王哲浩

(鐵道部建設(shè)管理司,北京 100844)

高速鐵路工程具有“高安全性、高可靠性、高精確度、高平順性、高穩(wěn)定性”要求,高速鐵路與普速鐵路接觸網(wǎng)工程施工要求的最大區(qū)別就是高精確度,要實現(xiàn)高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工的高精確度,就必須抓住控制要點,把握關(guān)鍵環(huán)節(jié),以精密的測量技術(shù)、科學(xué)的工序流程、專業(yè)的施工隊伍等實現(xiàn)高速接觸網(wǎng)的高平順性及高穩(wěn)定性。

1 高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工的控制要點

高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工的主要控制要點包括：從施工測量到聯(lián)調(diào)聯(lián)試前的全過程施工安裝及調(diào)整都必須精確測量、準(zhǔn)確定位,確保全線接觸懸掛具有持久的高平順性。充分利用精密測量控制網(wǎng)(簡稱精測網(wǎng))是實現(xiàn)高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工高精確度的重要手段,同時橋梁施工、軌道鋪設(shè)、接觸網(wǎng)支柱安裝等環(huán)節(jié)也是確保接觸網(wǎng)高精確度的重要環(huán)節(jié)。

1.1 精測網(wǎng)與接觸網(wǎng)施工的關(guān)系

高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工需迫切解決的主要問題之一就是如何用系統(tǒng)工程的思想、方法和經(jīng)驗,研究優(yōu)化施工組織設(shè)計方案和施工工藝、工法,在軌道未達到竣工狀態(tài)、甚至軌道未鋪設(shè)的情況下就開始接觸網(wǎng)基礎(chǔ)施工、腕臂安裝和懸掛調(diào)整,并避免發(fā)生以往普速鐵路接觸網(wǎng)隨軌道幾何參數(shù)變化而大量反復(fù)調(diào)整的問題。高速鐵路有關(guān)設(shè)計、施工標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：應(yīng)建立勘測設(shè)計、工程施工和運營維護“三網(wǎng)合一”的精密測量控制網(wǎng)。勘測設(shè)計階段應(yīng)建立基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPⅠ)、線路控制網(wǎng)(CPⅡ)；線下工程施工完成后,應(yīng)建立軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)。精測網(wǎng)為站前工程施工、竣工驗收和運營維護提供了坐標(biāo)基準(zhǔn),也為接觸網(wǎng)施工高精度創(chuàng)造了前提條件。

1.2 在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中應(yīng)用精測網(wǎng)

精密測量是建設(shè)高質(zhì)量高速鐵路最重要、最基本的條件之一[1～3]。接觸線高度、拉出值等幾何參數(shù)是以軌道幾何參數(shù)為基準(zhǔn)的,因此新建高速鐵路接觸網(wǎng)工程從支柱基礎(chǔ)定位測量、腕臂測量計算安裝、吊弦測量計算安裝、接觸線檢測精調(diào)等均應(yīng)以線路軌道橫、縱斷面設(shè)計圖為依據(jù),接觸網(wǎng)和線路軌道專業(yè)測量都應(yīng)采用統(tǒng)一的坐標(biāo)——精測網(wǎng),并作為雙方施工和運營期間共同遵守的依據(jù)。

我國高速鐵路橋梁及隧道地段的軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)基樁通常設(shè)置在橋梁防撞墻和隧道電纜槽的線路側(cè)面,與接觸網(wǎng)支柱和隧道吊柱不在同一線路橫斷面上；路基地段的軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)基樁在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)澆筑的同時,由設(shè)計院勘測人員設(shè)置在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)或軌道專業(yè)特設(shè)的混凝土基礎(chǔ)上。

通過相關(guān)專業(yè)提供的高速鐵路精測網(wǎng)基樁參數(shù)及其對應(yīng)的線路參數(shù)、曲線樁位置坐標(biāo)值及曲線參數(shù)值,可以計算確定接觸網(wǎng)支柱側(cè)面限界、支柱基礎(chǔ)面相對于軌面的高差、外軌超高等,并作為接觸網(wǎng)施工和驗收土建專業(yè)預(yù)留的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)工程質(zhì)量的依據(jù)。根據(jù)線路控制網(wǎng)(CPⅡ)數(shù)據(jù),可確定接觸網(wǎng)車站、區(qū)間分段測量起點,可測量隧道內(nèi)接觸網(wǎng)的預(yù)留槽道、后植錨栓、下錨斷面位置,可檢查路基、橋梁上接觸網(wǎng)支柱及拉線基礎(chǔ)位置是否符合設(shè)計要求；根據(jù)軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)數(shù)據(jù),可測量核定接觸網(wǎng)支柱及基礎(chǔ)距離垂直線路中心線偏差及上部孔位準(zhǔn)確性、隧道內(nèi)吊柱及錨栓的施工偏差和測量并計算吊弦長度；在接觸網(wǎng)調(diào)整尤其是精調(diào)中,根據(jù)CPⅢ精測網(wǎng)數(shù)據(jù)和線路擬合參數(shù),可進一步分析判定軌道與接觸網(wǎng)耦合是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 高速鐵路接觸網(wǎng)工程主要施工流程

接觸網(wǎng)與土建工程施工組織應(yīng)按系統(tǒng)工程統(tǒng)籌安排。新建高速鐵路路基地段接觸網(wǎng)主要施工流程為：(路基底層施工)→接觸網(wǎng)支柱定位測量→接觸網(wǎng)基礎(chǔ)澆筑(和軌道控制基樁設(shè)置)→支柱安裝整正→附加導(dǎo)線架設(shè)→(路基表層施工)→(軌道鋪設(shè)調(diào)整)→支柱及軌道線路參數(shù)測量→腕臂計算和預(yù)配→腕臂安裝→承力索和接觸線架設(shè)→承力索高度測量→吊弦計算和預(yù)制→吊弦和定位裝置安裝→接觸網(wǎng)靜態(tài)檢測和調(diào)整→接觸網(wǎng)動態(tài)檢測和調(diào)整[2]。

為確保路基的穩(wěn)定,接觸網(wǎng)基礎(chǔ)應(yīng)在路基級配碎石鋪設(shè)前完成。高速鐵路路基底層施工完成后,專業(yè)測量人員應(yīng)以線路控制網(wǎng)(CPⅡ)為基點設(shè)置線路中線,用全站儀進行接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)定位測量,用水準(zhǔn)儀控制基礎(chǔ)面高程。當(dāng)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)由接觸網(wǎng)專業(yè)施工時,整個工程項目及其各標(biāo)段的施工組織設(shè)計必須對接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的定位測量及基礎(chǔ)坑開挖進行合理安排。工作中,路基與接觸網(wǎng)專業(yè)施工雙方應(yīng)相互協(xié)調(diào)配合,避免路基與接觸網(wǎng)專業(yè)施工的相互干擾。例如,京津城際鐵路路基專業(yè)將線路中線等向接觸網(wǎng)專業(yè)“交樁”,接觸網(wǎng)工程的專業(yè)測量人員利用精測網(wǎng)為路基專業(yè)點測出需要的位置和數(shù)據(jù),避免了二次測量所產(chǎn)生的偏差,提高了施工測量精確度。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工偏差控制

施工偏差控制是高速鐵路接觸網(wǎng)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié),高速鐵路接觸網(wǎng)施工精度要求高、施工允許偏差小。接觸網(wǎng)施工精度越高、施工偏差越小,則接觸網(wǎng)平順性越高、受電弓受流質(zhì)量越好、受電弓和接觸網(wǎng)壽命越長,越能滿足高速鐵路安全可靠和高穩(wěn)定性的要求。

2.1 控制接觸網(wǎng)施工偏差的方法

已開通的多個高速鐵路接觸網(wǎng)工程檢測結(jié)果分析表明：在施工測量、數(shù)據(jù)計算、預(yù)配加工、現(xiàn)場安裝和質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生偏差,產(chǎn)生偏差的原因有人員、機具、材料、方法、環(huán)境等因素,每個環(huán)節(jié)的偏差都是由這些方面的偏差疊加而成。

人員方面的控制。由于施工人員的技術(shù)水平、身體條件(如視力)、心理活動(如責(zé)任心)各異,所以同一道施工工序會有不同的質(zhì)量結(jié)果。控制施工人員作業(yè)質(zhì)量的有效措施是“施工人員專業(yè)化”,即根據(jù)高速鐵路接觸網(wǎng)施工特點,分別組成測量組、計算組、予配組、基礎(chǔ)施工組、安裝架線組、設(shè)備安裝組、調(diào)試檢測組等專業(yè)化作業(yè)組,且組內(nèi)人員及其工作分工相對固定。專業(yè)化作業(yè)人員經(jīng)過長期的反復(fù)實踐,熟能生巧,操作技能可以不斷提高,為高速鐵路接觸網(wǎng)施工作業(yè)高精度和更小的作業(yè)誤差離散性奠定基礎(chǔ)。

機具方面的控制。沒有先進的施工機具和檢測器具,技術(shù)水平再高的作業(yè)人員也極其困難、甚至不能滿足設(shè)計文件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的施工允許偏差。例如,用接觸線靜態(tài)參數(shù)光學(xué)測量儀取代普通的測量桿后,施工測量偏差范圍可以明顯縮小。對同一對象采用不同類型規(guī)格或雖然類型規(guī)格相同但不是同一臺儀器進行測量時,很可能發(fā)生一臺儀器的測量結(jié)果存在正偏差,而另一臺儀器的測量結(jié)果卻存在負(fù)偏差,因此對同一單位或單項工程,其測量器具也應(yīng)相對固定。

材料方面的控制。施工安裝材料都有其生產(chǎn)制造公差,因此必須考慮其影響。例如,在編制腕臂計算軟件程序、進行腕臂計算時都要考慮絕緣子等材料的生產(chǎn)制造公差,腕臂預(yù)配時將其影響消除掉,避免累計施工偏差。

施工方法的控制。施工方法即施工工藝、工法,包括施工工序流程和施工計算軟件。例如,為避免附加懸掛架設(shè)后引起支柱傾斜值變化,造成已調(diào)整的接觸懸掛位置改變,應(yīng)在附加懸掛架設(shè)后再測量(用于腕臂和吊弦計算的)支柱有關(guān)參數(shù),這點在曲線地段和接觸網(wǎng)設(shè)計張力較大時尤其要注意。

環(huán)境的控制。作業(yè)周圍環(huán)境對施工偏差也有不利影響。例如,因為超聲波在空氣中的傳播速度與環(huán)境溫度成一定函數(shù)關(guān)系,所以接觸網(wǎng)施工中使用的超聲波式測量儀器從室內(nèi)存放環(huán)境到室外測量現(xiàn)場,至少要有10 min以上適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境溫度的過程,否則測量偏差可能超標(biāo)。

2.2 消減接觸網(wǎng)施工偏差疊加的方法

消減高速鐵路接觸網(wǎng)施工偏差疊加的方法之一是避免量值傳遞的疊加偏差。例如,數(shù)據(jù)集合A是若干個施工測量值(如,支柱的側(cè)面限界及其斜率等等),數(shù)據(jù)B(如,腕臂下底座連接孔中心至斜腕臂上定位環(huán)的距離)和數(shù)據(jù)C(如,下底座連接孔中心至斜腕臂上套管絞環(huán)的距離)均是由數(shù)據(jù)集合A得出的計算值,那么計算B時就不應(yīng)以數(shù)據(jù)C作為計算元素。

方法之二是除控制人、機、料、法、環(huán)等5個方面施工偏差外,還需在接觸網(wǎng)施工測量、數(shù)據(jù)計算、預(yù)配加工、現(xiàn)場安裝和質(zhì)量檢測等5個環(huán)節(jié)控制施工偏差,并盡可能在后一環(huán)節(jié)消減前一環(huán)節(jié)的施工偏差。例如,高精度的支柱參數(shù)測量可消減支柱安裝偏差對腕臂計算產(chǎn)生的不利影響。

方法之三是嚴(yán)格控制計算偏差。計算偏差控制是高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工的關(guān)鍵和難點。接觸網(wǎng)的受力是一個復(fù)雜多變的空間力系,且接觸網(wǎng)各子系統(tǒng)之間相互影響。為實現(xiàn)測量和計算高精度,腕臂計算軟件的數(shù)學(xué)模型應(yīng)考慮下列因素,并可以通過大量的實測得到這些因素的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

(1)支柱受力變形。支柱承載后會產(chǎn)生變形(撓度),高速鐵路比普通鐵路的接觸懸掛張力明顯加大,應(yīng)在支柱承受接觸懸掛和附加導(dǎo)線的全部荷載后測量支柱參數(shù)。

(2)腕臂裝配材料受力變形。除絕緣子外,腕臂裝配其他材料為金屬件。腕臂裝配材料受力后將產(chǎn)生彈性和塑性變形,且這些零配件之間的間隙大小會改變。

為實現(xiàn)測量和計算高精度,吊弦長度計算數(shù)學(xué)模型則應(yīng)考慮下列因素。

(1)曲線地段吊弦長度變化量。懸掛點和跨中接觸線與鐵道線路中心的水平位置存在一個中矢值的差值,此值又因鐵路外軌超高的存在使接觸線距軌面連線中心的高度產(chǎn)生一個差值。

(2)鐵道線路豎曲線引起的吊弦長度變化量。

(3)接觸線設(shè)計有預(yù)留弛度、集中荷載(如絕緣子)時的吊弦長度變化量。

(4)承力索位置變化。懸掛點處的承力索水平及垂直位置應(yīng)在支柱承受接觸懸掛和附加導(dǎo)線的全部荷載后測量,以消減承力索受力后位置變化和腕臂安裝施工的偏差影響。

2.3 加強專業(yè)接口管理

要實現(xiàn)高速鐵路接觸網(wǎng)工程高精確度,在做好上述工作的同時,要做好工程測量、橋梁施工、軌道鋪設(shè)等環(huán)節(jié)的接口管理工作,并應(yīng)加強施工質(zhì)量管理和各環(huán)節(jié)的工程質(zhì)量過程控制,確保接觸網(wǎng)支柱及基礎(chǔ)安裝滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(1)加強施工測量工作。橋梁施工時應(yīng)對CPⅠ、CPⅡ控制點等進行全面復(fù)測,橋位中線控制點和線路水準(zhǔn)基點應(yīng)在橋梁施工測量前進行貫通聯(lián)測,同時,在施工期間加強CPⅠ、CPⅡ及線路水準(zhǔn)基點控制網(wǎng)復(fù)測維護工作。橋梁墩臺施工完畢、梁體架設(shè)以前,應(yīng)對全線墩臺的縱、橫向中心線、支承墊石頂高程等進行貫通復(fù)測,確保橋梁中線位置準(zhǔn)確,避免因施工測量或施工放樣誤差造成接觸網(wǎng)支柱及基礎(chǔ)與線路中線凈距不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)嚴(yán)格橋梁施工過程控制。墩臺基礎(chǔ)中心允許偏差、墩臺前后和左右邊緣距設(shè)計中心線允許偏差應(yīng)符合橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)要求；支座的支撐墊石及錨栓預(yù)留孔應(yīng)加強復(fù)測工作,確保梁體橫向偏差控制精度要求；梁體(含現(xiàn)澆梁)制造時嚴(yán)格控制橋上接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)距離梁體中心線距離,并滿足設(shè)計要求；在澆筑接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)之前應(yīng)進行復(fù)測,接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)嚴(yán)禁出現(xiàn)負(fù)偏差。對于預(yù)制架設(shè)箱梁,架設(shè)過程中更應(yīng)嚴(yán)格控制其橫向偏差。

(3)確保軌道板及接觸網(wǎng)支柱施工精度要求。軌道板鋪設(shè)前應(yīng)根據(jù)CPⅢ精測網(wǎng),對軌道板位置、橋上接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)預(yù)留位置進行復(fù)測,確保軌道板、接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)與線路中心的距離符合設(shè)計要求。在安裝接觸網(wǎng)支柱之前,應(yīng)利用CPⅢ精測網(wǎng)對接觸網(wǎng)支柱距線路中心距離進行全面測量,確保接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)位置滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)語

通過自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新,我國高速鐵路接觸網(wǎng)施工技術(shù)和管理水平有了長足進步。通過對高速鐵路接觸網(wǎng)像機械鐘表那樣精心設(shè)計、精確施工和精細(xì)保養(yǎng),嚴(yán)格控制其施工偏差,我國高速鐵路接觸網(wǎng)在世界上首次實現(xiàn)滿足雙列重聯(lián)動車組雙弓取流、350 km/h運營速度的商業(yè)運行。同時,我國普速鐵路接觸網(wǎng)工程施工也應(yīng)充分應(yīng)用精測網(wǎng),嚴(yán)格控制施工偏差,實現(xiàn)接觸網(wǎng)工程的高精確度,滿足弓網(wǎng)良好受流質(zhì)量和列車安全運行要求。

[1]TB10621—2009,高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2]TB10758—2010,高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3]鐵建設(shè)[2010]241號,高速鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[4]張彥水.武廣鐵路客運專線350 km時速接觸網(wǎng)施工關(guān)鍵技術(shù)探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(1)：184-186.

[5]王小明，李冬立.武廣鐵路客運專線站后預(yù)留接口施工質(zhì)量通病及防治方法[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2010(1).