高速铁路接触网吊柱安装形式探讨

丁敏

中铁建电气化局集团南方工程有限公司，湖北武汉，430223

0 引言

接触网吊柱是连接接触悬挂与硬横跨结构的中间纽带，不仅承载了整个接触悬挂的全部重力，而且承载了列车受电弓运行状态下对接触网悬挂的综合作用力。接触网吊柱依据股道间距分为一般型吊柱和特殊型吊柱（短吊柱），一般型吊柱依据建筑限界、受电弓动态包络线、腕臂系统三方面作用选型，特殊型吊柱主要依据受电弓动态包络线、腕臂系统两方面作用选型[1]。

1 吊柱选取原则

吊柱的选取原则主要有以下几个方面：

1.1 弓网关系

1.1.1 受电弓参数

在准高速及高速铁路电气化铁道中，受电弓本体弓头长度为1950mm，受电弓工作宽度为1450mm。

1.1.2 受电弓动态包络线

受电弓动态包络线是指受电弓沿接触线动态运行时可能触及的范围。接触网与受电弓的关系为动态关系，电力机车运行过程中，受电弓除沿铁路线路平行运行外，还有向上的抬升量、向左右方向的摆动量，且其抬升量和摆动量随着线路情况以及机车的运行状态的不断变化而变化。不同行车速度，其受电弓左右摆动量和上下波动量不同。故吊柱结构的选取必须按最大摆动量和最大抬升量来分析受电弓动态包络线与吊柱及腕臂的关系[2]。

1.2 吊柱及腕臂结构

吊柱因其安装的位置不同吊柱的结构也不尽相同，如硬横跨下吊柱、隧道吊柱、跨线桥吊柱；腕臂结构因其应用的环境、材质不同使得腕臂的结构也不尽相同，如铝合金腕臂、钢管腕臂、日式铝合金腕臂。一般情况下，当线间距够大时，腕臂的结构能充分满足受电弓运行条件，但当线间距不足或现场条件限制时，就必须考虑腕臂的结构是否对受电弓运行造成影响。当然选取吊柱时要把吊柱的结构和腕臂结构结合考虑，如图1所示。

1.3 建筑限界

在准高速及高速铁路线路中，接触网工作条件满足现行“铁道部令29号”《铁路技术管理规程》客运专线铁路建筑限界（200km/h≤v≤350km/h），具体如图1所示。

一般情况下吊柱是安装在两线间，除保证吊柱不侵入吊柱定位侧的建筑限界外，还需保证吊柱不侵入另一线路的建筑限界。建筑限界完全制约吊柱安装限界。

2 线间距足够大时普通吊柱选取

以贵广、南广铁路枢纽区段为例，贵广、南广铁路采用钢腕臂系统，因贵广、南广铁路为四线并行线路，肇庆东站至广州南站区间大量采用硬横跨结构，全线仅硬横跨1000多组，线路间距不恒定，故吊柱的选取及现场定位成为施工现场重中之重。

贵广、南广铁路枢纽区段接触网参数如下：接触网导高为5300mm，硬横梁底部距离轨面为8000mm，受电弓的水平最大摆动量为250mm。普通吊柱定位方式如下：上底座中心距离轨面为7000mm，上下底座间距为1800mm，吊柱本体厚度为180mm，如图2所示。

依据单吊柱开孔尺寸可推算出吊柱下沿距离轨面为4960mm。而此处建筑限界为1911mm。依据钢腕臂系统结构及腕臂计算的经验，普通吊柱正定位方式定位除与建筑限界和受电弓包络线有关联外，还与吊柱限界息息相关。为保证正定位装置不与棒瓷冲突，按照直线区段最大正定位拉出值350mm考虑，普通吊柱正定位方式下吊柱的限界必须满足大于2500mm才能保证腕臂结构正常安装；吊柱反定位方式定位只需满足不侵入建筑限界及受电弓动态包络线的条件。机车在运行过程中，受电弓水平偏离线路中心的最大距离为受电弓半宽加水平最大摆动量，即975mm+250mm=1225mm＜1911mm，故反定位吊柱的最小限界为1911mm[3]。

吊柱安装过程中，为保证吊柱不侵入临近线路的建筑限界，考虑预留量为200mm。

综合以上考虑，在线间距足够大的情况下，直线区段正定位吊柱安装要求的最小线间距必须满足≥1911+180+2500+200=4791mm。直线区段反定位吊柱安装要求的最小线间距必须满足≥1911+1911+200+180=4202mm。所以高速铁路线路设计中上下行正线的线间距一般为5m、5.3m，贵广、南广铁路四线并行区段线间距依次为5.3m、4.4m、5.3m，正定位吊柱全部设置在线间距为5.3m的两线间，反定位吊柱设置在线间距为4.4或5.3m的两线间。个别超大曲线区段还需考虑曲线加宽等情况。

3 线间距不足时短吊柱的选取

随着高速铁路的发展，大型车站设置有大量股道，增设各种型号道岔。由于道岔定位区段线间距不足，多采用硬横梁架设，而依据普通吊柱的长度很容易侵入建筑限界且腕臂系统定位方式无法定位，故普通吊柱现场安装条件达不到。为保证吊柱不侵入建筑限界，受电弓动态包络线及道岔区段的定位选用短吊柱。依据接触网定位方式分为正定位短吊柱和反定位短吊柱。

以宁杭客专为例，线间距不足的情况主要存在于道岔后曲线段及渡线与正线间，宁杭客专最小线间距为3.6m。

宁杭客专接触网参数如下：接触网采用铝合金腕臂系统，接触网导高为5300mm，结构高度为1600mm，硬横梁底部距离轨面为8000mm，普通吊柱定位方式如下：上底座中心距离轨面为7000mm，上下底座间距为1800mm，吊柱本体厚度为180mm。

3.1 正定位短吊柱长度及定位原则

因线间距较小，正定位短吊柱的长度及定位同时受建筑限界、定位方式、受电弓动态包络线相互制约。正定位短吊柱的长度及定位主要从以下几个方面考虑：

（1）依据吊柱正定位的原则，一般定位环距离轨面的高度约大于5600mm，考虑定位器选用1150mm，拉出值为350mm，则定位环中心距离线路中心的距离必须满足≥1528mm+350mm=1878mm，故正定位短吊柱的限界必须满足＞1878mm。

（2）因线间距较小，正定位吊柱限界无法满足正定位腕臂系统直接定位，需在原斜腕臂基础上增设一根斜腕臂管来保证定位装置安装。而增设的斜腕臂管因在腕臂底座以下，故需考虑增设的斜腕臂管对接地体的绝缘距离，该处绝缘距离要求≥300mm[4]。

（3）因正定短吊柱多增加一根斜腕臂管完成定位，可以判断短吊柱的下沿远远高于定位环对轨面的高度，故短吊柱下沿的高度不再电弓最大动态包络线的范围内。

（4）因吊柱本体厚度为180mm，正定位短吊柱对临近线路的限界仅为3600-1878-180=1542mm。依据高速铁路建筑限界的要求，可反推出正定位吊柱最下沿对临近线路的限界要小于1542mm。

（5）因硬横梁距离轨面高度为8000mm，故为保证绝缘距离，承力索的高度必须≤7500mm，故可推算出正定位短吊柱上上底座的高度必须≤7500mm。

综合以上几方面的分析并结合铝合金腕臂系统材料尺寸，一般在线间距为3.6m的硬横梁区段，正定位短吊柱的限界一般设置为2000mm，短吊柱上上底座高度为7500mm，上下底座高度为1000mm，正定位短吊柱及铝合金腕臂系统的安装如图3所示。

3.2 反定位短吊柱长度及定位原则

由普通吊柱可知，反定位吊柱安装一般受线路建筑限界的影响较大；同理因线间距较小，反定位短吊柱的长度及定位主要受建筑限界、定位方式相互制约。反定位短吊柱的长度及定位主要从以下几个方面考虑：

（1）从反定位方式原理可以看出反定位吊柱的限界要求没有那么苛刻，故反定位短吊柱只需要满足不侵入吊柱两侧线路的建筑限界就可；

（2）在保证反定位吊柱不侵入吊柱两侧线路建筑限界的前提下，可依据建筑限界的原则尽量加长反定位短吊柱的长度；

（3）直线区段线路的建筑限界已基本涵盖了受电弓的动态包络线[5]。

综合以上几方面的分析并结合铝合金腕臂系统材料尺寸，一般在线间距为3.6m的硬横梁区段，反定位短吊柱的限界一般设置为1800mm，短吊柱上上底座高度为7100mm，上下底座高度为1000mm，反定位短吊柱及铝合金腕臂系统的安装如图4所示。

4 结语

本文主要依据现场具体线间距情况，对硬横跨上普通吊柱和短吊柱在直线区段选取及安装条件做了具体分析，并从建筑限界、受电弓动态包络线、腕臂系统这几个方面对今后施工中直线区段吊柱的长度及定位选取提供了依据。如遇到曲线区段，必须考虑外轨超高引起的动态包络线的影响。该吊柱选取原则同样适用于隧道、跨线桥等处吊柱的选取。