高速鐵路接觸網吊柱安裝形式探討

丁敏

中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司，湖北武漢，430223

0 引言

接觸網吊柱是連接接觸懸掛與硬橫跨結構的中間紐帶，不僅承載了整個接觸懸掛的全部重力，而且承載了列車受電弓運行狀態下對接觸網懸掛的綜合作用力。接觸網吊柱依據股道間距分為一般型吊柱和特殊型吊柱（短吊柱），一般型吊柱依據建筑限界、受電弓動態包絡線、腕臂系統三方面作用選型，特殊型吊柱主要依據受電弓動態包絡線、腕臂系統兩方面作用選型[1]。

1 吊柱選取原則

吊柱的選取原則主要有以下幾個方面：

1.1 弓網關系

1.1.1 受電弓參數

在準高速及高速鐵路電氣化鐵道中，受電弓本體弓頭長度為1950mm，受電弓工作寬度為1450mm。

1.1.2 受電弓動態包絡線

受電弓動態包絡線是指受電弓沿接觸線動態運行時可能觸及的范圍。接觸網與受電弓的關系為動態關系，電力機車運行過程中，受電弓除沿鐵路線路平行運行外，還有向上的抬升量、向左右方向的擺動量，且其抬升量和擺動量隨著線路情況以及機車的運行狀態的不斷變化而變化。不同行車速度，其受電弓左右擺動量和上下波動量不同。故吊柱結構的選取必須按最大擺動量和最大抬升量來分析受電弓動態包絡線與吊柱及腕臂的關系[2]。

1.2 吊柱及腕臂結構

吊柱因其安裝的位置不同吊柱的結構也不盡相同，如硬橫跨下吊柱、隧道吊柱、跨線橋吊柱；腕臂結構因其應用的環境、材質不同使得腕臂的結構也不盡相同，如鋁合金腕臂、鋼管腕臂、日式鋁合金腕臂。一般情況下，當線間距夠大時，腕臂的結構能充分滿足受電弓運行條件，但當線間距不足或現場條件限制時，就必須考慮腕臂的結構是否對受電弓運行造成影響。當然選取吊柱時要把吊柱的結構和腕臂結構結合考慮，如圖1所示。

1.3 建筑限界

在準高速及高速鐵路線路中，接觸網工作條件滿足現行“鐵道部令29號”《鐵路技術管理規程》客運專線鐵路建筑限界（200km/h≤v≤350km/h），具體如圖1所示。

一般情況下吊柱是安裝在兩線間，除保證吊柱不侵入吊柱定位側的建筑限界外，還需保證吊柱不侵入另一線路的建筑限界。建筑限界完全制約吊柱安裝限界。

2 線間距足夠大時普通吊柱選取

以貴廣、南廣鐵路樞紐區段為例，貴廣、南廣鐵路采用鋼腕臂系統，因貴廣、南廣鐵路為四線并行線路，肇慶東站至廣州南站區間大量采用硬橫跨結構，全線僅硬橫跨1000多組，線路間距不恒定，故吊柱的選取及現場定位成為施工現場重中之重。

貴廣、南廣鐵路樞紐區段接觸網參數如下：接觸網導高為5300mm，硬橫梁底部距離軌面為8000mm，受電弓的水平最大擺動量為250mm。普通吊柱定位方式如下：上底座中心距離軌面為7000mm，上下底座間距為1800mm，吊柱本體厚度為180mm，如圖2所示。

依據單吊柱開孔尺寸可推算出吊柱下沿距離軌面為4960mm。而此處建筑限界為1911mm。依據鋼腕臂系統結構及腕臂計算的經驗，普通吊柱正定位方式定位除與建筑限界和受電弓包絡線有關聯外，還與吊柱限界息息相關。為保證正定位裝置不與棒瓷沖突，按照直線區段最大正定位拉出值350mm考慮，普通吊柱正定位方式下吊柱的限界必須滿足大于2500mm才能保證腕臂結構正常安裝；吊柱反定位方式定位只需滿足不侵入建筑限界及受電弓動態包絡線的條件。機車在運行過程中，受電弓水平偏離線路中心的最大距離為受電弓半寬加水平最大擺動量，即975mm+250mm=1225mm＜1911mm，故反定位吊柱的最小限界為1911mm[3]。

吊柱安裝過程中，為保證吊柱不侵入臨近線路的建筑限界，考慮預留量為200mm。

綜合以上考慮，在線間距足夠大的情況下，直線區段正定位吊柱安裝要求的最小線間距必須滿足≥1911+180+2500+200=4791mm。直線區段反定位吊柱安裝要求的最小線間距必須滿足≥1911+1911+200+180=4202mm。所以高速鐵路線路設計中上下行正線的線間距一般為5m、5.3m，貴廣、南廣鐵路四線并行區段線間距依次為5.3m、4.4m、5.3m，正定位吊柱全部設置在線間距為5.3m的兩線間，反定位吊柱設置在線間距為4.4或5.3m的兩線間。個別超大曲線區段還需考慮曲線加寬等情況。

3 線間距不足時短吊柱的選取

隨著高速鐵路的發展，大型車站設置有大量股道，增設各種型號道岔。由于道岔定位區段線間距不足，多采用硬橫梁架設，而依據普通吊柱的長度很容易侵入建筑限界且腕臂系統定位方式無法定位，故普通吊柱現場安裝條件達不到。為保證吊柱不侵入建筑限界，受電弓動態包絡線及道岔區段的定位選用短吊柱。依據接觸網定位方式分為正定位短吊柱和反定位短吊柱。

以寧杭客專為例，線間距不足的情況主要存在于道岔后曲線段及渡線與正線間，寧杭客專最小線間距為3.6m。

寧杭客專接觸網參數如下：接觸網采用鋁合金腕臂系統，接觸網導高為5300mm，結構高度為1600mm，硬橫梁底部距離軌面為8000mm，普通吊柱定位方式如下：上底座中心距離軌面為7000mm，上下底座間距為1800mm，吊柱本體厚度為180mm。

3.1 正定位短吊柱長度及定位原則

因線間距較小，正定位短吊柱的長度及定位同時受建筑限界、定位方式、受電弓動態包絡線相互制約。正定位短吊柱的長度及定位主要從以下幾個方面考慮：

（1）依據吊柱正定位的原則，一般定位環距離軌面的高度約大于5600mm，考慮定位器選用1150mm，拉出值為350mm，則定位環中心距離線路中心的距離必須滿足≥1528mm+350mm=1878mm，故正定位短吊柱的限界必須滿足＞1878mm。

（2）因線間距較小，正定位吊柱限界無法滿足正定位腕臂系統直接定位，需在原斜腕臂基礎上增設一根斜腕臂管來保證定位裝置安裝。而增設的斜腕臂管因在腕臂底座以下，故需考慮增設的斜腕臂管對接地體的絕緣距離，該處絕緣距離要求≥300mm[4]。

（3）因正定短吊柱多增加一根斜腕臂管完成定位，可以判斷短吊柱的下沿遠遠高于定位環對軌面的高度，故短吊柱下沿的高度不再電弓最大動態包絡線的范圍內。

（4）因吊柱本體厚度為180mm，正定位短吊柱對臨近線路的限界僅為3600-1878-180=1542mm。依據高速鐵路建筑限界的要求，可反推出正定位吊柱最下沿對臨近線路的限界要小于1542mm。

（5）因硬橫梁距離軌面高度為8000mm，故為保證絕緣距離，承力索的高度必須≤7500mm，故可推算出正定位短吊柱上上底座的高度必須≤7500mm。

綜合以上幾方面的分析并結合鋁合金腕臂系統材料尺寸，一般在線間距為3.6m的硬橫梁區段，正定位短吊柱的限界一般設置為2000mm，短吊柱上上底座高度為7500mm，上下底座高度為1000mm，正定位短吊柱及鋁合金腕臂系統的安裝如圖3所示。

3.2 反定位短吊柱長度及定位原則

由普通吊柱可知，反定位吊柱安裝一般受線路建筑限界的影響較大；同理因線間距較小，反定位短吊柱的長度及定位主要受建筑限界、定位方式相互制約。反定位短吊柱的長度及定位主要從以下幾個方面考慮：

（1）從反定位方式原理可以看出反定位吊柱的限界要求沒有那么苛刻，故反定位短吊柱只需要滿足不侵入吊柱兩側線路的建筑限界就可；

（2）在保證反定位吊柱不侵入吊柱兩側線路建筑限界的前提下，可依據建筑限界的原則盡量加長反定位短吊柱的長度；

（3）直線區段線路的建筑限界已基本涵蓋了受電弓的動態包絡線[5]。

綜合以上幾方面的分析并結合鋁合金腕臂系統材料尺寸，一般在線間距為3.6m的硬橫梁區段，反定位短吊柱的限界一般設置為1800mm，短吊柱上上底座高度為7100mm，上下底座高度為1000mm，反定位短吊柱及鋁合金腕臂系統的安裝如圖4所示。

4 結語

本文主要依據現場具體線間距情況，對硬橫跨上普通吊柱和短吊柱在直線區段選取及安裝條件做了具體分析，并從建筑限界、受電弓動態包絡線、腕臂系統這幾個方面對今后施工中直線區段吊柱的長度及定位選取提供了依據。如遇到曲線區段，必須考慮外軌超高引起的動態包絡線的影響。該吊柱選取原則同樣適用于隧道、跨線橋等處吊柱的選取。