張彥水

(中鐵電氣化局集團(tuán)二公司,武漢 430031)

1 概述

武廣鐵路客運(yùn)專線具有列車運(yùn)行速度快、密度負(fù)荷大等特點(diǎn)。受電弓上下振動(dòng)左右擺動(dòng)加劇,接觸力增大并時(shí)時(shí)發(fā)生著變化,如何保證受電弓和接觸線之間的平穩(wěn)接觸是高速鐵路行車安全的基本保障。受電弓和接觸網(wǎng)是一個(gè)高速滑動(dòng)的耦合系統(tǒng),任何部位出現(xiàn)問題,都會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的故障,要保證受電弓和接觸網(wǎng)之間的安全高效運(yùn)行,除優(yōu)秀的弓網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之外,還必須要在施工中消除不利弓網(wǎng)關(guān)系的因素。

2 武廣鐵路客運(yùn)專線接觸網(wǎng)施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 棘輪安裝及調(diào)整技術(shù)

武廣鐵路客運(yùn)專線正線采用棘輪補(bǔ)償裝置。承導(dǎo)張力和墜砣重力對(duì)整體吊弦的長度極為重要。吊弦長度是根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)、承導(dǎo)線設(shè)計(jì)張力以及各種負(fù)載計(jì)算出來的,因此張力對(duì)吊弦的影響極為重要。而棘輪補(bǔ)償裝置偏斜卡滯、墜砣串不能隨著溫度的變化上下自由移動(dòng)、錨段兩端補(bǔ)償裝置墜砣配重不一致都會(huì)產(chǎn)生張力差。根據(jù)其他線用軟件計(jì)算的結(jié)果張力差2%,跨中吊弦偏差10～15 mm，不解決張力差而只一味的升降腕臂換吊弦調(diào)整導(dǎo)高只能是治標(biāo)不治本,不能從根本上解決問題。所以棘輪安裝以后必須要用水平尺檢測(cè),通過調(diào)節(jié)螺栓軸和固定底座上的調(diào)節(jié)板調(diào)整輪體,使之垂直；制動(dòng)卡塊到輪體齒間的距離為20 mm,補(bǔ)償繩在棘輪小輪里纏繞時(shí)要平順不得絞起,墜砣能夠隨溫度的變化自由移動(dòng)。

2.2 彈性吊索安裝及調(diào)整技術(shù)

彈性吊索安裝是接觸網(wǎng)彈性鏈型懸掛最關(guān)鍵的技術(shù)。理論研究、計(jì)算機(jī)模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工程實(shí)踐證明,彈性吊索的張力正確與否對(duì)支持點(diǎn)兩邊接觸線的高度和彈性有明顯的影響,越小于(或大于)額定張力時(shí),定位點(diǎn)處的彈性越小(或越大),定位點(diǎn)附近的兩跨導(dǎo)高將出現(xiàn)明顯的正(或負(fù))馳度。檢測(cè)曲線上顯示如圖1、圖2所示。

圖1 彈性吊索張力偏小

圖2 彈性吊索張力偏大

在彈性吊索范圍內(nèi),彈性吊索和與其相關(guān)聯(lián)的承力索、彈性吊索吊弦，與其間接相連的相鄰吊弦、接觸線、定位器、定位管吊線等構(gòu)成相互關(guān)聯(lián)相互影響的系統(tǒng)。彈性吊索必須在承力索架設(shè)完成后初安裝,初安裝是使其張力達(dá)到2.8～3 kN,定位裝置及其兩側(cè)跨距的吊弦均安裝完成后才能調(diào)整彈性吊索,調(diào)整是使其張力達(dá)到3.5 kN。從中錨向兩側(cè)調(diào)整彈性吊索,調(diào)整時(shí)不得抬高接觸線,以免使吊弦卸載。半個(gè)錨段內(nèi)只允許一組人員用專用拉力計(jì)調(diào)整彈性吊索。安裝彈性吊索時(shí),應(yīng)將其中錨(硬錨)側(cè)一端用彈性吊索線夾緊固好,另一端用彈性吊索專用拉力計(jì)進(jìn)行張拉。在嚴(yán)格遵循施工工藝和施工流程的基礎(chǔ)上,彈性吊索的張力控制最為重要?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明,如果改變彈性吊索張力,該彈性吊索范圍內(nèi)的彈性、接觸線高度、彈性吊索吊弦、彈性吊索兩側(cè)跨距導(dǎo)高、定位器坡度均發(fā)生變化。在確定吊弦測(cè)量、計(jì)算、預(yù)配、安裝都準(zhǔn)確無誤，棘輪補(bǔ)償裝置都能正常工作,接觸網(wǎng)靜態(tài)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)某彈性吊索范圍內(nèi)導(dǎo)高有問題,則一般可判斷是該彈性吊索張力不夠或超標(biāo)。

2.3 無交叉式線岔安裝技術(shù)

德國高速鐵路采用的是交叉式線岔,無交叉線岔則分為以日本為代表的無交叉式線岔和以法國為代表的“第三組輔助懸掛式線岔”,具體采用形式以道岔和受電弓尺寸而定。武廣鐵路客運(yùn)專線在正線為18號(hào)道岔,站線為18號(hào)道岔和12號(hào)道岔,接觸網(wǎng)布置形式為正線采用無交叉布置,站線采用交叉式布置。

武廣鐵路客運(yùn)專線正線18號(hào)道岔無交叉平面布置形式如圖3所示。

圖3 無交叉平面布置(單位：m)

由于道岔處鋼軌沒有超高,所以各自線路中心線與駛?cè)朐摼€的受電弓中心軌跡相重合。接觸網(wǎng)道岔柱B位于導(dǎo)曲線兩內(nèi)軌軌距150 mm處,正線接觸線拉出值為400 mm,側(cè)線拉出值為1 100 mm,較正線抬高120 mm,側(cè)線過岔以后抬高下錨。支柱A位于兩線間距1 400 mm處,拉出值均為正定位150 mm,導(dǎo)高5 300 mm。600 mm至1 050 mm及抬升150 mm構(gòu)成的空間區(qū)域?yàn)槭加|區(qū),始觸區(qū)范圍內(nèi)禁止安裝除吊弦線夾外的任何線夾內(nèi)金具。

當(dāng)機(jī)車沿正線通過時(shí),考慮受電弓最外端尺寸的半寬為975 mm,擺動(dòng)250 mm,所以機(jī)車受電弓靠側(cè)線側(cè)最外端距正線線路中心為：975+250=1 225 mm。而側(cè)線導(dǎo)線距正線線路中心為1 100+150=1 250 mm,因此受電弓從正線導(dǎo)線上滑過時(shí)不會(huì)觸及側(cè)線導(dǎo)線，與側(cè)線接觸網(wǎng)無關(guān)。

當(dāng)機(jī)車由正線駛?cè)雮?cè)線時(shí),在接觸瞬間,因?yàn)檎€導(dǎo)線低,側(cè)線導(dǎo)線高,所以受電弓逐漸由低側(cè)導(dǎo)線過渡到高側(cè)導(dǎo)線,隨著側(cè)線導(dǎo)線坡度的降低,使受電弓慢慢脫離正線,形成順滑的平穩(wěn)過渡。能保證受電弓不會(huì)碰到側(cè)線接觸線,其弓網(wǎng)關(guān)系與區(qū)間正線完全一致。

當(dāng)機(jī)車從側(cè)線駛?cè)胝€時(shí),由于此時(shí)側(cè)線導(dǎo)線是逐漸升高的,受電弓倒角在始觸區(qū)適當(dāng)位置與正線自然接觸,隨著側(cè)線導(dǎo)線坡度的影響,受電弓慢慢脫離側(cè)線而進(jìn)入正線。當(dāng)受電弓的滑板倒角部分能接觸其正線接觸線時(shí),正線接觸線才能最終經(jīng)受電弓滑板弓角的導(dǎo)引而產(chǎn)生使受電弓頂面安全降低滑至正線的作用,從而不發(fā)生弓網(wǎng)故障。

吊弦采用可調(diào)式吊弦,機(jī)算吊弦僅供參考。始觸區(qū)前550～600 mm處安裝交叉吊弦一組,交叉吊弦的應(yīng)用可使受電弓接近始觸區(qū)時(shí)對(duì)本線的抬升轉(zhuǎn)化為非接觸支的相應(yīng)增高,從而防止鉆弓和較少磨耗。無交叉式線岔施工時(shí),必須嚴(yán)格根據(jù)鐵道線路、機(jī)車受電弓的上下振動(dòng)及左右擺動(dòng)量、接觸線高度等綜合計(jì)算確定受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線,待整個(gè)岔群區(qū)域的動(dòng)態(tài)包絡(luò)線檢測(cè)合格后再換成正式吊弦。

2.4 接觸線平順性施工技術(shù)

高速鐵路接觸線要求有高度的平順性,接觸線不得有硬彎波浪彎等現(xiàn)象,這就要求必須采用恒張力架線。采用恒張力架線車架線過程中張力偏差不允許超過10%,架線張力應(yīng)根據(jù)接觸線材質(zhì),線的拉拔力,線在線盤上的纏繞力等因素決定。見表1。

表1 部分國家高速鐵路接觸線架設(shè)張力

架設(shè)承力索接觸線的“S”鉤帶有防止線索磨損的塑料套,架設(shè)接觸線時(shí)應(yīng)在每跨懸掛3～4個(gè)“S”鉤滑輪,以保證接觸線的平直度符合要求。在架線車上加裝接觸線調(diào)直器,小輪給接觸線側(cè)向壓力測(cè)量放線張力使接觸線形成新的細(xì)彎通過調(diào)直器后調(diào)直。設(shè)定放線張力8 kN,放線速度保持3～5km/h勻速行駛不停車。放線車采用電子傳感器及計(jì)算機(jī)控制。放線后為防止線面扭面,應(yīng)立即從中錨開始向下錨兩端卡絕緣。放線后接觸線的平直度要用塞尺進(jìn)行檢測(cè),波浪彎不得超過0.1 mm。

2.5 施工工序流程

施工工序流程：支柱安裝→附加線架設(shè)→參數(shù)測(cè)量→支持結(jié)構(gòu)計(jì)算、預(yù)配→支持結(jié)構(gòu)安裝→下錨補(bǔ)償裝置安裝→承力索架設(shè)→承力索中心錨結(jié)安裝→承力索倒鞍子→彈性吊索初裝→接觸線架設(shè)→承力索高度測(cè)量→吊弦計(jì)算、預(yù)制，彈性吊弦預(yù)制→接觸線中心錨結(jié)安裝→定位裝置安裝，吊弦安裝、彈性吊索調(diào)整→防風(fēng)拉線和定位管斜吊線安裝調(diào)整→下錨絕緣子安裝和墜砣高度調(diào)整→電連接安裝→設(shè)備安裝、接地裝置及標(biāo)志牌安裝→靜態(tài)檢測(cè)→缺點(diǎn)整改→動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

武廣鐵路客運(yùn)專線與普速鐵路接觸網(wǎng)施工工序流程的區(qū)別主要在以下幾方面：

(1)所有附加線架設(shè)完以后才測(cè)量支柱的有關(guān)參數(shù)(用于腕臂和吊弦計(jì)算),否則附加懸掛架設(shè)后將引起支柱撓度的變化,并進(jìn)一步造成已調(diào)整的接觸懸掛位置的改變,在困難地段尤其是小半徑曲線處,隧道口附加線負(fù)載較大時(shí)更要注意。

(2)承力索高度的測(cè)量要在接觸線架設(shè)完成12 h以后進(jìn)行,因?yàn)榇藭r(shí)支柱撓度和支持結(jié)構(gòu)才得以穩(wěn)定,測(cè)量計(jì)算結(jié)果就更精確。

(3)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)車以若干等級(jí)速度進(jìn)行檢測(cè),直到線路允許的最高速度進(jìn)行弓網(wǎng)關(guān)系檢測(cè)。因?yàn)橛械娜毕菰诘退贂r(shí)檢測(cè)不到,只有在高速時(shí)才表現(xiàn)出來。

2.6 弓網(wǎng)關(guān)系檢測(cè)技術(shù)

弓網(wǎng)關(guān)系檢測(cè)的目的是確保高質(zhì)量的電能傳輸。目前,歐洲國家均把弓線間的接觸力作為評(píng)價(jià)受電弓良好取流的決定性指標(biāo)。因?yàn)榻佑|力過小或?yàn)榱銜r(shí),受電弓與接觸線間的電阻增大,就會(huì)出現(xiàn)電火花以致引起受電弓滑板和接觸線燒蝕,產(chǎn)生噪聲以及高頻電磁波干擾；接觸力過大時(shí),受電弓與接觸線之間的機(jī)械磨耗加劇,將縮短受電弓和接觸線的使用壽命,而離線率和電火花是不能反映接觸力過大的缺陷的。

國外多年的理論研究、試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明,接觸網(wǎng)靜態(tài)特性優(yōu)異是保證接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性良好的先決條件,受電弓滑行速度越快,對(duì)接觸網(wǎng)的靜態(tài)特性要求就越高,施工精度要求也越嚴(yán)。因此,接觸網(wǎng)工程竣工后應(yīng)該先進(jìn)行靜態(tài)特性檢測(cè),用配備接觸網(wǎng)靜態(tài)檢測(cè)設(shè)備的車輛連續(xù)檢測(cè)接觸線的靜態(tài)位置(導(dǎo)高及拉出值)和靜態(tài)抬升量(用于評(píng)判接觸懸掛的彈性不均勻度)。實(shí)踐證明,靜態(tài)檢測(cè)出的缺陷(如接觸線高度和彈性吊索張力超標(biāo))沒有被消除時(shí),動(dòng)態(tài)檢測(cè)該處時(shí)同樣會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。在消除靜態(tài)檢測(cè)缺陷后,接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)車以若干速度等級(jí)直至線路允許最高速度進(jìn)行弓網(wǎng)關(guān)系檢測(cè)。從安全方面考慮，只有將低速度的缺陷消除后才可進(jìn)行高速的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

在武廣鐵路客運(yùn)專線竣工后首先用BB公司的靜態(tài)無接觸式檢測(cè)設(shè)備對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行掃描檢測(cè),該設(shè)備安裝在061號(hào)動(dòng)車上。由于該設(shè)備采用的是無接觸式光學(xué)檢測(cè),測(cè)量結(jié)果以曲線的形式顯示,精確到了每根吊弦,檢測(cè)精度極高。圖4是安裝在車頂上的光學(xué)測(cè)量臺(tái)。

圖4 光學(xué)檢測(cè)設(shè)備

圖5是靜態(tài)檢測(cè)岳陽—汨羅區(qū)間40號(hào)～26號(hào)支柱拉出值的一段曲線變化圖。

圖5 拉出值曲線

從這段曲線變化圖上可以很清楚的看出，40號(hào)支柱拉出值超標(biāo)為400 mm,36號(hào)支柱拉出值為-150 mm,32號(hào)支柱拉出值為120 mm,30號(hào)支柱拉出值為-350 mm。

圖6是接觸線高度靜態(tài)檢測(cè)的一段曲線變化圖。

圖6 接觸線高度曲線

從該曲線變化上可以看出，在這4跨內(nèi)接觸線高度都在5 290～5 300 mm,相鄰吊弦高差都在5 mm之內(nèi),接觸網(wǎng)也比較平滑。

2.7 施工組織管理

施工組織管理的最主要特點(diǎn)是“施工人員專業(yè)化”和“相關(guān)專業(yè)施工配合默契”?！笆┕と藛T專業(yè)化”的內(nèi)涵之一是根據(jù)施工工序,分別組成測(cè)量組、計(jì)算組、預(yù)配組、安裝組、架線組、懸掛調(diào)整組、設(shè)備安裝組和檢測(cè)組等多個(gè)專業(yè)化作業(yè)組。專業(yè)化作業(yè)組的作業(yè)人員經(jīng)過長期的反復(fù)實(shí)踐,操作技能和作業(yè)效率均逐步得到提高,從而確保高速鐵路接觸網(wǎng)所要求的施工作業(yè)高精度和盡可能小的作業(yè)誤差離散性。內(nèi)涵之二是各個(gè)專業(yè)化作業(yè)組的人員及其工作分工要相對(duì)固定,以便進(jìn)一步控制作業(yè)誤差的離散性?！跋嚓P(guān)專業(yè)施工配合默契”主要是指接觸網(wǎng)專業(yè)與鐵道線路專業(yè)配合默契。

3 結(jié)語

我國能滿足350 km時(shí)速的武廣鐵路客運(yùn)專線即將交付使用,這在我國的鐵路發(fā)展史上具有里程碑的意義,它標(biāo)志著我國已跨入了世界一流高速鐵路的行列,也為我國以后鐵路的發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但目前我國在高速接觸網(wǎng)的施工組織,施工技術(shù)管理,施工工藝,機(jī)具及儀器儀表等方面的配套尚不足,根據(jù)我國的實(shí)際情況,消化并吸收國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),對(duì)我國的接觸網(wǎng)進(jìn)行深入的研究并做好技術(shù)儲(chǔ)備。

[1] 于萬聚.電氣化鐵路接觸網(wǎng)CAD系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社,1998.

[2] 于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社,2003.

[3] 朱飛雄.接觸網(wǎng)不占用封閉線路超拉[J].電氣化鐵道,1995(3).

[4] 李 偉.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].北京：中國鐵道出版社,2003.