钱庆玲，姚永明，丁宇鸣，周谦

（1.北京铁科英迈技术有限公司，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 100081）

0 引言

电气化铁路经常有站线、侧线、渡线、到发线等需要并入正线，为了保证受电弓安全平滑地从一条接触线过渡至另一条接触线，通常通过设置线岔来完成。道岔上方的2支接触悬挂交叉布置时，称为交叉式线岔；无交叉布置时，称为无交叉式线岔。无论交叉式线岔还是无交叉式线岔，均应确保动车组沿直向通过道岔或直向与侧向道岔转换时，受电弓能可靠横越线岔［1］。目前，我国高速铁路接触网大量采用无交叉布置方式，当动车组通过无交叉线岔，从正线进入侧线、侧线进入正线时，存在动态接触线拉出值缺陷问题。根据高速铁路接触网动态缺陷诊断标准：无交叉线岔动态拉出值按设计值校核，但应≤600 mm［2］，以充分保证受电弓动态包络线，提高动车组受流质量，满足动车组高速安全运行的需要。

由于不同受电弓动态包络线存在差异，各设计院在进行高速接触网设计时参照的线路参数及运行车辆采用的受电弓型号不同，其设计的18号道岔接触网参数也不尽相同［3］。合理设置道岔柱定位点处的接触网参数，优化侧线下锚方向，充分考虑始触区内的弓网安全关系，有利于降低动车组高速通过时发生弓网事故的概率。

通过对通化（2016）1302-Ⅸ（18号道岔）［4］正线道岔定位示意图、动态检测波形图和视频综合分析，剖析接触网设计参数和受电弓运行轨迹等关键技术参数，并对接触网参数调整提出建议。

1 18号道岔基本参数

18号道岔正线允许通过最大速度为350 km/h，侧线允许通过最大速度为80 km/h。道岔全长L=69.00 m，前端长度a=31.729 m，后端长度b=37.271 m，导曲线半径R＝1 100 m，岔心角θ=3°10′47.39″。道岔侧股平面线形选用圆曲线与直线相切的连接方式。18号道岔线形及主要尺寸见图1。

图1 18号道岔线形及主要尺寸

2 轨道中心线距离计算

根据TG/GD 124—2015《高速铁路接触网运行维修规则》对线岔始触区的规定：线岔两工作支中，任一工作支的垂直投影距另一股道线路中心600～1 050 mm不得安装除吊弦（必需时）外的其他线夹［5］。确定始触区即确定始触点的轨道线距离和始触点接触线拉出值，确定接触线与受电弓相对位置曲线方程［6］。

根据图1的几何关系，可得任意直、侧股线间距L与距圆曲线理论起点PS的距离X的方程：

式中：R为道岔导曲线半径。

3 左右摆动量

道岔处接触网的平面布置取决于道岔类型、受电弓工作宽度、受电弓的动态运行轨迹（最大摆动量和最大抬升量）。半工作宽度和最大摆动量决定始触区和无线夹区，最大抬升量决定线岔处2支接触线的抬高量。

根据铁路电力牵引供电设计规范，受电弓动态包络线范围：设计速度120～200 km/h时，上下抬升量为120 mm，左右摆动量为直线250 mm、曲线300 mm；设计速度250～350 km/h时，上下抬升量为150 mm，左右摆动量为直线250 mm、曲线300 mm［5］。

根据TB 10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》［7］，受电弓弓头外形轮廓和尺寸见图2。由图可知，受电弓半宽工作范围为：1 450 mm/2=725 mm。考虑受电弓最大抬升量为150 mm、左右最大摆动量为250 mm时，得受电弓半宽工作范围为：（725+（150-50）/tan（40°）+250）mm=（725+119+250）mm=1 094 mm。

图2 受电弓弓头外形轮廓和尺寸

4 无交叉线岔

2支无交叉接触网布置方式要求在受电弓由正线通过时，受电弓滑板不能接触侧线接触线，从而保证正线高速行车的绝对安全性，并且在道岔处不存在相对硬点；当动车组从正线进入侧线或从侧线进入正线时，能够完成受电弓在2支接触线间平稳过渡，不发生打弓和钻弓事故。以通化（2016）1302-Ⅸ（18号道岔定位）正线道岔为例，对接触网无交叉线岔进行分析，接触网线岔布置见图3。

图3 接触网线岔布置

（1）道岔开口方向上，道岔定位后的第1个悬挂点，设于轨道中心线距离≥受电弓半宽+横向摆动量处，并保证2支接触悬挂的任意1支接触线分别与相邻线路中心线距离≥受电弓半宽+横向摆动量。否则，另一条线路的接触线定位线夹会侵入该线的受电弓限界，存在打弓危险。

（2）道岔定位柱一般设于轨道中心线距离150～200 mm处（距理论岔心10～15 m），理论岔心后支柱一般设于线间距1 320～1 500 mm处（距理论岔心25～27 m），岔前与岔后支柱间距约40 m。

当受电弓由侧线进入正线时，理论岔心后支柱（A1柱）位于岔心≥25 m处，即道岔开口（正线和侧线线间距）≥1 320 mm处，施工时定位于1 400 mm处，侧股接触线与直股轨道中心线距离＞受电弓水平方向最大摆动范围，A1柱接触线拉出值应与支柱定位处的轨道中心线距离相匹配。在任何情况下，受电弓正（侧）通过时，仅与正（侧）线1支接触线接触。由图3（b）可知，在A1柱，正线导高为H、侧线导高为H+20；在B1柱，侧线导高比正线导高抬高120 mm，即正线导高为H，侧线导高为H+120。A1、B1柱间跨距为40 m，侧线接触线导高由岔后道岔柱A1向岔前道岔柱B1依次抬高，交叉吊弦处侧线接触线高于正线接触线约35 mm。

受电弓从侧线进入正线约10 m后，正线接触线开始与受电弓接触；继续往前约11 m，正线接触线完全进入受电弓工作区域，2支接触线同时与受电弓接触，侧向接触线开始抬升，进而逐渐脱离受电弓；继续往前约10 m，受电弓仅与正线接触线接触，此后保持从正线接触线取流。

当侧向运行受电弓接触正线接触线时，正线和侧线接触线距离约1 280 mm；侧线接触线开始抬升时，正线和侧线接触线距离约为1 050 mm；侧线接触线离开受电弓时，正线和侧线接触线距离约为950 mm。因此，受电弓在侧线到正线运行过程中，2支接触线间距离保持在950～1 280 mm时为合理值。

5 动态数据分析

结合高速铁路正线18号道岔，道岔直股以350 km/h速度通行时，接触线变化坡度为0；侧股以80 km/h速度通行时，其坡度变化应考虑受电弓在正线和侧线转换运行时，任何方向都应满足始触区范围内无线夹（将正线或侧线线路中心线两侧600～1 050 mm的区域内设置为无线夹区），以保证在受电弓限界范围内无接触网零部件。

5.1 正线通过

当动车组以350 km/h速度正线通过时，为确保侧线接触线任何位置都不能侵入正线运行中的受电弓动态包络线，则侧线接触线到直股轨道中心线距离≥1 094 mm（受电弓半宽+横向摆动量），才能保证侧线接触线不侵入受电弓包络线（见图4）。

图4 受电弓正线通过线岔示意图

由图（3）可知，B1支柱：对正线接触线拉出值400 mm，导高H；对侧线接触线拉出值1 100 mm，导高H+120。A1支柱：对正线拉出值-150 mm，导高H；对侧线拉出值-150 mm，导高H+20。因此，B1柱侧线接触线距正线轨道中心线距离=B1柱侧线接触线拉出值（对侧线）+正、侧线轨道线间距。同理，A1柱侧线接触线距正线轨道中心线距离=A1柱侧线接触线拉出值（对侧线）-正、侧线轨道线间距。

道岔定位柱一般设在距理论岔心10～15 m，理论岔心后支柱一般设置于距理论岔心＞25 m，岔前与岔后支柱间距约为（10+25）m～（15+25）m=35～40 m。

当B1柱里理论岔心的距离为15 m（岔前），则：

当B1柱里理论岔心的距离为10 m（岔前），则：

式中：XB1为岔前B1柱距PS的距离。

当A1柱里理论岔心的距离为25 m（岔后），则

式中：XA1为岔后A1柱距PS的距离。

将XB1、XA1带入式（1），得岔前、岔后定位柱处的轨道线间距如下：

考虑轨道尖轨尖端构造，则可修正岔前B1柱距PS的距离为150 mm（岔前15 m），200 mm（岔前10 m）；岔后A1柱距PS的距离1 400 mm（岔后25 m）。

B1柱侧线接触线距正线轨道中心线距离=（1 100+150）mm=1 250 mm（岔前15 m）；

B1柱侧线接触线距正线轨道中心线距离=（1 100+200）mm=1 300 mm（岔前10 m）；

A1柱侧线接触线距正线轨道中心线距离=（1 400-150）mm=1 250 mm（岔后25 m）。

由此可得，B1、A1间侧线接触线到正线轨道中心线距离≥1 250 mm＞1 109 mm，C1处接触线定位点到正线轨道中心距离1 400 mm≥1 109 mm。其安全裕量≥141 mm，对比我国目前设计规范与TB/T 3271—2011《轨道交通受流系统受电弓与接触网相互作用准则》［8］中受电弓动态包络线，可知左右最大摆动具有裕量宽度，根据近年来中国铁道科学研究院集团有限公司在我国部分新开通线路动态验收中现场检测定位点抬升量检测数据，以及在京沪高铁、京津城际铁路监测数据，我国设计速度350 km/h及以下的高铁接触网定位点最大抬升量≤100 mm，且该数据已有一定余量［9］。

综上所述，C1、B1、A1间侧线接触线满足动车组正线高速通过、侧线接触线不侵入受电弓动态包络线的要求。

5.2 正线进入侧线、侧线进入正线

当动车组列车由正线驶入侧线时，在X点以前受电弓均从正线接触线取流（见图5），当受电弓到CAO、CBO段的中部附近位置时，受电弓滑板将脱离正线接触线，在其静压力作用下与抬高的侧线接触线相接触（此处侧线接触线抬高值宜控制在20～40 mm），进而转入从侧线接触线取流。

图5 受电弓正线进入侧线、侧线进入正线示意图

受电弓通过无交叉线岔的变化过程见图6。当动车组从正线进入侧线到达B1柱，此时受电弓接触的是正线接触线，以支柱位于侧线侧为例，说明受电弓与接触线相对位置关系：正线接触线拉出值为正向最大（接触线拉出值拉向支柱侧为正）→正线接触线远离支柱侧→正线接触线拉出值变为0→正线接触线拉出值变为负（接触线拉出值远离侧线支柱）→正线、侧线接触线间过渡转换（始触区）→侧线接触线拉出值变为正→侧线接触线拉出值变为0→侧线接触线拉出值变为负→A1柱（侧线接触线为负）。

图6 接触线由正线进入侧线示意图

以圆曲线理论起点PS原点，平行正线中心线为X轴，垂直于正线中心线为Y轴（见图7）。

图7 18号道岔与正、侧线接触线示意图

计算B1（岔前15 m）、A1（岔后25 m）时，侧线接触线坐标：B1（15.316，1.250），A1（55.316，1.250）；正线接触线坐标：B1（15.316，0.400），A1（55.316，-0.150）。

侧线接触线直线方程：

正线接触线直线方程：

侧线线路中心线方程：

当动车组从正线进入侧线、侧线进入正线，正线接触线、侧线接触线到受电弓中心线的距离，即：侧线接触线到受电弓中心线距离D1=Y1-Y3，正线接触线到受电弓中心线距离D2=Y3-Y2。

当动车组从正线进入侧线，正线接触线到受电弓中心线距离为0.6 m，即D2为0.6，可计算出X=30.25，可得侧线到接触线离受电弓中心线距离D1=0.833 984＞0.6；当动车组从侧线进入正线，侧线接触线到受电弓中心线距离为0.6 m，即D1为0.6，可计算出X=37.815 34，可得正线接触线到受电弓中心线距离D2=0.559 366＜0.6。

同理可计算B1（岔前10 m）、A1（岔后25 m）时，侧线接触线坐标：B1（20.316，1.300），A1（55.316，1.250）；正线接触线坐标：B1（20.316，0.400），A1（55.316，-0.150）。

侧线接触线直线方程：

正线接触线直线方程：

侧线线路中心线方程：

计算得到侧线接触线到受电弓中心线距离D1=Y1-Y3，正线接触线到受电弓中心线距离D2=Y3-Y2。

当动车组从正线进入侧线，正线接触线到受电弓中心线距离为0.6 m时，即：

D2为0.6，计算X=34.571 46，可得侧线接触线到受电弓中心线距离D1=0.997 324＞0.6；当动车组从侧线进入正线，侧线接触线到受电弓中心线距离为0.6 m时，即D1为0.6，计算X=38.501 54，可得正线接触线到受电弓中心线距离D2=0.559 784＜0.6。

由上述计算结果可知：道岔柱B1距理论岔心10～15 m（岔前）、道岔柱A1距理论岔心25 m（岔后）范围内，当动车组从正线进入侧线，正线、侧线接触线间过渡转换时，正线、侧线接触线不存在到受电弓中心线距离同时不超过600 mm的区域；当动车组从侧线进入正线，正线、侧线接触线存在到受电弓中心线距离同时不超过600 mm的区域；但该区域正线、侧线接触线距受电弓中心线距离接近600 mm。

6 结论与建议

综上所述，动车组从正线进入侧线，正线、侧线接触线间过渡转换时，正线、侧线接触线至少存在1支到受电弓中心线距离＞600 mm；动车组从侧线进入正线，不考虑受电弓摆动量，理论上正线、侧线接触线存在到受电弓中心线距离同时≤600 mm的区域；但该区域正线、侧线接触线到受电弓中心线的距离接近600 mm。考虑受电弓摆动量和道岔柱定位、施工安装偏差等因素影响，动车组从侧线进入正线，正线、侧线接触线到受电弓中心线动态拉出值往往＞600 mm。建议适当将道岔柱定位点处拉出值减小，从而达到减小过渡区正线、侧线接触线到侧线轨道中心线距离，减少动态缺陷，提高弓网安全裕度；同时结合动态检测，增加正线进人侧线、侧线进入正线无交叉线岔检测项目，验证无交叉线岔接触网动态参数，为设计与施工参数调整提供数据支持。