既有接觸網改造設計方法探討

曠楚成

0 引言

隨著國民經濟的飛速發展，鐵路運輸生產布局的不斷調整，既有電氣化鐵路的改造工程日益增多，如何根據鐵路運輸生產需要及時合理地做好既有線接觸網改造的設計工作，是每一個接觸網設計人員必須考慮的問題。

1 既有接觸網改造工程施工難點

加強既有鐵路的技術改造和鐵路樞紐建設，提高路網既有通道能力，結合客運專線、完善路網布局、開行雙層集裝箱專列等工作是國內目前既有鐵路更新改造的重要任務，國內近期需要電氣化改造的既有線超過2.5萬km。

國內既有電氣化鐵路大多是繁忙干線，行車密度大，客貨運量巨大，由于施工不慎導致中斷行車的后果十分嚴重。接觸網封閉作業施工的天窗時間短，停電干擾因素多，尤其在鐵路樞紐地區的分片分區域停電施工中安全管理難度極大。因此，鐵路樞紐電氣化改造、既有線咽喉區道岔改造、繁忙干線上下行正線同時停電改造、低凈空跨線橋下接觸網改造等項目是接觸網改造的難點。表現在接觸網的具體作業內容上，其難點主要體現在天窗點內整個錨段更換接觸懸掛、線路及接觸網撥接、站場軟橫跨更換、線岔改造等。所以在設計中必須充分考慮既有接觸網改造中的各項施工困難，以施工組織為出發點，在施工圖設計階段對接觸網進行合理優化，確保既有接觸網改造順利實施。

2 既有接觸網改造中常用的設計方法

針對上述既有線施工中的各類困難因素和施工難點，設計人員需要在符合國內電氣化鐵路設計規范的基礎上，在保證施工安全的前提下，優化組合，多方案比選，結合實際情況開展施工圖設計。筆者近年來多次參與既有線接觸網改造的設計工作，認為既有接觸網改造中比較好的設計方法主要有以下方面。

2.1 盡量縮小既有線停電影響范圍

在接觸網封鎖線路停電要點施工作業中，上下行線分別停電的天窗點施工（也叫“V形天窗作業”）比上下行正線同時停電的天窗點施工（也叫“垂直天窗作業”）影響范圍要小得多。“逐站 V停”方式比以供電臂為停電單元的“V停”的施工影響范圍要小。通過操作分區所斷路器、站場分束隔離開關的停電施工影響范圍則更小。因此，改造設計中新增加的接觸懸掛應盡量避免跨越正線，盡量不使用“垂直天窗”，多使用“V形天窗”，并力爭采用操作斷路器、站場分束隔離開關的停電作業方式。

經常遇到的情況是站場某一股道需要新增電化掛網，如圖1所示。

圖1 新增線岔就近下錨示意圖

圖 1顯示了滬昆線湘潭東站電氣化改造工程第8股道新增接觸網情況，此時需要在該股道兩端道岔處各增加一個接觸網線岔，按正常設計思路需將新的接觸懸掛順道岔方向延長到站場對側 26-1#支柱下錨，這樣不僅新增接觸網設備較多，對既有接觸網的影響范圍也大，而且新增接觸網線路跨越了上下行正線，改造施工中需要對全站及同一供電臂上相鄰各站的所有接觸網停電，停電影響范圍廣，對運輸的干擾極大。而在該設計中，僅將新增接觸懸掛延長一跨，經過線岔后就近于同側下錨，即圖中的 19-1#支柱。該設計方法可以避免新增接觸網穿越上下行正線，施工組織過程中僅使用“V形天窗”停電作業，不使用“垂直天窗”，大大減少了對既有線的干擾。

當僅對站場外側一股道進行電化或接觸網延長時，可以在線路外側單獨組立支柱或利用既有軟橫跨的外側空間，在下部工程施工和腕臂組裝過程中，基本上為不帶電作業，大大減少了對既有線的干擾，減少了停電作業的風險和施工難度。

為避免垂直天窗的影響，增加一股道的接觸網時，設計中應盡量避免使用軟橫跨，可化整為零，多采用單獨支柱并增設單獨的接地裝置。

2.2 盡量減少既有線施工工作量

即使是既有接觸網改造設計，也要力求簡潔，盡量減少既有線的新增工作量。

在既有站場接觸網改造過程中，經常遇到只需改移軟橫跨其中一個支柱的情形，在軟橫跨容量允許的前提下，設計時可采用更換單邊支柱方式，即只對施工有影響的支柱進行改移，軟橫跨另一支柱保持原位不動，同時更換橫承力索及上下部固定繩。在該類設計中，設計人員必須對軟橫跨的容量進行校核，以保證軟橫跨的永久運營安全。而且，軟橫跨用作道岔定位時，更換單邊支柱顯得很有必要，也更高效。設計實例如圖2所示。

圖2 軟橫跨支柱單邊改造示意圖

圖2為2009年京廣線郴韶段槐樹下車站戰略裝車點改造時，站場西側進行線路改造、接觸網電化掛網示意圖。根據改造要求，站場西側增加股道，南端咽喉區既有62#支柱必須外移1.5 m，而該軟橫跨對側的63#支柱正好作為第1、第3股道相交道岔的標準定位，如果按以往設計經驗在順線路方向前后2 m處布置軟橫跨，此時道岔不能保證標準定位，給今后的運營管理帶來不利影響，于是設計時只對62#支柱進行外移，同時對63#支柱的容量進行校核。經初步測算，63#鋼支柱型號為G250/15，軟橫跨承載 5組懸掛，符合容量要求（計算過程省略）。但是，由于軟橫跨跨度加大，橫承力索、上下部固定繩需計算后重新預制。

為減少既有線施工工作量，設計時還可巧妙利用既有的分段絕緣器。

如在對某貨物專用線接觸網延長改造設計中（圖 3），由于專用線上已經有了一組分段絕緣器及隔離開關GK，改造中只需要對隔離開關GK后面的線路進行延長，設計時可以充分利用該隔離開關，對延長部分的接觸網線路設立一個單獨的錨段（根據長度的不同，一般設計為半個錨段）和獨立支柱，在施工中通過斷開貨物線接軌處的隔離開關GK實現不停電施工，從而大大減少了既有線的施工工作量。

圖3 貨物線延長改造利用原有隔離開關示意圖

2.3 通行雙層集裝箱區段的接觸網改造設計

近期許多干線鐵路都要通行雙層集裝箱或者預留雙層集裝箱通過條件，既有線電化改造中存在著大量低凈空或原來非雙層集裝箱凈空標準的跨線建筑物，如滬昆線、京廣線南段及各鐵路樞紐站等。如何保證雙層集裝箱在低凈空接觸網下安全通過，且使工程改造投資最經濟，仍是接觸網與其他專業需要共同協調、攻關的一個重要工程課題。

在通行雙層集裝箱線路區段，根據鐵道部《鐵路雙層集裝箱運輸裝載限界》和《200 km/h客貨共線鐵路雙層集裝箱運輸建筑限界》的規定“雙層集裝箱的貨物裝載限界5 850 mm”及《鐵路技術管理規程》第156條規定接觸網帶電部分（承力索）至機車車輛或裝載貨物的距離不小于350 mm，同時考慮接觸線弛度、接觸線安裝施工誤差及工務抬道+50 mm的影響，接觸線懸掛高度取6 250 mm可滿足要求。

目前，改造低凈空隧道或跨線建筑物以滿足雙層集裝箱運輸的需要，在不影響或少影響既有運輸的條件下主要有以下設計方法：

（1）降低接觸網結構高度。將原來設計的結構高度降至300 mm左右，此時最短吊弦處可以采用可調式整體吊弦或滑動吊弦。

（2）承力索絕緣通過。當凈空較低，承力索與跨線建筑物距離不能達到空氣絕緣距離時，可將承力索截斷在建筑物兩側同時下錨。為了不影響接觸網受流質量，承力索承載的電能采用電纜的形式通過跨線建筑物。

（3）線路落道與接觸網改造結合。當既有線路道床有條件時，可采取線路適當落道與接觸網改造相結合的方案，以保證接觸網與雙層集裝箱和跨線建筑物的絕緣距離。

（4）跨線建筑物下的硬橫梁方式。當站場內跨線建筑物下方有道岔設備時，接觸網相應安裝線岔，安裝軟橫跨的空間不夠，當橋底凈空為8 m時，可以采用硬橫梁的方法保證接觸網的導高符合要求。單一股道時也可采用小型鋼支柱的方式。

如在京廣線新建撈刀河站的設計中，車站南端咽喉區上方有一座40 m寬的公路橋與鐵路正交，橋下正好是四股道2組正線道岔相交處，接觸網必須在該橋下定位。實測橋下凈空為7 600 mm，為保證雙層集裝箱帶電通過，接觸線導高最低為6 250 mm，接觸線距離橋底面僅有1 350 mm，如果在該處組立硬橫跨，其空間明顯不夠，于是在變更設計中采用了半截軟橫跨的方式，如圖4所示，即支柱部分采用了軟橫跨支柱的下半截，鋼柱高度7.4 m（取消G250型鋼柱上半部分），在支柱7.1 m處安裝上部定位繩，在支柱6.75 m處安裝下部定位繩，然后再安裝定位器調節立柱及道岔定位器。而承力索則從上下部定位繩中間通過，在跨線橋兩側2 m以外的地方組立2組軟橫跨用以支撐承力索，并保證承力索與橋面各部位均有大于300 mm的安全距離。

圖4 撈刀河站興聯東路跨線橋接觸網改造

2.4 過渡工程永臨結合

過渡工程設計中采用永臨結合方式，可以大大節省施工中的工程量和工程投資。如對區間較長的線路撥移改造時，當線路撥移量在1～3 m時，新支柱往往無法一次性組立，需采用立臨時支柱的形式，如果采用混凝土軟橫跨柱的形式進行改移施工，軟橫跨能在線路撥移前提前組立，在線路撥移施工中只要移動定位器即可，從而大大節省了整體施工時間，其經濟效益十分明顯。

在過渡工程設計時，可以充分利用現場臨時支柱、線索。由于過渡設備使用時間短，用于非正常狀態，只要設備容量許可，可適當增加臨時載荷。如在新舊接觸網過渡中，對既有的軟橫跨，可以臨時增加1～2支接觸懸掛；對H60、H78等型號的混凝土支柱，可在支柱兩側同時安裝腕臂裝置，承受2支甚至3支接觸懸掛。在過渡工程完畢后，上述設備的臨時負荷必須立即解除，防止支柱等設備出現永久變形。當然，上述臨時載荷的增加，必須事先由設計人員對其進行容量校驗，確保施工過程中安全萬無一失。

2.5 新材料與新工藝

采用新材料、新工藝也能提高改造工程的效率，為設計工作帶來便利。如瓷質絕緣子更換為硅橡膠絕緣子，可大大減輕接觸懸掛的重量，改善污閃性能，在絕緣錨段轉換關節中節省空間，便于接觸網各參數的建立。采用鋁合金大半徑高效率滑輪組以改善張力補償效率。定位管可換為鋁合金或其他輕質高強度合成材料。隧道內受斷面凈空限制，宜改為輕質定位器，并盡量采用旋轉腕臂式懸掛結構以便與區間一致。

2.6 現場測量和圖紙資料管理

根據既有線改造的特點，改造地段附近的土質狀況在既有接觸網竣工圖中已經進行了標注，一般不必進行再次勘探，可減少勘探工作量。但對距離既有接觸網較遠的地段，必須進行現場勘探。并對現場已有接觸網支柱容量、基礎型號、線索類型、結構高度等參數進行仔細核對，并在改造設計中盡量使用原有型號的設備，以便于設備管理單位的維修管理。

為便于運營單位的圖紙資料管理，原有施工圖號應盡量保留，或在原圖號后面加“-1”或“改”字以示區別。同樣，對改造圖中的接觸網支柱編號也盡量與原來的一致，增加少量支柱時，利用附近支柱編號后面加-1、-2等以示區別，但對專用線應用“貨XX、電XX”等標示。

3 結束語

綜上所述，既有線接觸網改造設計應結合既有接觸網現狀，本著經濟合理、便于施工、縮小影響范圍、永臨結合、提高效率的原則，采用多方案進行比較設計，又快又好地完成既有接觸網改造設計任務。

[1]余心滬.既有電氣化鐵路接觸網提速改造設計初探[D].鐵四院電氣化處建處二十周年學術論文集，1998，10.

[2]梁英.接觸網通過既有低凈空跨線建筑物懸掛問題[J].鐵道運營技術，2009，（4）.