既有高速铁路提质工程及相关施工工艺探讨

黄 勇，杜清全，吴佳轩

0 引言

高速铁路提质改造工程是推动地区经济建设，优化运输结构，实现“碳中和目标”，增强人民幸福感、获得感，全面提升客运服务质量的重要保证。

本文针对国内某条既有高速铁路接触网提质改造工程的必要性和工程卡控点进行分析，重点介绍提质改造工程项目接触网参数前期仿真测算、首锚段验证、现场施工，总结现场相关施工经验，为以后类似施工提供经验借鉴。

1 既有高速铁路接触网提质工程主要内容

既有高速铁路接触网提质工程需完成的主要工程内容为：

（1）分相磁感应器调整。既有分相磁感应器强迫点距离中性区360 m，预告点与强迫点磁感应器相距140 m。提质改造工程根据《列车过分相系统车载控制自动过分相装置（TB 3197—2018）》[1]要求进行改造施工。

（2）变电所、分区所、AT所贯通地线增加回所电缆。

（3）增加接触线张力及更换吊弦。将接触线张力由28.5 kN增加至30 kN，并同步更换锚段内整体吊弦。

2 增加接触线张力和更换吊弦必要性

2.1 增加接触线张力必要性

该既有高速铁路接触线张力为28.5 kN，承力索张力为21 kN。对不同工况下接触网相关参数进行仿真分析。

（1）工况一：两架DSA380型受电弓以 350 km/h速度通过原设计接触网，受电弓静态接触力为70 N。该工况下双弓接触力的最小值大于0，最大值小于350 N，0.3倍平均值减标准偏差大于0，均满足标准要求[2]。定位点最大抬升为103 mm，满足标准要求[2]。仿真结果见图1。

图1 工况一双弓接触力仿真

（2）工况二：两架DSA380型受电弓以 350 km/h速度通过原设计接触网，受电弓静态接触力为90 N。该工况下双弓接触力的最小值大于0，0.3倍平均值减标准偏差大于0，但最大值大于350 N，不满足标准要求[3]。说明当动车组双弓以350 km/h速度通过该高速铁路时，弓网动态性能不满足标准要求[2]。定位点最大抬升为116 mm，满足标准要求[2]。仿真结果见图2。

图2 工况二双弓接触力仿真

（3）工况三：两架 DSA380型受电弓以 350 km/h速度通过提质方案接触网，受电弓静态接触力为90 N。该工况下双弓接触力的最小值大于0，最大值小于350 N，0.3倍平均值减标准偏差大于0，均满足标准要求[2]。仿真结果见图3。

图3 工况三双弓接触力仿真

仿真结果表明，接触线张力增加至30 kN后，动车组双弓以350 km/h速度通过时，弓网动态性能可满足标准要求，定位点最大抬升为111 mm，满足标准要求。

2.2 更换吊弦必要性

为了解接触线张力增加后接触网几何参数变化情况，选取该既有高速铁路951 m的锚段进行实际验证。测量数据表明接触线加张后，中锚附近出现最大抬升量约18 mm，后续施工时实际抬升量也在20 mm左右。接触线加张后，坠砣b值伸长为74 mm，后续施工坠砣b值变化普遍在80～120 mm，表明接触线最大横向偏移量在27～40 mm。数据表明，为保证吊弦高差及导高满足《高速铁路接触网运行维修规则》[3]中“相邻吊弦高差10 mm以内，接触网导高在5 270～5 330 mm以内”的要求，必须对吊弦进行更换并精调。

通过现场反复计算及验证发现，加张并更换吊弦后，弹性吊索张力变化不大，但弹性吊索张力的大小对吊弦长度计算影响较大。现场弹性吊索张力在2.5～5 kN范围内不等，若全部按标准值3.5 kN计算，更换吊弦后两相邻吊弦实际高差在±5 mm内占比为60%，若以实际弹性吊索张力值计算可以控制在97%以内。仿真结果表明：弹性吊索张力需控制在3～5 kN；弹性吊索长度为18 m时，第1吊弦至定位点距离为7 m。对弹性吊索张力不符合要求的处所进行调整，经试验验证，调整某定位处的弹性吊索张力时，对相邻两定位点弹性吊索张力和导高影响不大，可以忽略不计。

3 接触线增加张力和更换吊弦施工组织

为保证该高速铁路接触网提质改造工程按期顺利完成，如何组织作业人员安全高效更换吊弦，并保证一次达标，成为接触线张力增加及同步更换吊弦关键点。路局站段联合施工单位组成6个作业大组对该既有高速铁路K10—K184正线174 km线路进行分解施工。考虑全线每隔2～3 km有通道门进入网内，同时避免因轨道车运行导致天窗浪费，相关施工全部考虑采用梯车作业，接触线张力增加及更换吊弦施工同步进行。

人员组织。以某段施工为例，需更换114个锚段吊弦，涉及正线55.5 km。施工单位在驻扎地附近设置吊弦预配中心，组织梯车32台，测量仪器20台，一次作业共计约260人。路局站段配置网工34人，管理人员5人。

天窗组织。每日天窗约360 min，施工天窗组织按300 min组织，具体时间节点如表1所示。

表1 施工天窗组织 min

4 吊弦更换施工关键点

既有高速铁路接触线张力增加及吊弦更换施工由接触网几何参数测量、计算、预制及安装几个环节组成，任何一个环节出现差错，都无法保证安全且一次性将吊弦安装到位。

4.1 吊弦计算参数测量

吊弦计算参数测量需注意以下问题：

（1）测量时测量至承力索座上将导致错误。中间柱承力索高度一般在6 900 mm左右，锚段关节内多在6 900～7 000 mm，若发现测量数据明显偏低或偏高，现场需再次进行复核比对。

（2）上、下行测量人员应对每一跨内吊弦根数进行比对，避免吊弦遗漏。

（3）参数测量方向不统一，易导致计算和安装时方向混乱，现场测量统一按照小里程向大里程方向测量。

4.2 吊弦计算

本次施工采用西南交通大学提供的吊弦预制软件，将吊弦测量参数输入至软件窗口中，得到吊弦预配参数。计算时需重点注意以下两点：

（1）将弹性吊索张力不符合要求的处所张力进行手动设置，并进行现场调整。

（2）避免测量参数录入错误。测量参数录入、计算分两次进行，比较两次计算结果有无差别。

4.3 吊弦预制

（1）避免吊弦长度预制错误、线鼻子或钳压管漏压接、标识错误。在吊弦预配中心安排专人对吊弦预制的长度及压接工艺进行复核检查，确保预制正确，并采用防水标签，确保标识清晰可见。

（2）建立材料追溯制度，将不同批次吊弦线及线夹对应安装锚段作好记录，做到源头可溯。

4.4 吊弦安装

（1）入网时对每个梯车组进行编号，接地及防护组最先入网，再按照施工点至入网口距离从远至近依次入网。该方式可节约入网时间近40 min。

（2）入网前，将清点后的材料分人、分包管理，避免入网过程中遗漏网外而影响作业，同时根据计算数据复核防水标签上的区间（站）、锚段号、支柱号、吊弦数、吊弦预制长度，确认无误后方可入网。出网时，从作业组两端分别安排5人向出网口进行全覆盖检查，杜绝遗留工具材料。

（3）施工前现场复测承力索高度误差在 10 mm内，确认吊弦计算正确。

（4）作业时，梯车组均按照奇数锚段先安装下行吊弦，偶数锚段先安装上行吊弦的方式进行，并保证吊弦安装从小里程向大里程方向进行。该组织方式能保证锚段关节内吊弦安装和测量互不影响，提高天窗利用率。

（5）上网平推时，盯控人员应使用橡胶榔头敲击线夹，观察有无滑动；检查力矩是否到位，根据经验，标准力矩紧固后的吊弦线夹螺杆外露约为3丝扣。为确保作业人员扭力扳手力矩准确到位，安排专人每天对扭力扳手力矩进行校验，使用胶带将调节钮封死，并将符合要求的力矩扳手进行标识。

（6）应急措施。提前将每台梯车的高度进行标识，当施工过程中遇大雨，无法利用激光测量仪进行参数测量时，人工量取导线与梯车框架距离。更换吊弦时，原吊弦只解开接触线端，待所有新吊弦更换完毕且参数达标后，再拆除旧吊弦（新吊弦加装完，拆除全部旧吊弦后，整体导高抬升约 10 mm）。遇突发或偶然因素导致大面积吊弦预制错误时，拆除增加坠砣和新加吊弦，恢复原吊弦。

（7）关节式分相、上网点三支电连接处载荷难以计算，应采用现场压接和调整的方式进行。

（8）不同梯车组衔接处，参数容易被忽略。在Excel中编辑相关条件，将导高控制在5 315～5 280 mm范围内，相邻吊弦高差控制在10 mm以内，两定位高差控制在15 mm以内，超出相应值自动标红。同时利用钉钉软件协同功能，作业完毕后各组利用5 min时间在钉钉中同时编辑相关数据，并同步生成波形图（图4），可快速找出 6个锚段中的问题参数，指导现场快速复核调整。

图4 接触线导高波形

5 结语

通过介绍既有高速铁路接触网提质工程相关项目，分析接触线增加张力及更换吊弦的必要性，总结了调整弹性吊索张力对相邻定位弹性吊索张力的影响，对相关施工过程中存在的问题及措施进行总结归纳，为类似工程施工提供参考。