浅谈接触网软横跨工程施工技术优化与应用

摘要： 本文主要通过接触网软横跨工程传统的施工技术的进行分析、试验、对比优化改进，通过测量、数据采集、计算、预制及安装调试等步骤分析、总结，创新和完善了软横跨施工技术。充分的证实了软横跨优化创新后的施工技术，在接触网工程施工过程中起到了一次到位良好的效果，缩短工期，避免了重复用工，提高了工效，在今后中国电气化铁路接触网新建、大修、扩建及改建工程中具有很强的推广意义。

Abstract： Through the analysis， testing and comparison of the traditional construction technology of catenary soft across project， this paper conducted optimization and improvement analyzed， summarized， innovated and perfected the construction technology of soft across through measurement， data collection， calculation， prefabrication and installation steps. The construction technology after optimization and innovation has got good results in catenary construction， shorten the period， avoided duplication， and improved work efficiency， and has a strong promotional sense in new construction， overhaul， expansion and renovation projects of electrified railway in China in the future.

关键词： 接触网；软横跨；测量；计算；挠度；预制；安装；施工技术；优化与应用

Key words： catenary；soft across；measurement；calculation；deflection；prefabrication；installation；construction technology；optimization and application

中图分类号：U225 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）15-0138-05

0 引言

随着近几年中国铁路电气化的飞速发展，铁路电气化工程设计、施工及运营过程中，在各方面不断完善、更新，引进了德国、日本先进的新材料、新设备、新工艺、新技术。采用接触网传统计算软件，其有关参数尚未校正，由于线路运输繁忙，封闭天窗点短，对施工精度要求高，尤其是软横跨一次安装到位，到达免调整工序，是施工单位的迫切需求，多少年以来，横向承力索承载后的长度靠经验值增减，软横跨安装后，或多或少需要天窗点来调整，造成没有必要时间与人工的浪费。影响软横跨准确度的主要项目是横承，横向承力索长度的准确度、精确度主要影响因素：第一，测量过程控制；第二，计算过程控制；第三，预制过程控制；第四，安装过程控制。如：测量过程起测点的选择、测量数据收集与汇总、测量使用的工具及测量方法；计算过程采用传统的计算方法——简单的受力与长度比例式为主线进行计算，未准确考虑承载后刚体支柱的变形（挠度）所产生的误差、软横跨结构的变化（增加弹簧补偿器）因素的考虑；预制过程起测点的选择与复测；安装上、下部固定绳高度的控制。本文主要通过以上四个方面进行分析对比来优化软横跨工程施工技术，使软横跨工程一次成型，提高功效，确保线路列车运输正点畅通。

1 软横跨工程传统的施工技术分析与优化

1.1 软横跨数据的采集与确定

1.1.1 软横跨测量参数起测点的确定 轨面高差的测量：一般情况，在测量过程中，经常被忽视的主要参数。刻板按照设计图纸要求，只考虑正线会最高轨面的位置。安装后会产生两种现象如图1所示：第一，定位坡度过大；第二，接触线高度不符合要求。因此，必须测量所有股道的轨面高差，来确定固定绳安装高度，如固定绳距非电化股道轨面的高度是否达到7.5m以上，是否符合TB 10421-2003《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》中第5.27.5条中，表5.27.5之规定。电化股道钢轨轨面高差在100-500mm范围内时，是选择调整立柱型号的重要依据，才能确保接触线高度及定位坡度等参数满足设计要求。

支柱限界的测量：一般选用最高轨面红线处为起测点，但是该组软横跨所跨股道轨面高差在100mm以下时，股道间距一般为5m，车站横向排水坡一般在1%-2%左右，应采用支柱相邻轨面红线处为起测点最为合理，因为，软横跨上下部固定绳安装标准，在TB 10421-2003《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》中第5.9.3条：“……软横跨受力后，固定索及定位索应水平，允许有轻微负弛度。”每一股道定位器坡度、接触线高度均能保证。同时应标识小限界的支柱编号，是选择连接件型号的重要依据（优先考虑定位器的型号及拉出值参数的满足）。

支柱倾斜度的测量：一般只采集支柱局部1m高度处的倾斜度来代替整个支柱的倾斜度，由于厂家生产的支柱表面或多或少有微小的凹凸不平的“坑”，并非直线型，这样会产生一定的误差。因此，采用经纬仪测量支柱的总倾斜度（柱顶至轨面红线处的总体倾斜度），直接获得柱顶总倾斜度比测出支柱每米的平均倾斜度然后间接计算总倾斜度，次测量方案，数据的采集给横承计算提供了更精确的原始数据，使计算误差达到最小值。

1.1.2 软横跨参数的收集与确定 数据的采集，第一类：直接测量的数据参数，如支柱的侧面限界、股道间距、支柱的倾斜度及轨面上支柱高度等的确定。这些测量参数，一般情况下，为了省事只测量一次，作为计算的有效数据参与计算，结果会出现事倍功半的效果。应采取同一组软横跨至少采集3组及以上数据，并进行标准方差筛选错误或偏差较大的数据后，取剩余多组数据的平均值作为参与计算的有效数据，这样方可达到计算数据的有效性。第二类：设计参数的收集，如导线高度（确定下部固定绳高度）、结构高度（确定上部固定绳高度）、拉出值（注意其方向性）、最短直吊线长度等参数的汇总，最短直吊线参数确定后，注意连接件的长度。第三类：结构参数的确定，如支柱的外形尺寸；各节点连接件长度及重量，如J1（非站台侧）；J2（站台侧或非电化股道侧）；J5（中间悬挂点）；J6（L型道岔定位）；J7（LY型道岔定位）；J8（上下行或不同馈线电源回路的隔断）；J9（上下行间站台或风雨棚）；J10（绝缘关节及非绝缘关节转换柱、中心柱定位）；J11（非支定位，接触线在下部固定索下方）；J12（非支定位，接触线在下部固定索上方）；J13（非上下行股道间站台及风雨棚）；J14（防窜不防断中心锚结）；J15（单根承力索悬挂）；B1（不等高悬挂定位h≤150mm）；B2（不等高悬挂定位150mm

1.2 软横跨的计算模块优化与创新

1.2.1 传统软横跨的计算模块分析

第一步：参数的整理及间接参数的计算

①横承悬挂点至最低点的水平距离：l1 l2

②横承悬挂点至最低点的垂直参数：f1 f2

③悬挂点重量参数的确定：g1 g2 … gi

为了简化计算繁琐程序确保计算的通用性，能保证计算的精度及误差，可选择悬挂重量：站线单组单重取值为1；站线双组悬挂单重取值为2；则正线单组单重取值为1.5；正线双组悬挂单重取值为3；后续计算值精确度取值为10-6。

④横承悬挂点间的水平距离：a1 a2 … ai

第二步：横承及直吊线计算

①力矩计算：

A、B点力矩的计算（A不含最低点左边所有悬挂的力矩和；B含最低点右边所有悬挂的力矩和）

■Maj=g1a1+g2（a1+a2）+……+gmin-1（a1+a2+……+amin-1）（1）

■Mbj=giai+1+gi-1（ai+1+ai）+……+gmin（ai+1+ai+……+amin+1）（2）

②水平力的计算：T=■（3）

③垂直不平衡力的计算：Y=■ 0？燮Y？燮gmin（4）

④K值的计算

横承最低点左侧K值计算：

K1=■a1（5）

K2=■a2（6）

……

Kmin-1=■amin-1（7）

Kmin=■amin（8）

横承最低点右侧K值计算：

Ki+1=■ai+1（9）

Ki=■ai（10）

……

Kmin=■amin（11）

Kmin+1=■amin+1（12）

K值的效验：

左边：f1=■Kk（13）

右边：f2=■Kk（14）

⑤横向承力索b值的计算：

b1=■（15）

b2=■（16）

……

bi+1=■（17）

⑥直吊线的计算

最短直吊线选定确定：

C■■=0.5m（18）

注意：直吊线连接件长度（0.06m）要考虑。

最短直吊线计算长度修正值：

Cmin=0.56m（19）

最低点左侧直吊线计算：

Cz=■Kz+Cmin（20）

最低点右侧直吊线计算：

Cy=■Ky+Cmin（21）

第三步：抛料长及支柱挠度考虑

①计算节点J1、J2、J8，材料连接件的长度。

②估算钢柱承载后的挠度。

支柱挠度一般采用经验取值200mm至400mm。

该传统的计算模块在软横跨安装后，产生大量的调整工作量。主要原因是横承的长度对软横跨弛度的变化极大，必须考虑横承的准确长度。

1.2.2 软横跨计算模块的改进及优化

在计算支柱侧ai值时，考虑支柱受力后的挠度，采用有限元分析法计算支柱的挠度，随后对其a值的修正，从而达到修正横承长度的目的。

如表1采用有限元分析法计算钢柱挠度。

如图3，修正a1、ai+1参数：

a1x=a1-？孜 a （i+1）x=ai+1-？孜（22）

？孜——钢柱承载后的挠度。

软横跨横向承力的最低点的高度是一个常量，也是一个定值，横承的长度直接变化影响软横跨横向承力索的弛度的大小，横向承力的最低点高于设计值时，表示横承短；横向承力的最低点低于设计值时，表示横承长。

横向承力索长度与横向承力索弛度之间的关系式如下：L∞KF2（23）

L——横向承力索长度

K——常量，系数

F——横向承力索弛度

由上（23）式分析，横向承力索长度与弛度的平方成正比，K值是大于1的常量。当横承长度变化时，横承的弛度也相应变化。

1.3 软横跨的预制与复核 软横跨横向承力索及上下部固定绳均采用工厂化分组预制，分组标识盘放，预制时采用50-100m钢尺，分段丈量标识预制，标识采用油漆及排笔进行，排笔标识点的宽度一般在5-10mm左右。分段预制会产生累计误差，标识方法会使各点产生误差在5-10mm以上。跨度越大或悬挂点越多，会产生很大的误差。通过实践，对预制流程进行优化和改进：采用坐标整体丈量法和双线标识定位法进行预制，坐标整体丈量法就是从该组横承的一端以0为起点一直延续到横承的另一端作为终点的丈量预制的方法，如图4。该方法减少了分段丈量的累计误差；双线标识法就是在横承上每一个节点处采用双线标识，双实线间预留1-2mm间隙，该间隙即为该节点的中心位置，这种采用间隙定位的方法称为双线标识定位法，如图5。该方法避免了标识线条过粗而引起横向位移，从而降低了预制时的误差。

到达现场安装前，将横承所有零部件连接好，进行二次复核，如有不符，立即查找，一般最容易出现的错误就是横承端部回头问题，要么多600mm回头，要么少600mm回头。一般预制横承时，场地较大时，每次可同时预制3-4组横承。因此，预制时要特别注意横承切断处，应有特殊标识（四线标识法为切断点），这样不容易出错。

1.4 软横跨的安装与调试 软横跨安装程序，一般先安装横向承力索及上部固定绳，其次架设承力索，该组所有承力索架设完成后，再安装下部固定绳，架设接触线，最后调试软横跨达到标准状态。目前施工有一个误区：在新建铁路电气化，安装横向承力索及上部固定绳，呈现的状态是横承较短及上部固定绳负弛度过大，在空载的情况下调整直吊线使上部固定绳处于水平位置。待承力索架设完毕后，二次调整上部固定绳。产生不必要重复调整及工时的浪费。因此，软横跨安装后待所有线索架设完成后，软横跨承载后，再进行软横跨横承及固定绳的调试，达到一次到位成型的要求。特别注意的是，在调整软横跨前一定要对上、下部固定绳底座安装高度进行复核。

车站悬挂为软横跨调整时，一般采用整股道调整的方案或同组软横跨逐点调整方案，其效果均不太理想。软横跨横承长度是按照承载重量比例而形成的，采用整股道调整的方案或同组软横跨逐点调整方案，该调整股道或该点定位达到标准，当再调整相邻股道定位达到标准时，预先调整的股道的拉出值及导线高度均变化为非标准值。这样重复调整，既浪费了工时，也无法满足该组软横跨所有悬挂定位处于标准值。针对此类问题，要进行优化和改进，在调整软横跨时，如果该组软横跨有n个悬挂点或定位点，应有n个作业组，在软横跨上调整人员n位（n位调整人员体重相当），同时对该组所有悬挂点进行调整，能达到一次成型，一次到位。如图6所示。

2 接触网软横跨工程优化改进的施工技术应用实例

2.1 接触网软横跨工程施工技术优化网络图（图7）

2.2 张集线集宁南车站传统软横跨计算模块与应用

以集宁南车站软横跨为例采用传统的计算模块：

集宁南车站59#（G15）-60#（G15）软横跨测量整理数据如下：

①悬挂点水平间距

a1=3.77m； a2=3.94m； a3=5.33m；a4=2.00m； a5=4.51m；a6=10.14m；a7=5.40m；a8=3.55m。

②悬挂点重量

g1=1；g2=2.5；g3=1.5；g4=1；g5=1；g6=1；g7=1。

③最低点选第5悬挂点且最短直吊线为0.5m，则有横承悬挂点与最低点弛度与跨度

F1=6.27m；F2=6.06m；L1=15.04m；L2=23.70m。

计算过程（略）

④横承总长度

B=b1+b2+b3+b4+b5+b6+b7+b8=4.599354195+4.5326512+5.485737403+2.002336852+4.525041854+10.46723788+5.706954565+3.925618161=41.24493211（m），如图8所示。

经过预制试挂，横向承力索偏长，最低点比标准值低240mm，经过调整，横承两侧均调整600型杵头杆，丝扣调整紧收100mm左右，即可达到标准值。七处悬挂点均应进行相应的调整，才能达到设计要求。

2.3 张集线集宁南车站优化后的软横跨计算模块与应用

以集宁南车站软横跨为例采用优化后的计算模块：

乌苏车站59#（G15）-60#（G15）软横跨原始数据进行修正：

①悬挂点水平间距（考虑钢柱挠度，修正系数）

a1=3.64m； a2=3.94m； a3=5.33m；a4=2.00m； a5=4.51m；a6=10.14m； a7=5.40m；a8=3.42m。

②悬挂点重量

g1=1；g2=2.5；g3=1.5；g4=1；g5=1；g6=1；g7=1。

③最低点选第5悬挂点且最短直吊线为0.5m，则有横承悬挂点与最低点弛度与跨度

F1=6.27m；F2=6.06m；L1=14.911m；L2=23.571m。

计算过程（略）

④横承总长度

B=b1+b2+b3+b4+b5+b6+b7+b8=4.462330403+4.548387497+5.490616575+2.002466441+4.525172456+10.47157162+5.713469614+3.789972981=41.00398758（m），如图9所示。

传统计算模块计算横向承力索长度为41.245m；修改后的计算模块计算横向承力索长度为41.004m；比传统的计算缩短241mm，与传统计算模块计算的横向承力索调整值比较接近。

通过接触网软横跨工程施工技术的优化和改进，在测量、计算、预制及安装调试四个环节中，采用科学的施工方案及施工流程。在计算模块上，考虑承载后支柱挠度参数，修正了计算参数。

如表2，集宁南车站8组软横跨按照传统计算模块计算安装调整后，与优化后的软横跨计算模块进行对比，已经特别接近实际承载后的软横跨横承长度，经过再次进行修正计算参数，将优化后的计算模块及改进施工技术流程，应用于大准线铁路电气化接触网，如在点岱沟车站、龙王渠车站、窑沟车站共计80组软横跨；石家庄枢纽接触网工程120组软横跨施工中得到了推广引用，实现了软横跨施工免调整一次到位，节约了工时，缩短了工期，保证了施工的安全与质量，提高了效率。

参考文献：

[1]接触网设计手册[M].中国铁道出版社，1989.

[2]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].西南交通大学出版社，2004.

[3]曾攀.有限元分析及应用[M].清华大学出版社，2004，6.

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