高速电气化铁路接触网施工技术综述

高速电气化铁路接触网施工技术综述

0设计概念的创新国内京开铁路、武广铁路、上海港铁路、京上海铁路等高速铁路接触网技术借鉴欧洲高速铁路建设标准，充分吸收德国电气化技术，逐步创新中国特色的设计工具。为确保接触网施工满足设计要求,必须对高速接触网施工技术,尤其是一些关键技术进行攻关研究。1高速电气化铁路接触网的施工技术特点当今世界各发达国家对高速电气化铁路接触网技术研究不尽相同。日本作为世界上第一条高速铁路的建设者,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。法国采用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。德国具有代表性的弹性链形悬挂方式能保证弓网受流质量良好,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、施工工艺及施工方法作为指导施工的依据。国内电气化铁路的发展也随着国民经济的发展不断向高速领域推进,先后建成了多条不同速度等级的电气化铁路。高速电气化铁路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。这些关键部位应用的新装置、新技术,给施工安装和调试提出了一个全新的课题。2高速连接网络建设的关键技术2.1支柱参数测量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。施工中,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3次测量,分别建立CPⅠ、CPⅡ、CPⅢ三级精确测量网,其中CPⅠ、CPⅡ为线路工程施工测量网,而CPⅢ精测网为无砟轨道施工用网,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CPⅢ精测网进行测量。CPⅢ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CPⅢ精测网平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,在支柱处标出轨面红线,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,关系到整体吊弦安装后是否能保证接触线平直并良好受流。采用CPⅢ精测网测量对提高高速铁路路基地段、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良好的效果,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、整体吊弦安装误差、提高精度起到了重要作用。2.2槽道安装技术高速铁路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。隧道吊柱所用槽道在隧道土建施工时已预埋,电气化专业需做好预埋配合工作和预埋后技术标准检查等工作。槽道预埋的好坏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。武广高速铁路施工中,由站前单位负责预埋隧道吊柱槽道,接触网专业检查时发现较多的预埋问题,主要是同组槽道2个滑槽不够平行,间距不一样,造成八字形等形状偏差,吊柱底座螺栓无法准确安装进槽道;安装的槽道与线路不垂直,如果安装吊柱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,吊柱底座螺栓无法准确安装。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≤5mm。(2)槽道平行偏差,指2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/m。(3)槽道垂直线路左右偏差,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)单根槽道倾斜偏差,单根槽道穿T型螺栓的2个小面嵌入偏差值≤3mm。对于线路铺轨前隧道吊柱安装,采用现场组装作业台方式,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,吊柱安装到位后须立即测量吊柱的斜率和限界值,如不符合要求须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:隧道高度变化时,隧道吊柱每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0.5%~1%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0%~0.5%;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0%~0.5%。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为曲线外侧2700mm,直线和曲线内侧2800mm,上述条件对后续腕臂安装有较大制约,武广高速铁路原隧道内装配安装高度及形式与隧道外一致,模拟计算发现斜腕臂上的定位环在棒式绝缘子上,这是因吊柱限界受限所致。2.3接触线的铺设和校直器安装为确保高速受流的平稳性、不间断性,高速铁路接触网要求接触网导高、高度变化率、接触线的平直度必须严格控制,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10~12kN。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钩和放线滑轮将接触线悬挂固定在承力索上。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(图1)。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,检测发现接触线还存在弯曲度,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。2.4弹性吊索张拉接触网弹性链形悬挂均匀的弹性使静态接触压力抬升恒定,并使受电弓的运行轨迹高度变化减小,充分显示了弹性吊索的安装在弓网受流性能方面的优点。弹性链形悬挂的整体性能取决于安装时弹性吊索的张力控制和调整精度,因此把弹性吊索的安装分2个阶段,一是弹性吊索的初步安装,二是弹性吊索的调整。初步安装阶段首先是把量裁到位的吊索悬挂固定到位,使其张力达到2.8~3kN,在定位装置及两侧跨距内的吊弦均安装完成后开始弹性吊索调整。弹性吊索调整从中心锚结向两侧展开,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3.5kN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。吊弦安装完成后,严格控制跨中第1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、哈大客运专线弹性测试数据,测试采用钢直尺,200N和300N弹簧拉力计测量。从表1中可见,京沪客运专线和哈大客运专线的接触网弹性不均匀系数皆小于6%,好于德国高速铁路提出的8%