朱飛雄

(鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，北京 100038)

為滿足高速鐵路的高精確度、高平順性、高穩(wěn)定性、高可靠性、高安全性等五大要求，《高速鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)［2010］241號(hào))［1］在原《客運(yùn)專線鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南》［2］(以下簡稱《客專電牽施工指南》)的基礎(chǔ)上，充分吸納京津、武廣、鄭西、合寧、石太、海南東環(huán)等高速鐵路的建設(shè)、運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，取得大量技術(shù)創(chuàng)新成果。

1 首次應(yīng)用精密測量控制網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電牽施工高精確度

《高速鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南》(以下簡稱《高鐵電牽施工指南》)與原《客專電牽施工指南》的最大不同點(diǎn)是新增了“施工測量”章，首次要求高速鐵路電牽工程施工從開工測量到開通運(yùn)營的全過程都必須充分應(yīng)用精密工程測量技術(shù)——精密測量控制網(wǎng)(以下簡稱精測網(wǎng))，實(shí)現(xiàn)高速鐵路電牽工程施工高精確度，確保全線接觸懸掛具有持久的高平順性，保證牽引變電所內(nèi)的設(shè)備基礎(chǔ)與上下行鐵道線路、牽引變電所房屋基礎(chǔ)等的空間位置坐標(biāo)協(xié)調(diào)匹配。

1.1 精測網(wǎng)與接觸網(wǎng)施工的關(guān)系

我國過去的普通鐵路測量沒有建立一套完整的控制測量系統(tǒng)，各級(jí)控制網(wǎng)測量精度主要根據(jù)線下工程施工控制要求而制定，路基設(shè)計(jì)基本不考慮路基沉降控制，路基沉降通過補(bǔ)充道砟等方式補(bǔ)救。軌道鋪設(shè)和運(yùn)營不以控制網(wǎng)為基準(zhǔn)按設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行絕對(duì)定位，而是按線下工程施工現(xiàn)狀采用相對(duì)定位。這種鋪軌方法因測量誤差的累積，往往造成軌道幾何參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)相差甚遠(yuǎn)。例如，某時(shí)速200 km鐵路提速改造工程的某圓曲線半徑與設(shè)計(jì)半徑相差幾百米，大半徑的長曲線變成了多個(gè)不同半徑圓曲線的組合，緩和曲線、夾直線長度不夠，曲線五大樁位置與設(shè)計(jì)位置相差很大，縱斷面整坡變成了很多碎坡等。秦沈客運(yùn)專線鐵路工程開始重視路基沉降控制，但其標(biāo)準(zhǔn)比無砟軌道低得多，其工后沉降不能滿足無砟軌道鋪設(shè)要求。

高速鐵路是一項(xiàng)集多種先進(jìn)技術(shù)于一體的龐大系統(tǒng)工程，各施工專業(yè)間有著內(nèi)在緊密聯(lián)系和大量信息交換。高速鐵路無砟軌道測量控制網(wǎng)的精度在滿足線下工程施工控制測量要求的同時(shí)必須滿足軌道鋪設(shè)精度要求，無砟軌道的絕對(duì)定位由各級(jí)平面高程控制網(wǎng)組成的測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，從而保證軌道與線下工程路基、橋梁、隧道、站臺(tái)等的空間位置坐標(biāo)、高程互相協(xié)調(diào)匹配。接觸網(wǎng)工程的接觸線高度、拉出值等大量幾何參數(shù)是以軌道幾何參數(shù)為基準(zhǔn)。由于工期緊張等原因，我國普通鐵路接觸網(wǎng)施工不可能在軌道工程竣工后才開始，這經(jīng)常造成接觸網(wǎng)幾何參數(shù)隨軌道幾何參數(shù)變化而大量、反復(fù)重新調(diào)整。高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工需迫切解決的主要問題是:如何運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想和方法，研究優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)方案和施工工藝工法，在工期緊張、軌道未達(dá)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)生以往普通鐵路接觸網(wǎng)隨軌道幾何參數(shù)變化而大量反復(fù)調(diào)整的現(xiàn)象。《鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)》(TG/04—2009)［3］規(guī)定:“應(yīng)建立勘測設(shè)計(jì)、工程施工和運(yùn)營維護(hù)'三網(wǎng)合一'的精密測量控制網(wǎng)?？睖y設(shè)計(jì)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)?！本珳y網(wǎng)為站前工程施工、竣工驗(yàn)收和運(yùn)營維護(hù)提供了坐標(biāo)基準(zhǔn)，也為接觸網(wǎng)施工高精度創(chuàng)造了充要條件。

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

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(jì)算安裝、吊弦測量計(jì)算安裝、接觸網(wǎng)檢測精調(diào)等均應(yīng)以線路軌道橫、縱斷面設(shè)計(jì)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(yùn)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)基樁通常分別設(shè)置在橋梁防撞墻和隧道電纜槽的線路側(cè)面;路基地段的軌道控制網(wǎng)(CPⅢ)基樁一般在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)澆筑的同時(shí)，由設(shè)計(jì)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。通過高速鐵路精測網(wǎng)基樁參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的線路參數(shù)、曲線樁位置坐標(biāo)值及曲線參數(shù)值，可以精確計(jì)算確定接觸網(wǎng)支柱側(cè)面限界、支柱基礎(chǔ)面相對(duì)于低軌面的高差、外軌超高等，作為接觸網(wǎng)施工和復(fù)核站前專業(yè)施工的接觸網(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(diǎn)，可測量隧道內(nèi)接觸網(wǎng)的預(yù)埋槽道、錨栓、下錨斷面位置，可核查路基、橋梁上接觸網(wǎng)支柱及拉線基礎(chǔ)位置是否符合設(shè)計(jì)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)支柱垂直線路中心線偏差及上部孔位的準(zhǔn)確性、隧道內(nèi)吊柱及錨栓的施工偏差，可測量并計(jì)算吊弦長度。在接觸網(wǎng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中，根據(jù)CPⅢ精測網(wǎng)數(shù)據(jù)和線路擬合參數(shù)，可進(jìn)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。

京津城際鐵路接觸網(wǎng)下部工程施工在路基、軌道尚未穩(wěn)定的情況下，全線約5 000根接觸網(wǎng)H形鋼柱基礎(chǔ)以精測網(wǎng)為基準(zhǔn)，采用全站儀對(duì)其高程精確定位。合武高速鐵路接觸網(wǎng)施工利用精測網(wǎng)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料進(jìn)行精確測量，與站前工程進(jìn)行交叉施工，在線、橋、隧基本成形還沒有上砟鋪軌之前完成了大量的工作。

2 首次提出接觸線平直度要求，實(shí)現(xiàn)接觸線的高平順性

接觸線平順性包括接觸線相對(duì)軌面的高度、接觸線平直度等要求。與軌道“長波”、“短波”高平順性要求類似，一個(gè)工程項(xiàng)目全線的接觸線(“長波”)、局部接觸線(“短波”)、相鄰局部接觸線之間均應(yīng)達(dá)到高平順。

2.1 接觸線相對(duì)軌面的高度

《高鐵電牽施工指南》對(duì)接觸線相對(duì)軌面的高度的相關(guān)要求如下。

(1)軌道調(diào)整完成后，接觸線懸掛點(diǎn)距軌面的高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求(全線數(shù)百乃至上千米的“長波”)，施工允許偏差±30 mm，且應(yīng)同時(shí)符合下列(局部、“短波”)要求:

①相鄰跨距(100 m左右的“短波”)接觸線高度變化允許偏差不得大于20 mm(不超出如圖1所示陰影范圍)，即:本跨距與相鄰跨距接觸線高度變化趨勢相同(同向)時(shí)，本跨距兩懸掛點(diǎn)接觸線高度允許偏差±20 mm;本跨距與相鄰跨距接觸線高度變化趨勢不同(異向)時(shí)，本跨距兩懸掛點(diǎn)接觸線高度允許偏差±10 mm。

圖1 相鄰跨距接觸線高度變化允許偏差示意

②1個(gè)跨距內(nèi)(50 m左右的“短波”)兩相鄰吊弦處的接觸線高度差不得大于10 mm。

③定位點(diǎn)兩側(cè)第1吊弦范圍內(nèi)(10 m左右的“短波”)接觸線高度應(yīng)相等，相對(duì)該定位點(diǎn)的接觸線高度施工允許偏差±10 mm，且不得出現(xiàn)“V”形(圖2)，以免該定位點(diǎn)處的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力超標(biāo)。

圖2 定位點(diǎn)兩側(cè)第1吊弦范圍內(nèi)接觸線高度施工允許偏差范圍示意

(2)接觸線工作支懸掛點(diǎn)高度變化時(shí)，時(shí)速250 km接觸線坡度不得大于1‰，坡度變化率不得大于0.5‰;時(shí)速300 km及以上接觸線坡度為0。

施工時(shí)應(yīng)高度重視接觸線坡度變化率。為避免列車通過軌道變坡點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生不利于列車運(yùn)行的車輛振動(dòng)和局部加速度，軌道線路縱斷面上的變坡點(diǎn)處不允許形成折線，而應(yīng)采用豎曲線。與輪軌關(guān)系類似，接觸線的高度發(fā)生變化時(shí)(如接觸網(wǎng)在低凈空立交橋下通過)，在變坡點(diǎn)處，接觸線高度應(yīng)以緩和曲線形式過渡，接觸線的坡度不允許從0(即接觸線平行于軌面)突然轉(zhuǎn)換到某個(gè)較大的坡度值，即接觸線坡度變化率應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 接觸線平直度

《高鐵電牽施工指南》首次提出接觸線平直度要求，以使接觸懸掛具有良好的靜態(tài)特性，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求的接觸懸掛動(dòng)態(tài)性能奠定基礎(chǔ)。

最先在高速鐵路采用銅鎂合金接觸線的德國，曾因銅鎂合金接觸線架設(shè)張力小于工廠繞線張力導(dǎo)致接觸線出現(xiàn)大量硬彎，列車高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量電弧。銅鎂合金接觸線的硬度大，其出現(xiàn)硬彎后難以整治到滿足列車高速運(yùn)行時(shí)的弓網(wǎng)受流要求，因此不得不整錨段更換。德國鐵路公司與工程總包公司、接觸線生產(chǎn)廠家等共同對(duì)此深入研究認(rèn)為:“0.1 mm/m及以上硬彎的銅鎂合金接觸線不能滿足列車運(yùn)行時(shí)速300 km及以上要求，采用銅鎂合金接觸線專用整直器使硬彎不大于0.1 mm/m后，電弧不再產(chǎn)生?！蔽覈咚勹F路建設(shè)實(shí)踐證明，接觸網(wǎng)工程不論采用銅鎂或銅錫合金接觸線，只要嚴(yán)格遵照《高鐵電牽施工指南》對(duì)接觸線架設(shè)的相關(guān)要求，接觸線硬彎不大于0.1 mm/m平直度可以達(dá)到。

(1)架設(shè)前應(yīng)根據(jù)恒張力架線車類型、接觸線類型要求在恒張力架線車上安裝接觸線調(diào)直器。

(2)接觸線應(yīng)采用恒張力架線，架線張力應(yīng)根據(jù)恒張力架線車類型、線材材質(zhì)等因素選取，且不應(yīng)小于繞線張力，架線張力偏差不得大于8%。

(3)接觸線架線速度宜為3～5 km/h并應(yīng)保持勻速，中途不應(yīng)停車。

(4)接觸線架設(shè)應(yīng)在每個(gè)跨距內(nèi)均勻懸掛不少于4個(gè)帶有滑輪的工具吊弦。

(5)接觸線架設(shè)完成后，應(yīng)使用接觸線專用檢測尺和塞尺對(duì)接觸線平直度進(jìn)行檢測，每300 m檢測1處，最大空氣間隙(即接觸線平直度)不應(yīng)大于0.1 mm/m。

(6)接觸線架設(shè)完成后，應(yīng)在48 h內(nèi)安裝中心錨結(jié)和定位器，以防接觸線新線蠕變過程中發(fā)生扭面。

接觸線架設(shè)前應(yīng)檢查放線架的線軸直徑是否與線盤的軸孔匹配，以免間隙過大而導(dǎo)致放線后產(chǎn)生硬彎;架線作業(yè)人員應(yīng)訓(xùn)練有素并成立專門的架線作業(yè)組;接觸線架設(shè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不應(yīng)走走停停，否則制動(dòng)線盤或停車后啟動(dòng)時(shí)，因線盤慣性易導(dǎo)致接觸線硬彎且無法完全整直(速度變化導(dǎo)致線盤張力變化。如果單位時(shí)間的速度變化量超過一定范圍，將導(dǎo)致線盤張力變化過大)。

3 高度重視高速接觸網(wǎng)特性，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高穩(wěn)定性

除重載電氣列車外，我國普通鐵路電氣列車取流一般小于400 A。與普通鐵路相比，高速鐵路接觸網(wǎng)工作電流和短路電流成倍增加、接觸懸掛振動(dòng)的幅度和頻率顯著加大;線材、零部件及電氣設(shè)備更加容易發(fā)熱燒損;接觸網(wǎng)部件間的電位差更大，更易出現(xiàn)打火花等。例如，16輛編組的CRH3型動(dòng)車組在運(yùn)行時(shí)速300 km時(shí)，總裝機(jī)容量約23 400 kVA，單車電流約936 A;時(shí)速350 km時(shí)，總裝機(jī)容量約29 500 kVA，單車電流約1 180 A;時(shí)速380 km與350 km相比，速度增加約8.6%，電流增大約20%。

3.1 緊固力矩與導(dǎo)流能力

高速鐵路如果出現(xiàn)接觸網(wǎng)(吊弦、定位等)線夾松動(dòng)、墊片丟失等，后果將比普通鐵路更加嚴(yán)重。例如，某高速鐵路因?yàn)榻佑|線電連接線夾壓接不牢脫落，發(fā)生多起弓網(wǎng)故障、中斷列車供電。

電力脂不僅在線索與線夾之間起潤滑作用，而且能加強(qiáng)它們間的電氣接觸和導(dǎo)流能力。因此，德國鐵路要求在可能出現(xiàn)大電流(或短路電流)的接觸網(wǎng)連接處涂電力脂。

為確保高速鐵路電氣主導(dǎo)電回路的導(dǎo)電能力、實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高穩(wěn)定性，《高鐵電牽施工指南》一是要求“所有預(yù)配件、零部件中螺栓應(yīng)采用力矩扳手緊固，緊固力矩、防松措施應(yīng)符合設(shè)計(jì)或產(chǎn)品技術(shù)要求?！倍且蟪跸覊航犹坠芡?，吊弦線夾、電連接線夾、定位線夾、其他在正常和短路情況下通過大電流的線夾以及開關(guān)觸頭間，均必須在其與線索的接觸面處先除去臟污，然后涂抹導(dǎo)電脂;在預(yù)配腕臂時(shí)，平腕臂管、斜腕臂管和定位管的螺紋上也要涂抹上薄薄一層導(dǎo)電脂。

3.2 溫度變化與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

溫度變化將引起金屬導(dǎo)體熱脹冷縮，大電流通過金屬導(dǎo)體而發(fā)熱是接觸網(wǎng)的重要特性之一。溫度變化時(shí)，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)保持穩(wěn)定，其幾何位置不得超出規(guī)定范圍。我國北方地區(qū)最低氣溫可達(dá)-40℃，接觸網(wǎng)正常工作時(shí)可允許銅合金接觸線溫度最大升高到80℃，接觸線溫度變化可達(dá)120 K(即-40℃至+80℃)，因此，《高鐵電牽施工指南》要求腕臂和定位裝置、下錨補(bǔ)償裝置、承力索中心錨結(jié)、電連接線和開關(guān)引線等的安裝均應(yīng)考慮接觸懸掛的線索達(dá)到最大允許溫度時(shí)的情況。例如，《高鐵電牽施工指南》首次要求承力索中心錨結(jié)繩按設(shè)計(jì)安裝曲線施工。此量化規(guī)定比以往“承力索中心錨結(jié)繩弛度應(yīng)小于或等于所在跨距承力索的弛度”的定性要求更嚴(yán)，可避免最低氣溫時(shí)承力索中錨繩的張力過大而影響中錨柱的安全。

4 充分研究定位裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)運(yùn)行高可靠性

定位裝置是列車運(yùn)行中與受電弓最接近的部件之一，不妨礙受電弓順利通過是對(duì)定位器最基本的要求。我國高速鐵路設(shè)計(jì)一般采用限位定位裝置。限位定位裝置的功能之一是防止因定位器的過度抬升造成打弓。限位定位器的限位間隙或坡度太大，則列車高速運(yùn)行時(shí)，定位點(diǎn)處弓網(wǎng)接觸力將可能過大、接觸線和受電弓磨損加劇;限位定位器的限位間隙或坡度偏小，則接觸線在標(biāo)準(zhǔn)允許的正常范圍內(nèi)抬升時(shí)，定位器限位功能也可能起作用，使定位點(diǎn)處弓網(wǎng)接觸力過大、接觸線和受電弓磨損加劇。因此，《高鐵電牽施工指南》規(guī)定:限位定位器傾斜度與定位管的坡度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，限位間隙允許偏差為±1 mm。

5 不斷加強(qiáng)弓網(wǎng)靜態(tài)檢測力度，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)運(yùn)營高安全性

國內(nèi)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。接觸網(wǎng)工程竣工后應(yīng)先進(jìn)行靜態(tài)特性檢測。若靜態(tài)檢測出的缺陷沒有被消除時(shí)，則動(dòng)態(tài)檢測該處所時(shí)同樣會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。因此，《高鐵電牽施工指南》規(guī)定:接觸網(wǎng)工程竣工后，應(yīng)采用非接觸式接觸網(wǎng)檢測車或綜合檢測列車對(duì)接觸網(wǎng)幾何參數(shù)進(jìn)行檢測。非接觸式接觸網(wǎng)檢測車運(yùn)行時(shí)速宜為20～80 km，綜合檢測列車檢測前應(yīng)用接觸網(wǎng)檢測車對(duì)接觸網(wǎng)空間安全參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，運(yùn)行時(shí)速80～160 km。

上述規(guī)定與《客貨共線鐵路電力牽引供電工程施工技術(shù)指南》［4］有關(guān)接觸網(wǎng)靜態(tài)檢測的主要區(qū)別如表1所示。

表1 高速鐵路與普通鐵路有關(guān)接觸網(wǎng)靜態(tài)檢測的主要區(qū)別

6 結(jié)語

我國鐵路通過自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，在世界上首次實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)與兩列時(shí)速350 km動(dòng)車組聯(lián)掛升雙弓運(yùn)行。我國石太、合寧及其他時(shí)速250 km高速鐵路按時(shí)速250 km動(dòng)車組和雙層集裝箱貨物列車共線運(yùn)行設(shè)計(jì)，這在世界上沒有先例，但截至目前這些鐵路除進(jìn)行過雙層集裝箱貨物列車運(yùn)行試驗(yàn)和弓網(wǎng)模擬外，均尚未大量運(yùn)行雙層集裝箱貨物列車。因此，在各種工況(如最大允許運(yùn)行風(fēng)速)和接觸線高度6.45 m情況下，接觸網(wǎng)施工如何滿足受電弓動(dòng)態(tài)包絡(luò)線要求，確保時(shí)速250 km動(dòng)車組和雙層集裝箱貨物列車共線運(yùn)行安全，將可能成為高速鐵路接觸網(wǎng)工程施工的研究課題。

［1］鐵建設(shè)［2010］241號(hào)，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.

［2］經(jīng)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)［2007］103號(hào)，客運(yùn)專線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，2007.

［3］中華人民共和國鐵道部.TG/04—2009 鐵路客運(yùn)專線技術(shù)管理辦法(試行)(300～350 km/h部分)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［4］經(jīng)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)［2008］30號(hào)，客貨共線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，2008.