高速铁路接触网工程施工偏差控制方法与关键技术

于先芝

中铁电气化局集团三公司，河南 郑州 450000

电力机车高速运行时，对与之对应的高速接触网的要求如下：

1）具有能够传递强大的牵引电蓓的能力；

2）沿跨距内，接触线对轨面的高度相对保持一致，受电弓沿接触线的运行轨迹基本呈水平状态；

3）在受电弓的抬升力作用下，甚至在双弓或冲击力作用下，接触悬挂不发生较大振幅的低频振动。

因此，高速接触网无论从外部环境还是内在标准都与普速铁路接触网发生了质的变化。根据高速接触网工程的特点，从开工测量到竣工开通的整个施工期间，质量控制点和施工关键技术主要有：施工测量、基础施工、腕臂和吊弦计算与安装、接触线架设和调整等。施工偏差的控制作为接触网施工的关键技术之一，则贯穿于整个施工过程。

高速电气化铁路接触网与常速铁路接触网的重要区别之一是高速铁路接触网的施工允许偏差小。接触网施工精度越高、施工偏差越小，受电弓的受流质量则越好，受电弓和接触网的寿命越长。

从多年接触网工程的众多检测结果分析，在施工测量、计算、加工预配、现场安装和最终检测等五个阶段均会产生施工偏差，产生施工偏差的原因则有：人员、机具、材料、方法和环境等五个方面，每道施工工序的施工偏差都是由这五个方面的施工偏差叠加而成。施工偏差控制方法与关键技术九具体体现在施工过程的环节控制上。

1 通过人、机、料、法、环的控制，消除施工偏差的方法

1）“人”的控制：即施工人员的控制。由于人的技术水平、身体条件（如视力）、心理活动（如责任心）各异，所以施工同一道工序会有不同的结果。国内外接触网施工的成功经验表明，控制施工人员本身作业质量的有效措施是“施工人员专业化”，即根据接触网施工特点，分别组成测量组、计算组、予配组、基础施工组、安装架线组、设备安装组、调试试验检测组等专业化作业组。专业化作业组的人员应相对固定。专业化作业人员经过长期的反复实践，熟能生巧，操作技能可以逐步得到提高，为施工作业高精度和更小的作业误差离散性奠定基础；

2）“机”的控制：即施工机具的控制。没有先进的施工机具和检测器具，技术水平再高的作业人员也极其困难，甚至不可能满足设计和标准规范所要求的施工允许偏差。例如，用经纬仪取代线坠、接触线静态参数光学测量仪取代普通的测量杆后，施工测量偏差范围就可以明显缩小。正如人员的作业结果有差异外，对同一对象采用不同规格类型和虽然规格类型相同，但不是同一台仪器进行测量时，很可能发生一台仪器的测量结果存在正偏差，而另一台仪器的测量结果却存在负偏差，因此对同一单位或单项工程，其测量器具也应相对固定；

3）“料”的控制：即施工材料的控制。需施工安装的材料都有生产制造公差，因此必须考虑其影响。例如在编制腕臂计算软件程序、进行腕臂计算中都要考虑绝缘子等材料的生产制造公差，预配时将其影响消除掉，避免累计施工偏差；

4）“法”的控制：这里的“法”是指施工方法，即施工工艺（含工艺流程和施工计算软件）。例如，为避免附加悬挂架设后引起支柱倾斜值（挠度）的变化，并进一步造成已调整的接触悬挂位置的改变，应尽可能先架设附加悬挂，然后测量（用于腕臂和吊弦计算的）支柱有关参数，在小半径曲线地段时尤其要注意这点。又如，如果不考虑承力索和接触线的新线蠕变影响，在承力索和接触线架设后立即安装吊弦和定位装置，且吊弦和定位装置安装偏差非常小，那么经过一段时间后，吊弦和定位装置的静态位置很可能超出施工允许偏差，因此必须根据设计和施工条件等具体情况采取相应措施，如新建客运专线铁路接触网施工时，可利用两台架线车上的紧线装置对承力索和接触线进行超拉；当在铁路封闭点十分紧张的既有线提速改造施工时，可采取增加坠砣的方式对承力索和接触线进行超拉；当承力索和接触线的新线蠕变率相当接近且施工组织允许时，为克服承力索和接触线的新线蠕变，可采取在其设计额定张力下放置一段时间的办法，即额定张力式超拉。具体超拉时间应通过首件首段样板定标确定；

5）“环”的控制：这里的“环”意即环境，即应注意作业周围环境对施工偏差的不利影响。例如，因为超声波在空气中的传播速度与环境温度成一定函数关系，所以在接触网施工中使用超声波式测量仪器时，仪器从存放环境到测量现场至少要有10min.以上适应现场环境温度的过程，否则测量偏差可能超标。

2 消除接触网施工偏差叠加的关键技术

弓网关系是关于接触网性能的极其重要的指标，如果经过若干道工序后，接触网工程的最终产品的施工偏差超出允许范围，则不得不重新调整接触网。出现这种现象的原因很可能是由于多道工序施工偏差叠加所致。

消除接触网施工偏差叠加的关键技术如下：

关键技术1：避免量值传递时叠加累计偏差控制技术。接触网工程计算和预配安装时要避免量值传递时的叠加累计偏差。例如，数据集合A是若干个施工测量值（如支柱的侧面限界及其斜率等等），数据B（如下底座连接孔中心至斜腕臂上定位环的距离）和数据C（如下底座连接孔中心至斜腕臂上套管绞环的距离）均是由数据集合A得出的计算值，那么计算B时就不应以C作为计算元素。

关键技术2：阶段施工偏差控制技术。除控制人、机、料、法、环等五个方面所产生的施工偏差外，还需从接触网施工测量、计算、加工预配、现场安装和最终检测等5个阶段控制施工偏差并在进行后一阶段工作时，尽可能消除或减小前一阶段产生的施工偏差。例如，支柱安装整正达标后，高精度的支柱参数测量就可以有效地避免或减轻支柱安装偏差对腕臂装配计算产生的不利影响。

关键技术3：计算偏差控制技术。接触网工程施工计算偏差的控制既是关键又是难点，因为接触网所受的力是一个非常复杂且多变的空间力系，且接触网各个子系统（组成部分）之间相互影响。因此，为达到客运专线铁路接触网所要求的高精确度，腕臂和吊弦长度计算软件不宜采用解析几何式数学模型，而应尽可能采用力学式数学模型，同时，还应对接触网施工测量、计算、预配、安装和最终检测等5个阶段产生的施工偏差，从人、机、料、法、环等五个方面进行控制，消除或减小施工偏差的叠加。

以腕臂装配计算为例，在腕臂装配计算软件的数学模型中应考虑以下因素：

1）支柱受力变形。我们是在支柱无载时测量支柱的有关参数。支柱承载后要产生变形，即挠度。支柱挠度的大小与支柱本身的性能及其受力（矩）相关。支柱所受力（矩）则与接触网的设计参数，如接触线高度、承力索和接触线的张力以及线路参数（如曲线半径）等相关。

2）支柱受力后的位移。其大小取决于支柱基础的设计型式和施工工艺两个方面。当采用直埋式基础、对承力索和接触线进行超拉时，支柱的位移相应较大。

3）支柱装配材料受力变形。除绝缘子为电瓷件外，其他支柱装配材料均为金属件，腕臂装配材料受力后将产生弹性和塑性变形，且这些零配件之间的间隙大小会改变。

4）对定位器的受力（F）的大小进行计算，判断是否符合规定值（80N≤F≤2500N），必要时对拉出值进行调整。因为定位器的受力小于规定值时，接触线在列车高速运行时的风力和受电弓抬升力的作用下，很可能发生受电弓脱弓事故。贵昆电气化铁路某直线地段曾有连续两个正定位，发生脱弓事故。

上述因素均可以通过大量的实测而得到经验数据。

同理，吊弦长度计算则应考虑：

1）用于吊弦长度计算的重要参数——悬挂点处的承力索（水平及垂直）位置一般应在接触线架设，即整个接触网系统受力稳定后进行测量，以消除承力索位置施工偏差的影响；

2）铁道线路竖曲线引起的吊弦长度变化量；

3）承力索不位于接触线正上方时的吊弦长度变化量；

4）在曲线地段的吊弦长度变化量——悬挂点和跨中接触线与铁道线路中心的水平位置存在一个中矢值的差值，此值又因铁路外轨超高的存在使接触线距轨面连线中心的高度产生一个差值；

5）接触线设计有预留弛度、集中荷载（如绝缘子）时的吊弦长度变化量。

[1]白玉新.接触网常见故障及对策研究，2009.

[2]高速电气化铁路接触网于万聚[M].西南交通大学出版社，2003，5.

[3]中国铁道工程建设协会.铁路客运专线施工技术（内部出版）[M].2005.

[4]杨振华.浅谈弹性悬挂接触网技术，2006.

[5]中铁电气化局集团有限公司.电气化铁道接触网[M].北京：中国电力出版社，2004.