高速铁路接触网无交叉线岔工程探究

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摘要：无交叉线岔是高速铁路接触网较为复杂、技术要求较高的单元。我国开始大规模高速铁路建设伊始，因国内各设计单位设计理念不同，国内高铁无交叉线岔定位存在大拉出值布置和小拉出值布置两种方式。十余年高铁运行实践证明，这两种方式均满足高铁安全运行要求，但在安全可靠性方面存在差异。本文收集和分析了国内外高速铁路无交叉线岔最新理论研究和工程实践成果，为进一步完善我国高铁无交叉线岔设计提供参考。

关键词：高速铁路；无交叉线岔；工程实践

0引言

无交叉线岔是高速铁路接触网较为复杂、技术要求较高的单元，其设计的基本理念是通过接触网的拉出值、高度布置，正线通过线岔的受电弓只接触正线接触线，不与侧线接触线接触，从而使高速通过的动车组受电弓在线岔处获得与区间正线一致的弓网关系，满足高速运行要求。同时，高速铁路无交叉线岔还应满足动车组受电弓以较低速度从正线到侧线以及从侧线到正线安全通过的要求。早在20世纪90年代，我国在京广线、广深线等普速铁路电气化改造或提速改造中就已有无交叉线岔的研究和实践应用，但数量不多。21世纪初我国开始大规模高速铁路建设，为消除交叉线岔自身结构缺陷，满足正线通过的受电弓高质量、安全可靠通过，无交叉线岔在我国高铁正线开始广泛采用。在开始大规模高速铁路建设伊始，国内没有相关通用设计图，且由于国内各设计单位设计理念的差异，国内高铁无交叉线岔定位存在大拉出值布置和小拉出值布置两种方式。十余年高铁运行实践证明，这两种方式均满足高铁安全运行要求，但在安全可靠性方面存在差异。本文收集和分析了国内外高速铁路无交叉线岔理论研究和工程实践成果，为我国高铁无交叉线岔设计的优化完善提供参考。

1国外无交叉线岔应用情况

法国采用的无交叉线岔接触网布置见图1。图中，WM为理论岔心，P为支柱B可以偏离理论岔心的距离，定位支柱一般位于道岔区两股道线间距500～600mm处，其具体位置与道岔号大小有关，18号道岔P为4m左右。在邻近岔心的支柱处，如果直股设计速度小于或等于100km/h，则侧股与直股的导线高度相同，更高速时则需增加侧股导线的高度。该形式是世界上最早的接触网两支式无交叉线岔形式。当侧股允许速度超过一定值时，法国采用了带辅助悬挂的无交叉线岔。日本无交叉线岔是为了适应新干线的高速化（时速210km以上）而研发的，其无交叉线岔接触网现场布置根据支柱B的位置主要有2种形式：正线侧线平行布置、正线侧线八字形布置，见图2。2种布置方式采用的原则是每个定位点处接触线高度和拉出值是依据现场道岔型号和支柱位置数据，按照满足受电弓正线通过不接触侧线接触线以及受电弓从侧股进、出直股2支接触线安全转换的要求进行计算选取。由于是基于既有接触网提速改造，用于悬挂点A和B的支柱位置不能改变，当支柱B的侧股接触线位于正线通过的受电弓动态包络线限界以外时（岔心方向）采用正线侧线平行布置，否则采用八字形布置。八字形布置时，侧股接触线在悬挂点A抬高布置。德国高速铁路道岔上方的接触网一直采用交叉线岔，但并未停止对无交叉线岔技术的研究。2018年德国出版的《电气化铁路接触网设计施工维护》[1]一书介绍了德国无交叉线岔技术的研究成果，该书给出了适用于宽度1950mm受电弓和同时适用于宽度1950mm和宽度1600mm受电弓的两种无交叉线岔布置方法示例。本文只介绍与我国接触网和受电弓条件相似的第一种。对于1/18.5道岔，德国适用于宽度1950mm受电弓的无交叉线岔布置方法见图3。图中，阴影部分为线岔无线夹区，PS为理论岔心，接触线工作支用实线表示，非工作支用虚线表示，数值单位为mm，括号内数据为相对正常高度抬升量，正线接触线高度设计值为5300mm。图3中线岔区A处两支接触线在受电弓轮廓动态位置见图4，图中数值单位为mm。线岔区定位器受力应限定在80～2000N，且为了道岔直股方向接触线弹性均匀，正线各定位器受力差值越小越好。为保证接触线位置在冬季和夏季一致，接触线和承力索分别全补偿下锚（其他处所接触网的接触线和承力索合用补偿装置）。图3中u1的最小值应由侧股接触线线密度和张力计算确定。跨中风偏对无交叉线岔运用状态安全的影响应予以考虑。值得说明的是，除应满足受电弓动态包络线要求外，还需注重以下几点：（1）对于宽度为1950mm的受电弓，另一支接触线可以在距受电弓中心600mm处（半使用区位置）转换接触；（2）为了保证两支接触线转换时侧股接触线在受电弓半使用区边界以内，图3的S2支柱处接触线高度比正常高度低50mm，此处接触线拉出值为1200mm；（3）从世界各国经验看，当受电弓从正线到侧线或从侧线到正线过渡时，只要始触位置被限定在受电弓工作区较小范围内，两支接触线没有必要必须在受电弓中心同一侧；（4）运行速度超过200km/h时，由于交叉吊弦反应速度慢，其作用不大，不必要设置；（5）为了消除两支接触线间电压差，无交叉线岔处应设电连接。

2国内无交叉线岔应用实践

2013年4月，原铁道部发布时速250km高速铁路18号道岔无交叉线岔设计通用图（以下简称时速250km通用图）。2016年10月，原中国铁路总公司基于郑西、武广等大多数高铁采用的无交叉线岔设计，改进后发布了时速350km高速铁路18号道岔无交叉线岔设计通用图[3]（以下简称时速350km通用图）。目前我国时速300～350km高铁接触网正线无交叉线岔存在的主要问题是受电弓从正线到侧线和从侧线到正线运行时在过渡处拉出值偏大，存在安全隐患。即使是按时速350km通用图设计，拉出值也达到600mm左右，拉出值超过了我国《高铁接触网运行维修规则》要求的动态拉出值不超过450mm的规定，且道岔区两支接触线过渡处，接触线均在受电弓边缘，影响弓网运行安全。近年来，国内无交叉线岔运用实践上技术创新主要有以下进展。

2.1对无交叉线岔动态检测波形图检测分析

接触网检测车检测波形图可以完整地描绘无交叉线岔过渡区受电弓与两支接触线动态关系。图5所示为2020年10月10日太焦高铁上行联调联试中接触网检测车检测的焦作车站城际场北咽喉2组无交叉线岔接触线波形。接触网检测车检测路径为焦作站3道6号道岔4号道岔2号道岔太原方向上行线，如图6所示。从图5可以看出，6号道岔和2号道岔处侧股接触线过渡处拉出值均接近600mm。

2.2法维莱CX型受电弓过渡点消失现象研究

文献[2]对法维莱CX型受电弓过渡点消失现象进行了现场试验研究。CX型受电弓为独立悬挂弓头，当无交叉线岔两支悬挂转换过渡时，存在接触线位于弓头中心轴两侧（以下简称异侧）布置和一侧（以下简称同侧）布置两种情况下的受电弓滑板倾斜。在某些极端情况下，当滑板端头高出弓角时，弓角轮廓与滑板轮廓不再有交点，这种现象定义为过渡点消失现象，如图7所示。发生过渡点消失现象时，受电弓与沿弓角向上滑行的进入支接触线将发生擦刮，不能实现接触线平稳过渡。为避免过渡点消失，需满足以下条件[2]：（1）当弓网始触点控制在距离受电弓中心轴500mm时，接触力需小于187.6N；（2）当接触力在100N以内时，其弓网始触点距弓头中心需小于623.4mm。

2.3对无交叉线岔非通用图定位布置研究

如前文所述，我国高铁大部分采用了时速300km通用图设计。文献[3]经过对比计算，A柱位于岔后距离不断增加时，在维持A柱设计拉出值不变的情况下，机车侧线通过18号无交叉线岔A、B柱间最大拉出值见表1。综上所述，在18号线岔A柱位于岔后距离大于27m时，A、B柱间最大拉出值超过600mm，受电弓侧线通过时存在脱弓隐患。

2.4成渝高铁小拉出值布置无交叉线岔提质改造

成渝客专设计运行速度300km/h，原采用全补偿弹性链形悬挂设计，正线CTMH-150+JTMH-120，(28.5+21)kN，无交叉线岔采用非标准图的小拉出值布置。2020年进行350km/h提质改造，正线接触线额定工作张力由28.5kN增加至30kN。改造时对正线无交叉线岔几何参数进行了精调，改造前后内江北站1组无交叉线岔静态参数测量结果见表2。动态检测结果表明，改造精调后的无交叉线岔满足了正线时速350km高速运行要求。内江北站无交叉线岔调整前后1C波形图（道岔开口侧进入）见图8。

2.5修改标准完善维修手段

2021年，为满足新建高铁工程验收要求和1C动态检测质量评价需要，即将颁布执行的国家铁路集团有限公司企业标准《接触网动态检测评价方法》补充了“无交叉线岔动态拉出值按设计值校核，但不应超过600mm”的规定。运行维修方面，中国铁路郑州局、广州局等集团公司在无交叉线岔维修中推广使用了模拟受电弓，方便了现场操作人员对无交叉线岔参数测量和岔区两支接触线的过渡检查。

3结语

我国时速250、350km的无交叉线岔标准图A柱位置应限制在一定范围内，以满足两支接触线过渡安全要求。日本新干线和我国成渝高铁正线18号道岔的小拉出值布置无交叉线岔的成功运用经验表明，小拉出值布置的无交叉线岔能够满足高铁正线运行安全要求，同时也为工程上非标准图定位支柱布置的无交叉线岔调整处理提供了参考方案。法国和德国无交叉线岔设计理念也值得我国工程技术人员在深化研究无交叉线岔时参考。在无交叉线岔施工调整和维护管理方面，模拟受电弓运行有助于现场操作人员对无交叉线岔状态的确认，应推广使用。

作者:张宝奇 唐伟 单位:.中国铁路郑州局集团有限公司工电检测所