高速接触网工程的施工设计优化

4.2.2.1　接触网悬挂方式和主要参数

1）悬挂方式和参数的修订及确认过程

通过前期的可行性研究和初步设计方案研究，武广高铁工程设计和审查确认接触网采用弹性链形悬挂方式。但在武广高铁工程采用施工总承包的四电集成模式后，外方BB公司的介入，因为利益和知识产权的原因，实施阶段对主要的接触网悬挂参数有所修订。

2005年6月开始的总体设计和初步设计阶段提出的SiFCAT350方案并完成全面的系统设计和接口工程实施，即暂按接触导线张力28.5kN（28.5kN±10％，min 26kN）方案，按照适应双弓取流的方案设计，为了兼容今后世界可能不同的技术流派包括简单链型悬挂的设备方案，并确保武广高铁工程实施方案的安全和技术性能，接口设计预留中采用的SiFCAT350系统实际跨距有所减少（标准值取50m）。2007年5月在四电集成商采购国外设备并引进技术服务的合同谈判过程中，BB公司中标其中的接触网零部件产品和技术服务子合同，并提出要求实施其声称版权所有的CHINA3000/25的系统方案，对此，中方明确予以拒绝，因为其实该方案的绝大部分核心内容实际摘录自我国在招标书中提出的SiFCAT350系统参数。后经合同谈判，其同意并认可武广高铁工程中按照中方提出的SiFCAT350的总体技术方案和工程主要技术方案、参数实施，并放弃了其曾建议的相对落后的交叉式线岔技术方案、安全性能较低的较小设定抬升量等参数。

期间，铁四院和BB公司共同对这种基于标准原型SiFCAT350的变形方案进行了具体分析和认真的研究，具体分析结果如图4.10、图4.11所示。

图4.10　双弓条件下的接触线30kN张力弹性链形悬挂350km/h取流效果（后弓）

注：纵坐标为动态接触压力F（N），横坐标为受电弓运动距离（m）。

图4.11　双弓条件下接触线28.5kN张力弹性链形悬挂350km/h取流效果（后弓）

经上述与提供技术服务的外方BB公司多次研讨，确认上述仿真研究图形和结论：弹性链形悬挂的标准接触网系统和变异修改系统方案之间，总体的技术性能相当。双方同意实施方案取用的实际导线张力可根据招标技术方案，在标准值范围内允许10％的张力改变。但对弹性吊索长度参数，双方认识仍有差距，考虑到施工安装的困难和疲劳耐久性等因素，铁四院坚持保留设置较长的18～22m的意见。

通过上述的基础研究和技术讨论，铁四院协助铁道部技术主管和建设单位于2007年10月完成了和外方的技术合同谈判，确认了风险较大、各方关注的接触网系统工程实施方案。根据2008年7月17日铁道部高铁技术部的“新建铁路武汉至广州高速铁路接触网系统有关技术问题”会议精神，为了明确对比标准原型方案和变异方案的性能差别，在武汉试验段保留6个锚段的标准SiFCAT350原型系统作为实物试验的对比，即乌龙泉至咸宁区间DK1250+928～DK1258+192里程范围内的下行“I—13”锚段至“I—18”锚段，共计6个锚段，张力采用28.5kN+23kN。其余正线区段可由集成商根据相关要求采用BB公司的30kN+21kN方案，电化局集成商负责实施并担保（如图4.12所示）接触网悬挂特征参数的方案及其所有相关合同责任。

图4.12　武广高铁正线主要采用的弹性链形悬挂方案

在2009年8月工程试验和调试期间，实测的压力曲线表明，弓网接触压力不仅完全满足在0～350N的最低要求，而且压力变化稳定，离线火花几乎为零。武广高铁工程的接触网系统于2009年12月由铁道部组织完成验收和测试，实践证明，标准28.5kN的SiFCAT350系统和变异的30kN接触网系统方案，都可以满足武广高铁工程的技术性能要求。理论和实践也证明，标准SiFCAT350系统方案除了接触网导线的选择范围更宽泛以外，工程更容易实现误差工艺的控制、定位装置的安全状态更佳，且较大的拉出值布置对今后运行的受电弓滑板的平均磨耗有望减少30％以上，Y吊索取用较长（18～22m）也有利于保持定位器安全角度和减少疲劳损伤，这一点已经在同期建设的郑西高铁工程中得到初步验证。鉴于武广高铁是我国实施的第一条长大干线高速铁路工程，我国对接触网系统技术核心理念和实践经验的总结认识还不够完善，因此，对标准原型SiFCAT350系统方案的这种全面认识，将随着时间的推移逐渐清晰和明朗化，一定时期以后将更容易被广大用户所接受。

2）正线接触网悬挂的结构特征参数

主要包括接触网悬挂主要技术规格、与受电弓直接相互作用的每一个跨距之内的网上悬挂结构部件的参数。对应的接触网悬挂主要技术规格，可归纳如表4.9。

表4.9　接触网导线张力技术规格参数

其他与悬挂形式有关的主要技术数据，这里指与受电弓直接相互作用的每一个跨距之内的网上悬挂结构部件的参数，主要包括通常承力索系统特别关注的平顺性和弹性等物理指标直接相关的技术参数，如吊弦、结构高度、导线高度和坡度等。

正线、联络线导线悬挂点高度为5300mm。大于250km/h的区段正线各悬挂点工作支导线高度恒定，设计坡度为0；200～250km/h区段，最大允许设计坡度为1‰，坡度变化率不大于0.5‰；小于160km/h区段，最大允许设计坡度为2‰，困难情况下不大于4‰。

弹性吊索结构，主要指弹性吊索的长度和张力，它们是经过系统研究后优化选定的。目的是尽量使跨距中心处和悬挂点附近的弹性保持一致、应考虑接触网工程中直线和曲线段、正定位和反定位具有不同弹性的特点、因而弹性吊索的长度和张力不同。目前弹性吊索一般选用JTMH25或JTMH35，武广高铁工程采用的额定工作张力为3.5kN、原设计要求采用18（22）m方案。

结构高度是指在悬挂点处承力索和接触线间的铅垂距离。在条件许可时，增大结构高度会相应地改善悬挂的技术性能。武广高铁工程正线接触网结构高度一般为1.6m，关节、道岔处根据安装设计要求适当降低或加大。区间跨线建筑物受限区段，结构高度可适当降低，不宜小于1.1m，个别困难点不宜小于0.8m。以最短吊弦控制（速度大于250km/h时，最短吊弦长度不小于600mm；速度在200～250km/h区段，最短吊弦长度不宜小于500mm）。联络线及其他新建线路结构高度一般为1.6m。结合特殊工点，适当降低结构高度是必要的。接触网在通过跨越铁路的建筑物、立交桥时，常因为上跨建筑物高度偏低、改造困难而需降低接触网的导线高度和结构高度。通常以最短吊弦作为计算取值的控制因素，还需要结合平面设计予以配合并进行特殊工点设计。

武广高铁工程接触网系统不设置预留弛度。

除导线张力以外的与悬挂形式有关的主要技术数据，可汇总如表4.10。

表4.10　接触网其他主要技术参数汇总表

4.2.2.2　高速铁路接触网平面布置

高铁接触网的平面设计和安装设计是密切关联的，这一点有别于普通速度的电气化铁路接触网设计和工程实施方案。限于篇幅，以下仅限于与高铁有密切关系的平面设计要求，略去了常规铁路通常包含的支柱和容量计算等校验过程。

涉及锚段划分、跨距布置和拉出值设置等，具体如下。

1）锚段划分

根据《新建时速300～350km客运专线铁路设计暂行规定》（铁建设〔2007〕47号）及现场接口预埋情况，高速正线接触网锚段长度为隧道外一般不大于2×750m，隧道内一般不大于2×700m。高速区段的隧道和站场区域的锚段衔接与划分存在过渡设计要求。武广高铁工程中的锚段长度特征值和划分如下。

（1）正线接触网锚段长度一般不超过2×700m，个别困难情况下不超过2×750m。单边补偿的锚段长度不超过750m。

（2）站线最大锚段长度不宜大于2×800m，个别困难时不宜大于2×900m；单边补偿的锚段长度不超过850m。

（3）武广高铁正线道岔处的两支接触悬挂的补偿方向一致。其余道岔处的两支接触悬挂的补偿方向尽量一致。

（4）根据以上锚段长度，验算承力索、接触线的张力差，均不大于额定张力的±5％。

（5）附加导线锚段长度一般不超过2000m，困难时不应超过3000m。

2）跨距布置

接触网跨距是指相邻两支柱或悬挂点之间的距离，需根据悬挂类型、受电弓滑板宽度和类型、支柱类型、运营速度、气象条件等因素进行确定。以往通常的理解是接触网跨距取决于风速，按照现在高速铁路较高的系统标准和技术要求，跨距的取值还必须兼顾平面设计、受电弓运行的匹配和安装设计的安全性校验。目前，在接触网设计中，看似平常的实际跨距设计平面布置和标准的灵活运用，可对高速条件下的接触网综合性能起到决定性的作用，是落实系统设计研究与要求的重要手段。

最大计算跨距可作为最终确定跨距的基本依据，但受弓网动态受流仿真评估、标准支柱容量、支持结构强度、设备安装、平面布置要求等约束，通常实际取值会略小于计算值，且为了便于统计长度和布置的美观，一般将跨距取为5或10的整数倍。武广高铁工程，正线区段标准跨距取50～55m，弹性链形悬挂区段最大跨距60m，允许施工误差±1m；对高速正线导向高度有严格要求的区段，相邻跨距之差不应大于10m。隧道内最大跨距一般为50m。桥上跨距需根据桥梁孔跨的形式进行配合确定，一般为48m，困难时局部最大跨距可为56m。武汉站根据景观需求，接触网站房范围内的跨距最大达到90m。

3）拉出值

为避免受电弓滑板的不均匀磨损，并保证在曲线和风力的作用下仍能保持接触线与受电弓滑板的连续接触，接触线的悬挂布置有偏离平行线路中心（受电弓中心）的偏移值，称为之字值或拉出值。对拉出值产生影响的因素主要有弓头工作宽度、最大计算风速、导线工作张力等，在速度较低的情况下，其中弓头工作宽度占主导因素，而对大张力的高速接触网，则不是。

相对于受电弓中心，包括在曲线区段，高速接触网的拉出值两侧之字形来回布置并取较大的值十分有利于改善滑板的使用寿命。为延长受电弓滑板使用寿命和保持合理的悬挂定位稳定性，拉出值不宜过小，正线拉出值尽量采用300mm设计，局部如跨距小于50m的直线、关节、道岔区域部分悬挂可能需减小至200mm。

4.2.2.3　高速接触网的安装设计

通常的接触网装配或安装，指固定在主支持结构上零部件的装配，用来支持并定位架空接触悬挂。高速铁路的安装设计重点和目标是实现基本结构的同时，保证安全性前提下的优良弓网受流性能的系统设计要求。

1）设计原则(www.xing528.com)

如前所述，高速接触网的平面设计和安装设计是密切关联的，重点需要关注传统电气化铁路事故高发区域的道岔区的接触网线岔和锚段关节处的安装设计。

（1）严格遵守始触区及其线夹安装规定。静态抬升力按70（90）±15N设计，检验安全抬升量的静态抬升力按实际抬升压力。

（2）动态包络线。受电弓动态包络线左右晃动量一般直线为250mm，曲线为350mm。悬挂定位点处接触线正常工作的最大抬升量按150mm，安装时采用限位定位器设计。

（3）定位装置的安装设计。悬挂点处的抬升量应采用最大跨距条件下的设计计算或仿真取值。根据本线推荐的技术条件，受电弓在悬挂点附近的动态最大抬升量按150mm选用。悬挂点处抬升量在不采用限位定位器时，应按照不小于2倍的最大抬升量进行安全校验；在采用限位定位器时，应按照不小于1.5倍的最大抬升量或仿真计算进行安全校验。

（4）高速正线定位器静态安装角应满足8°～13°的要求。

2）道岔区接触网定位布置细则

道岔区尤其是正线接触网定位布置的设计，应满足道岔通过速度下接触线在任何方向上的安全转换要求，同时满足系统设计和弓网受流标准规定的接触压力标准要求。

接触网交叉处的布置和几何位置的设计应保证接触线不发生侧滑钻弓。应该考虑受电弓的晃动和偏斜，以及接触线抬升和最大风偏的影响。武广高铁工程的正线道岔定位施工要求距离受电弓中心600～1050mm及抬升150mm构成的空间区域内禁止安装除吊弦线夹外的任何线夹类金具。设计上，需要更多考虑该区域内导线相对关系的稳定性和锚段划分的合理性。

武广高铁正线18号道岔首次在世界上实现了1950mm宽型受电弓条件下采用新型无交分式定位的方式；跨线列车联络线在高速铁路上出岔的50号道岔，侧向通过速度220～230km/h，也是首次采用1950mm宽型受电弓条件下安全性更好的三线辅助关节式定位方式。

施工工序、控制导高和拉出值是接触网线岔施工的关键。比如，道岔区采用接触网三线辅助关节式定位方式时，导线高度的控制原理如图4.13。

图4.13　接触网道岔区的接触导线侧向偏出与高度转换原理

应采取适当的措施，如设置线岔器和交叉吊弦等，可使两支接触线抬起，以保证受电弓安全通过。在接触线受电弓的始触区内，两支接触线应安装在相对于受电弓中心线的同侧，且对正线方向通过的受电弓，最好做到根本不触碰侧线接触线。为了避免线岔引起的受电弓过大的动态抬升，改善弓网受流质量，也可采用其他如无交分或辅助三线式定位布置方式。

无交分线岔安装后的情况，如图4.14。接触网三线辅助关节式线岔安装后的工程实况，如图4.15。

图4.14　无交分线岔区接触网安装调试中

图4.15　三线辅助关节式线岔区安装后实况

3）锚段关节布置设计

锚段关节的布置应保证使受电弓不降速，从一个锚段平稳过渡到相邻锚段，为动车组牵引机组持续供电。锚段关节区的跨距平行转换跨数和长度的设计，应符合接触压力和弹性差异系数的要求，包括相邻跨距和接触线坡度的设计。正常抬高范围内的悬挂工作支接触网还应满足最高运行速度和线路曲线半径的要求，受电弓抬升范围以上的非工作支才不作受流性能考核。

200km/h以上的高速铁路必须采用承力索、接触线分别独立补偿下锚的锚段关节，两支接触线的支持结构布置应在接触线因温度变化引起的顺线路伸缩时可自由偏转。

在规定的环境条件下，非绝缘或绝缘锚段关节的平行导线间应同时满足静态和动态电气绝缘间隙的要求，武广高铁工程中均按照水平500mm（min450mm）设计。上述非绝缘锚段关节的平行导线间应设置电连接跳线进行导通。正常运行时，绝缘锚段关节应设置隔离开关或由牵引变电所、开闭所进行供电。

4）设计案例

以下分别以中间柱典型安装、站场道岔柱典型安装和隧道内典型安装示例说明。

（1）例1：中间柱典型安装图，见图4.16，为直线中间柱接触网腕臂安装图。

图4.16　直线中间柱安装图

（a）正定位（b）反定位

（2）例2：对应道岔区的平面布置（图4.17），站场道岔柱典型安装如图4.18、图4.19和图4.20，均为典型18号无交分道岔柱安装设计。

图4.17　无交分线岔定位安装的平立面对应关系图

图4.18　无交分式正线18号道岔正线侧支柱A0安装

图4.19　无交分式正线18号道岔正线侧支柱B0安装

图4.20　无交分式正线18号道岔正线侧支柱C0安装

（3）例3：隧道内典型安装，如图4.21，为隧道内接触网中间柱反、正定位安装图。

图4.21　隧道内接触网中间柱安装图H05T-5（反定位）、H05T-6（正定位）

图4.22为隧道内接触网锚段关节典型安装图。

图4.22　隧道内接触网5跨绝缘关节安装图

（a）H08T5-7（b）H08T5-8

（4）例4：隧道外锚段关节典型安装，如图4.23；图4.24为隧道外接触网4跨绝缘关节安装图示例。

图4.23　隧道外接触网4跨绝缘关节安装图（H08M4-4/H08M4-6）

图4.24　隧道外接触网4跨绝缘关节安装图（H08M4-5）

（5）例5：隧道口附近的正馈线、保护性典型安装如图4.25、图4.26所示。

图4.25　隧道口正馈线、保护线安装图

图4.26　隧道内附加导线安装图（H34T-3）