高速电气化接触网施工关键技术(一)

1、高速电气化接触网施工关键技术(一)刘 杰摘要：以国内多条高速电气化铁路接触网施工实践经验为依托，研究探讨了高速接触网施工安装中的关键技术，为今后高铁接触网施工安装及标准的建立提供了借鉴。关键词：高速、接触网、施工、技术Abstract：Construction of practical experience of a number of high-speed electrified railway catenary, the study discusses the key technologies in the construction and installation of high-spe

2、ed catenary, the establishment of the future high-speed railway catenary construction and installation and standard reference. Key words：high-speed catenary Construction technology0 引言 随着京津城际和武广高速铁路的开通，标志着我国全面迎来了高铁时代，大规模的高速铁路建设已如火如荼地展开，随后开通的郑西、沪宁、京沪等高速电气化客运专线，充分显示了我国高速铁路建设技术的日臻成熟，依托欧洲发达国家的技术，借鉴其成熟的经

3、验，消化、吸收再创新的理念得到了较充分的发挥。 高速电气化铁路列车运行速度快、密度大，要求牵引的动车组受电弓与接触网必须有良好的匹配关系，其中接触网的良好工作状态是保证受电弓在高速运行状态下弓网接触受流良好的基础。我国京津、武广、沪宁、京沪等高速电气化接触网技术以欧洲高速铁路建设标准为依托，充分消化吸收德国电气化技术，采用了适应高速电气化接触网的设计技术，为确保接触网的良好工作状态，高速电气化接触网施工中，必须对适应高速接触网设计技术的施工技术进行研究，尤其是对一些关键技术的攻关研究，确保施工质量满足设计要求和最终的弓网受流要求。1国内外研究现状当今世界以日、法、德为代表的高速铁路技术大国正把

4、整个世界带入一个高速铁路快速发展的时期。目前，各国在高速铁路接触网悬挂方式的研究上不尽相同，并且其建设的高速铁路最高运行速度皆已达到了250300km/h。日本作为世界上第一条高速铁路的建设者，已有多年的高速铁路牵引供电技术的研究经验，目前已有5条新干线投入运营，其具有代表性的接触网复链形悬挂方式拥有卓越的性能，最适合高速运行，但结构复杂，不利于施工和维护；法国到目前为止也有6条高速铁路运营线路，其具有代表性的接触网简单链形悬挂方式具有安装简单，便于维护的特点，并且已于2007年创造了世界上轮轨运行速度最新的试验记录。德国至今也已有4条高速铁路线投入了运营，其具有代表性的弹性链形悬挂方式能保证

5、弓网受流质量良好，接触网弹性均匀性较好，但弹性吊索安装和调整的工作量较大。可以说，发达国家在高速铁路接触网的建设施工技术方面已有了较为成熟的经验，并已制定了一系列相关的施工技术标准和施工工艺及施工方法作为指导施工的依据。我国电气化铁路的发展也随着国民经济的发展在不断地向高速领域推进，先后建成了我国多条、多速度等级电气化铁路，已建成的设计时速350km/h的京津城际和武广、沪宁、京沪等高速铁路引领我国全面进入高速电气化时代，这充分表明了我国高速电气化铁路建设技术的日趋成熟。当前我国高速铁路电气化接触网主要以弹性链形悬挂和简单链形悬挂方式为主，接触网支柱基础采用桩基，网上采用高张力、耐磨耗的铜合金

6、线材，承导补偿方式采用安全、可靠性高的棘轮补偿装置，线岔采用可高速通过的交叉或无交叉线岔，接触网采用弹性链形悬挂的吊弦计算软件。这些关键部位采用的新装置、新技术的应用，对于施工安装和调试提出了一个全新的课题。2高速接触网施工关键技术2.1基于CP精测网的接触网测量技术高速铁路线路要求轨道安装具有较高的精度才能确保高速列车的运行。我国高速铁路线路轨道都在无砟轨道上进行铺设，为确保轨道的精确安装、平顺性，必须提高施工调整的测量精度。为保证测量精度，站前单位根据对各阶段的施工精度要求至少需要进行三次测量，建立三套测量网络即CP、CP、CP精测网，其中CP、CP为线路工程施工测量网，而CP精测网为无砟

7、轨道施工用网，为轨道工程提供精确的施工调整依据，是线路最终状态的重要保证。接触网工程施工一般情况下以轨道为基准进行测量施工，由于高速铁路建设的特殊性，接触网工程支柱装配施工时线路还未成形，无法以未成形的线路作为基准进行上部装配安装，必须对线路轨道设计参数进行预留测量以满足支柱装配的要求。普速线路施工中往往利用站前进行的中线和高程（水准点）交桩测量精度较低，已不能满足高速接触网的装配精度要求，为保证接触网工程具有较高的安装精度和效率,引进了站前CP精测网进行测量。CP精测网基点一般每公里约40个，上下行各20个，间距与接触网支柱跨距基本相同，在路基地段基本与接触网支柱基础同位置。利用CP精测网平

8、面坐标值和高程数据，将其基点作为接触网支柱参数测量依据，可分别测量接触网支柱限界、基础面与线路内轨面高差、线路超高等参数，在支柱处划出轨面红线，从而确定支柱（隧道吊柱）腕臂上下底座安装孔位的准确性。复核支柱处轨面高程时，必须充分考虑支柱处线路是否存在长短链及变坡点处竖曲线半径对高程的影响，这些数据对整体吊弦的计算也同样存在较大影响，关系到整体吊弦安装后是否能保证接触线的平直度。采用CP精测网测量对提高高速铁路上路基地段、桥梁及隧道地段直线或曲线区段接触网支柱参数的测量准确性及测量效率具有非常高的价值，在京津城际、武广高速铁路接触网施工中得到了很好的运用，对减少后续接触网支柱装配、整体吊弦安装误

9、差、提高精度起到了重要作用。2.2 H型钢柱安装整正技术为适应高速电气化接触网承、导线张力加大使支柱上承受的荷载、径向力以及风荷载加大的要求，目前，高速电气化接触网支柱主要采用容量大、适应张拉、受流要求的H型钢柱。高速铁路区间支柱基础一般由站前单位施工，通过对基础设计分析研究，H型钢柱安装前需先对基础进行检查，复核所施工的支柱基础距线路中心、跨距、基础预埋锚栓间距、基础标高等参数是否符合设计要求，以保证钢柱安装的准确性。为确保预埋锚栓间距符合设计要求，可以基础设计锚栓布置图为依据设计制作一个检测板，能方便快捷地进行检测。接触线高度的安装精度以支柱基础标高控制，控制上下腕臂底座的安装高度，基础标

10、高的复测采用水准仪测量，确保钢柱上下腕臂底座安装位置，钢柱上CP预留孔朝线路侧，一般桥梁地段基础面距离轨顶面设计高度为337mm，路基地段基础面距离轨顶面设计高度为450mm。支柱底座安装平整度需要由底座下面的螺母进行调节，因此，支柱吊装前必须调整好支持钢柱底座的螺母，可根据支柱需要的倾斜率，用水平尺相应调整螺母的高度可预留支柱的斜率（见图1）。支柱整正采用经纬仪测量支柱的横线路倾斜率控制支柱整正标准（见图2）。整正时H形钢柱端面应与线路平行，支柱扭面允许偏差为±2°。图1支柱斜率测量 图2 螺母调整与紧固2.3 高速线路隧道内接触网吊柱安装高速铁路隧道一般为双线，因车速较

11、高，动车组产生的空气动力较大，尤其是在隧道内积聚的风压更大，隧道内所有的接触网支持悬挂受力加大，考虑隧道结构需整体受力较好和方便接触网施工的情况，高铁隧道内采用预留吊柱槽道方便吊柱安装的设计方法，一方面避免了隧道成形后接触网专业打眼施工安装吊柱破坏隧道整体结构影响隧道的受力问题，另一方面也避免了接触网专业人员安装吊柱打眼不方便、安装位置不准确的问题。 图3 隧道吊柱安装隧道吊柱所用槽道根据接触网悬挂不同有多种型号，有隧道顶部悬挂接触网吊柱和AF线的弧形槽道、隧道侧壁悬挂接触网下锚装置的槽道，各种槽道在隧道土建施工时已预埋，电气化专业需做好预埋的配合工作和预埋完的技术标准检查工作。槽道预埋的好坏

12、直接影响隧道吊柱安装的质量，对其预埋质量应作为关键环节检查。武广高铁施工中，隧道吊柱槽道施工由站前单位负责，接触网专业进入施工时发现槽道预埋存在较多的问题，主要是同组槽道两个滑槽不够平行，间距不一样，造成八字形等形状偏差，这样将造成吊柱底座螺栓无法准确安装进槽道；还有安装的槽道不垂直线路，这样吊柱安装完后将造成扭面等现象，无法正确悬挂接触网；有的槽道埋深过大或过浅，都将造成吊柱螺栓安装不符合标准。槽道检查主要控制如下偏差：1、槽道的嵌入偏差，槽道底部距隧道顶面的间距，施工误差为5mm2、槽道平行偏差：指两根槽道平行方向上的间距偏差，俗称八字形的偏差，施工误差为±5mm/m3、槽道垂直

13、线路左右偏差：指槽道偏移线路的施工偏差，施工误差为±30mm。4、槽道垂直或平行线路倾斜偏差：指一组槽道在垂直或平行线路上的倾斜偏差（相对于线路来说的八字形偏差），施工误差为±5mm/m。5、槽道倾斜偏差：单根槽道倾斜偏差：单根槽道穿T型螺栓的两个小面嵌入偏差值3mm。6、槽道与综合地线的联结符合要求。针对在线路铺轨前、作业车还不能上线时隧道吊柱的安装,采用现场组装作业台，先测量吊柱安装位置，在槽道相应位置安装悬吊滑轮起吊吊柱，吊柱安装到位后需立即测量吊柱的斜率和限界值，如不符合还需重新松开后安装垫片、调整限界值才能重新紧固吊柱。吊柱安装技术要求：隧道高度发生变化时，隧道吊

14、柱底座位置每40mm为一档进行调整，但吊柱低端距离低轨面应不小于4950mm。吊柱初安装时，一般吊柱按向受力反方向倾斜0.51%施工（吊柱下端向腕臂安装侧倾斜），受力后，要求为垂直，向受力反方向偏斜00.5%；悬挂下锚非支腕臂的吊柱，垂直安装，吊柱下端向腕臂反侧倾斜00.5%。吊柱位置对相邻线路的最小限界应符合高速铁路设计建筑限界规定要求并注意曲线地段的加宽，通常要求吊柱侧面限界曲线外侧2700mm,直线和曲内2800mm，上述条件对后续腕臂安装有较大的制约，武广高铁原隧道内装配安装高度与及形式隧道外一直，后经模拟计算，发生斜腕臂上的定位环在棒式绝缘子上，这主要就有吊柱限界受限的原因。设计直线

15、地段吊柱与建筑限界的关系图见图4，同时满足受电弓在动态情况下吊柱距离固定接地体的瞬间间隙不小于200mm的要求。受电弓水平晃动在直线区段250mm，曲线区段350mm。 图4 吊柱与隧道建筑的关系 2.4下锚棘轮补偿装置安装技术高速铁路为适应速度的提高，对接触网承导线张力相应加大，武广客专张力承力索达到21KN，接触线30KN，京沪高铁甚至达到承力索20KN，接触线31.5KN。普速电气化铁路使用的补偿滑轮组已不能适应高速铁路电气化接触网大张力，高速铁路接触网下锚补偿主要采用棘轮下锚补偿装置，棘轮补偿装置具有在断线情况下能快速制动、防止坠砣下降的优点，能够较易于修复、缩小事故范围。然而，由于棘

16、轮装置的特殊性，棘轮装置安装过程中如不严格执行安装标准，将出现较多的问题，常见问题主要是棘轮补偿绳与轮齿互相摩擦造成的偏磨、棘轮底座及轮体不垂直、棘轮平衡轮不水平、坠砣串卡滞、制动块间隙超标等问题，这些问题在武广、京沪、哈大高铁的施工中屡次出现，将导致棘轮不能正常工作，进而造成承导线、坠砣串在温度变化时不能自由移动，失去补偿作用，使腕臂偏移位置、弹性吊索、定位器、整体吊弦等网上零配件安装位置受到影响，使接触网质量和可靠性降低，给弓网受流质量带来较大的隐患。补偿棘轮的安装是整个下锚补偿装置安装的关键，主要分为底座安装、向轮径缠绕补偿绳、向轮毂上缠绕补偿绳、棘轮组与固定底座连接、棘轮组与坠砣和接触

17、网连接、棘轮组调整等程序，其中关键是棘轮轮径和轮毂上缠绕补偿绳的长度和方向、轮体的垂直性、补偿绳从轮体至承力索和接触线连接绳的长度、补偿坠砣串高度b值的确定。安装调整必须使轮体垂直，通过螺栓轴和固定底座上的调节板调整轮体，用水平尺检测。棘轮制动块到轮体间的距离为20mm。2.5接触线平直度保证技术根据高速铁路接触网的特点，要确保高速受流的平稳性、不间断性，要求接触网导高、尤其是接触线高度变化率、接触线的平直度必须严格控制，尤其接触线的平直度直接影响今后受电弓的取流稳定性，接触线上有弯曲、扭面等现象易产生硬点，使受流恶化，造成离线拉弧，从而烧损导线引起安全事故，因此控制接触线的平直度对高速受流越

18、来越重要。为确保接触线的平直度，高速铁路接触线须采用恒张力架线车架设，确保架线时起、落锚棘轮补偿绳的位置和受力、接触线终端锚固线夹与接触线连接良好、严格控制架设张力，张力宜选择1012KN。恒张力放线装置采用电脑控制，张力偏差可以达到±1%。架设导线时，利用S钩放线滑轮将接触线悬挂固定在承力索上，一跨内S钩应均匀悬挂不少于3个。针对接触线线径达到150mm2的实际情况，架设接触线时在架线车上立柱安装七轮接触线平直度校直器能确保架线过程中接触线没有弯曲、扭面现象（如图5）。而秦沈客运专线改造换线架设接触线时曾采用五轮校直器进行接触线平直度的控制（如图6）,放线完毕检测发现接触线还存在弯

19、曲度，不能完全满足高速受流的要求，为此在后来的接触线架设时采用七轮校直器架线，经试验运行能满足受流要求。图5 接触线平直度校直器在放线过程 图6 五轮接触线平直度校直器2.6弹性吊索安装弹性吊索的安装是针对弹性链形悬挂接触网形式，弹性链形悬挂与简单链形悬挂在结构上的主要差别是弹性链形悬挂在悬挂点处安装有弹性辅助吊索，它提高了接触网在悬挂点处的弹性，使跨距内的弹性趋于均匀，并同时可相应加大跨距的长度，德国弹性吊索安装试验证明，安装了弹性辅助索后，Re330型接触网弹性不均匀度仅为8%。而法国大西洋新干线弹性不均匀度达到41.4%。在运行试验中，弹性链形悬挂均匀的弹性使静态接触压力抬升恒定，并使受

20、电弓的运行轨迹高度变化减小，充分显示了弓网受流性能方面的优点。弹性吊索安装必须保证弹性吊索的张力和调整精度才能确保弹性悬挂的整体性能，因此把弹性吊索的安装分两个阶段，一是弹性吊索的初步安装，二是弹性吊索的调整。首先把量裁到位的吊索悬挂固定到位，使其张力达到2.83KN，在定位装置及两侧跨距内的吊弦均安装完成后才能开始弹性吊索调整，关键是确保弹性吊索张力，应从中心锚结向两侧调整弹性吊索，先将其中心锚结侧一端用辅助索线夹紧固好，另一端用弹性吊索专用拉力计张拉，一般按正常张力3.5 kN 固定吊索，调整时不得抬高接触线，半个锚段内仅能有一组人员调整，以免吊弦卸载，各跨处受力不均。吊弦安装完后，严格控

21、制跨中第一吊弦与相邻弹性吊索吊弦的高度差必须小于10mm、弹性吊索吊弦与定位线夹高度差为零。弹性吊索安装到位后必须采用接触网激光测量仪检测悬挂点及靠近中心锚结跨中处的导高，确保各部位接触线高度符合设计要求。按上述标准施工，接触网弹性较好。表1为京沪、哈大客专弹性测试数据，测试采用钢直尺、200N、300N弹簧拉力计测量。从表中可见，京沪、哈大客专的接触网弹性不均匀系数皆小于6%，好于德国高铁提出的10%的标准。表1 京沪、哈大客专接触网弹性测量数据序号测量地点支柱号弹性值e（N/mm）弹性不均匀系数()1哈大客专辽阳站下行线390.2772.9773941跨中0.2942哈大客专扶余站上行线5

22、40.24553.635456跨中0.2643京沪线天津南沧州西34020.3035.0734023404跨中0.32134040.293404跨中0.3143.9734060.2922.7交叉线岔/无交叉线岔安装线岔的设计和施工安装对于高速电气化接触网的安全运行有着十分重要的作用。我国一直以来均采用国外传统的交叉式线岔结构，从广深准高速线起才开始采用法国式的无交叉线岔结构，两种线岔结构在我国中低速线路上皆经受住了多年的运行考验。自从秦沈客运专线以来，京津、武广、合武、沪宁等高速线路道岔都采用了适于高速列车通过的大型道岔，相应的接触网线岔也做了改变，以满足高速动车组受电弓以线路最高速度正线通过

23、线岔时不会出现接触压力峰值、磨耗和电弧的加大。通过对设计文件和国外同类型线岔的设计安装研究比较，交叉线岔/无交叉线岔的安装调整必须以设计布置为准，考虑受电弓的几何尺寸，从“始触点”处开始，直到两支接触线的交叉点，在任何情况下，必须保证两支接触线位于受电弓的同一侧，表现在两支接触线均位于两股道中线之间且间距尽可能小，以免钻弓。两支接触线的高度必须严格保证，保证在极限温度下，交叉吊弦不互相碰触。交叉线岔/无交叉线岔从复检精调腕臂及承力索、复检精调定位柱导高和拉出值、检查无线夹区、精调交叉吊弦、安装线岔固定筋条、安装线岔吊弦、模拟冷滑等程序对交叉线岔进行调整，交叉线岔与传统交叉线岔安装的区别还在于高

24、速交叉线岔加装了悬吊线岔固定筋条的A、B型整体吊弦；而无交叉线岔因不需要线岔装置，仅需按照设计要求调整各自所在股道的导高、拉出值，主要从复检精调腕臂及承力索、复检精调导高和拉出值、检查无线夹区、精调交叉吊弦、模拟冷滑进行调整。通过调整道岔定位柱的导高、拉出值等参数，严格控制两承力索交叉点或不交叉处间距，确保两接触线间距6001050mm范围内无线夹区（始触区）不得安装任何线夹。2.8 接触网检测技术接触网弓网关系的要求，第一是安全可靠，第二是受流质量好。高速条件下，受电弓和接触网间良好的匹配特性取决于受电弓自身的性能和接触网的安装精度，提高接触网的安装精度，以接触网的静态安装精度满足设计要求是

25、其确保高速受流的先决条件，经过国内外多条高铁开通的实践表明，接触网需有多个环节的检测把关才能确保其精度，我国高铁接触网目前架线完毕后到联调联试前一般进行三个不同阶段的检测：第一阶段检测：接触线平直度检测，主要考察接触线平直度，确保接触线平滑、弓网接触密贴。接触线架设完毕后，在一个锚段找35个跨距用接触线平直度检测尺和塞尺检测所放锚段接触线平直度是否符合要求，检测标准：每隔300m，在不同悬挂点用塞尺检查，其间隙不得大于0.1mm。第二阶段检测：接触网静态检测，包括静态弹性检测、受电弓动态包络线检查和静态参数检测。静态弹性检测主要针对弹性链形悬挂，一般采用计量合格的测力计和钢尺检测接触网悬挂点和跨中受力后的弹性及其弹性不均匀性，德国Re330标准要求弹性不均匀系数小于8%，我国未严格规定此系数，但一般不宜超过此值，超过此值应检查弹性吊索、吊弦、补偿装置等是否符合要求。受电弓动态包络线以研制开发的检