城际铁路小断面盾构隧道内接触网悬挂方案

谢 军

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430000)

在广东省城际铁路的建设中，首次采用了内径仅7.7 m的单线盾构隧道建造技术。牵引供电系统采用25 kV交流制式，接触网在内径7.7 m的单线盾构隧道内，基于标准的接触导线悬挂高度5.3 m。在保证城际铁路牵引供电接触网技术安全性能的前提下，需对比研究，确定工程可实施的适应线路速度目标160 km/h的悬挂方案和特殊设计原则，同时还需研究7.7 m单线盾构隧道电气化应用的限制性条件。

1 盾构隧道内的主要技术条件

(1)盾构隧道内径:7.7 m;衬砌施工误差:150 mm;最小曲线半径/外轨超高:550 m/150 mm;最高速度:160 km/h;连续曲线区段长度不大于4 km。

(2)接触网正线导线组合:CTS120+JTMH95;工作张力:15+15 kN;接触线悬挂高度5 300 mm。

(3)受电弓动态包络线:受电弓上下震动范围为120mm，左右震动范围为250mm。

(4)带电体对地绝缘间隙及受电弓振动至极限位置的间隙值，按照铁路电力牵引供电设计规范取值为300 mm与160 mm。

2 铁路隧道安全要求的接触网技术原则

为保证铁路隧道安全，参考欧洲铁路TSI适用于1 km以上20 km长度以下隧道的SRT(“铁路隧道安全”)技术规程的相关强制性条款，结合国内较高等级的铁路设计规范，根据国际上城际铁路的建设经验和惯例，需考虑以下安全性的保障要求:

①隧道断面的建筑电气限界要求;

②安全可靠的受电弓动态包络线要求;

③腕臂定位装置的安全冗余校验要求;

④安全救援的接触网供电分段原则;

⑤悬挂安装零部件的选用原则;

⑥接触网施工安装调整和工艺要求。

3 接触网悬挂方案对比

3.1 三角弓形腕臂悬挂方案

本方案采用双绝缘子的三角弓形腕臂方案，成熟可靠，安装方案如图1所示。

该三角形结构增强悬挂稳定性，并充分考虑各种安全余量，包括定位器最优的理想状态等，为成熟可靠的方案，在我国香港等客运隧道中成功应用。

3.2 单弓腕臂悬挂方案

弓形腕臂目前在国内石怀、石太铁路及香港多条城际铁路成功运行，但国内外通常仅应用在列车速度140 km/h及其以下运行区段。

图1 三角弓形腕臂悬挂方案(单位:mm)

弓形腕臂方案只有1个绝缘子，局部荷载集中，安全余量较三角弓形腕臂悬挂方案小，且对160 km/h以上的佛莞城际铁路，其速度适应的上限有待进一步探讨。

3.3 日本隧道内整体腕臂悬挂方案

该方案安装示意如图2所示。

图2 整体腕臂悬挂方案

日本新干线有成熟应用，但尚未在内径7.7 m的小断面或低净空隧道中应用。

根据广深港高铁实际应用的经验，该方案对土建和电气化接触网的施工精度要求极高，局部接触网实施技术方案的可行性和便利性需要进一步深化探讨。

3.4 刚性悬挂方案

采用交流刚性悬挂单旋转腕臂安装，安全可靠，特点突出，较低速度下完全满足应用技术要求。

在国内140 km/h以下的电气化铁路如兰新线乌鞘岭隧道、石怀线局部低净空隧道、温福铁路引进枢纽低速区段隧道内都有成功应用。120 km/h速度以下的地铁有广泛应用。欧洲的瑞士/奥地利有160 km/h的成功运营经验。

由于国内没有120 km/h以上运营经验和产品，需要研究、消化引进先进国外先进技术，且造价相对其他方案要高。在未来运营中，刚性、柔性系统混用条件下，对运营机车的受电弓兼容性和寿命管理提出较高的要求，需进一步深化探讨。

3.5 水平悬挂方案

采用水平悬挂方式固定承力索，单支撑腕臂方式固定接触线。

隧道内水平悬挂方式是一种成熟的承力索悬挂方案，具有安全和可靠性;而单支撑腕臂悬挂方式也是一种通过了鉴定的悬挂方式。该方案对隧道净空的利用非常充分，其净空利用的限制条件仅取决于滑轮框架对隧道壁的绝缘距离;隧道内接触网悬挂方式可采用全补偿简单或弹性链型悬挂，国内外通常仅应用在列车速度140 km/h及其以下运行区段。

存在问题:

①承力索悬挂为柔性悬挂，对接触网的振动是否有影响应进一步探讨。

②承力索采用悬吊滑轮悬挂，悬吊滑轮对承力索的磨损依然存在，需要对悬吊滑轮进行改进。

③对160 km/h以上的佛莞城际铁路，其速度适应的上限有待进一步探讨。

3.6 方案对比

(1)三角弓形腕臂(推荐采用)

采用双绝缘子的三角腕臂。优点:充分考虑各种安全余量，包括定位器状态等，采用双绝缘子，绝缘子有备用，可靠性高。缺点:连续曲线(R＜9 000 m)大于5 km的7.7 m盾构隧道内不能设绝缘关节。

(2)单臂腕臂

采用单绝缘子的弓形腕臂。优点:安装净空要求较方案一较小。缺点:国内无160 km/h及以上运营经验，绝缘子无备用，安全可靠性比推荐方案低。连续曲线(R＜9 000 m)大于5 km的7.7 m盾构隧道内不能设绝缘关节。

(3)整体腕臂

日本普遍采用的整体腕臂，属于三角腕臂结构的一种变形。优点:腕臂结构稳定，绝缘有备用。缺点:国内小断面或低净空隧道未有运用，对施工误差适应性差，可调范围极小，对施工安装及制造要求极高。7.7 m盾构隧道内不能设绝缘关节。

(4)刚性悬挂

采用汇流排的刚性悬挂。优点:对净空要求最小，运营维护工作量较小，可靠性高，可以应用在连续曲线大于5 km的7.7 m盾构隧道内。缺点:国内无140 km/h及以上制造、运营经验，隧道内外网刚度差异大容易造成受电弓磨耗大，造价较高。

(5)水平悬挂

水平悬挂方式固定承力索，单支撑腕臂方式固定接触线。优点:安装净空要求较方案一较小。缺点:国内无160 km/h及以上运营经验，安全可靠性比推荐方案低。连续曲线(R＜9 000 m)大于5 km的7.7 m盾构隧道内不能设绝缘关节。

通过上表分析，以上5个方案方案均可满足基本使用要求，方案1(三角弓形腕臂悬方式)成熟度及可靠度最高，完全适用于城际轨道交通佛莞工程项目。虽其不能应用在连续曲线(R＜9 000 m)大于5 km的7.7 m盾构隧道内，但通过土建预留的配合，避免了该限制条件的发生。其他比选方案虽可行，但均存在一定限制。

4 结论

综合经济技术必选后，在城际铁路中可采用三角弓形腕臂悬挂方案，该技术方案成熟度高，设备和零部件规格均可采用标准化产品，可靠性、可行性满足需求，适应城际铁路客运安全运输的要求。

推荐的三角弓形腕臂悬挂技术方案充分考虑了各种不利边界因素，成熟度高，设备和零部件规格均可采用标准化产品，安全性、可靠性、可用性、可维护性和隧道安全救援条件等均满足需求，采用特殊限制方案可适应于7.7 m盾构隧道内安装要求，适应本工程特点，完全达到技术、安全和经济性指标要求。在不考虑线路、隧道风洞等限制条件时，该接触网悬挂方案本身完全满足设计速度160 km/h的安全运输和良好的技术性能要求。

［1］ TB10621—2009 高速铁路设计规范［S］

［2］ TB10009—2005 铁路电力牵引供电设计规范［S］