算。 3 2 1 腕臂计算软件的编程原理 根据腕臂的结构特点和装配的技术要求“”，以轨平面为基准平面，以轨 平面与支柱内侧的交点为坐标原点，建立计算模型；利用空间几何计算方法， 进行计算公式的推导；因计算参数众多，必须利用a c c e s s 数据库”，将现场 测量并经处理后的原始数据和计算参数录入库中；根据各参数的导出公式， 利用v i s u a lb a s i c 语言。”进行程序编制；输入计算条件进行计算，通过在数 据库中设置i d 序列号，查找相应的序列号，以及序列号所对应的数据，调出 相应参数给予赋值和数据初始化，程序运行计算，将中间结果保存在内存变 量中，最后统一对应存放到数据库保存。 当然，计算软件的编写语言和数据库可根据需要进行选用，只要能满足 简单、方便、快速、准确的原则即可。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 页 3 2 2 腕臂计算软件设计流程 腕臂计算软件设计流程图，如图3 - i 示。 ( 彳f ) 、，一 根据计算参数众多的特点，要求赋值方便灵活、 界面简洁实用、程序可操作性强、数据输入输出方 便、其有提示和进行智能判断能力等，采用将v b 语 言和a c c e s s 数据库相结合的思路建立模型 在a c c e s s 中设计和建立各种常用数据库、零件扣 减长度数据库、计算输入和输出结果数据库，设置数 据查询库及临时参数库 上 用v b 规划整体界面，将数据库中各种表格、参 数设置在程序界面上，并将表格和数据库动态结合 起来，设置各种输入输出界面，及各种功能按扭， 用报表软件设置好打印报表 上 根据设计要求和计算特点，建立精确的计算数 学模型，并根据计算需要编写和调试程序代码 根据现场测量结果反馈计算数据的准确性和 l 效果，不断调试，直到计算准确，操作方便，输入 l 输出快捷实用，具有自动纠错功能为止 0 生成应用程序，加密打包 图3 - i 腕臂计算软件设计流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 2 页 3 2 3 腕臂计算软件运行流程 腕臂计算软