剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題探討論文
摘 要 結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)改建鐵路焦柳線石門北至懷化段擴(kuò)能工程隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中遇到的若干問題進(jìn)行探討，提出設(shè)計(jì)原則，對(duì)解決工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題和豐富剛性懸掛接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高工程質(zhì)量有一定的意義。
關(guān)鍵詞 隧道 剛性懸掛 接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)
剛性懸掛接觸網(wǎng)是我國近幾年從國外引進(jìn)的一種新型懸掛類型，廣州地鐵二號(hào)線剛性懸掛接觸網(wǎng)已于2003年6月建成并投入運(yùn)行。干線鐵路25kV接觸網(wǎng)也開始了試驗(yàn)和局部采用。無論從理論分析還是從實(shí)際運(yùn)行情況來看，剛性懸掛具有比較明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。改建鐵路焦柳線石門北至懷化段（以下簡稱石懷段）擴(kuò)能工程有6座隧道內(nèi)需設(shè)錨段關(guān)節(jié)，既有隧道改造困難大，造價(jià)高，采用剛性懸掛不失為一個(gè)好的解決方案。
1 剛性懸掛的形式
地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范指出剛性懸掛架空接觸網(wǎng)用T形或型匯流排。型匯流排采用鋁合擠壓制造，單根長度可達(dá)12m以上，采用接頭板和螺栓連接滿足任意長度要求。匯流排通過對(duì)材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，巧妙利用其彈性，通過專用放線小車可方便地架設(shè)和夾緊接觸線，比T形匯流排采用螺栓和夾板夾緊接觸線更為方便和可靠。型匯流排具有技術(shù)的成熟性和先進(jìn)性，廣州地鐵二號(hào)線、三號(hào)線和寶蘭線（寶雞—蘭州）25kV試驗(yàn)段以及石懷段隧道試驗(yàn)段的剛性懸掛接觸網(wǎng)均采用了型匯流排。型和T形匯流排示意如圖1所示。
2 懸掛定位安裝方式
剛性懸掛定位安裝方式有垂直和懸臂懸掛定位2種。如何選定剛性懸掛接觸網(wǎng)的懸掛定位安裝，應(yīng)根據(jù)隧道凈空高度和斷面情況，考慮安裝結(jié)構(gòu)簡單可靠。
地鐵1500V剛性懸掛接觸網(wǎng)采用垂直懸掛定位方式安裝結(jié)構(gòu)比懸臂懸掛定位方式結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。但在懸臂懸掛定位方式下絕緣子受彎矩較大。廣州地鐵二號(hào)線選用了垂直懸掛定位方式。25kV干線鐵路剛性懸掛接觸網(wǎng)采用垂直懸掛定位安裝方式和懸臂懸掛定位安裝方式均可。
石懷段幾座隧道為既有隧道，斷面形式為ZSOO01，是不同心的3段圓弧構(gòu)成的尖拱隧道，凈空高度不相等，為6390~7080mm，接觸線高度確定為5700mm，列車運(yùn)行速度為80~120km/h。設(shè)計(jì)了2種安裝方式。
�。�1）垂直懸掛定位安裝方式。采用角鋼焊接底座，隧道頂部安裝，用4根螺栓調(diào)整接觸線的空間位置，適用隧道凈空高度為6390~6700mm；當(dāng)隧道凈空高度為6700~7080mm時(shí)，需改用厚度為400mm角鋼焊接底座。
（2）懸臂懸掛安裝形式。在距受電弓中心線650mm的隧道頂部安裝吊柱，采用通用的高強(qiáng)度瓷質(zhì)支柱絕緣子或硅橡膠棒形絕緣子傾斜懸臂懸掛剛性懸掛，采用300~1000mm長度的吊柱，可適用隧道凈空高度為6390~7080mm，通過懸臂偏離垂直受電弓方向安裝，適應(yīng)拉出值在±150mm范圍變化的需要。
考慮到石懷段隧道凈空高度低于6450mm的懸掛定位點(diǎn)不多，建議：如果采用懸臂懸掛定位形式，在隧道凈空高度大于6700mm時(shí)，吊柱中心線與受電弓中心線的距離為1085mm，懸臂改為可隨匯流排的伸縮旋轉(zhuǎn)方式，靠懸掛定位調(diào)節(jié)架來保證剛性懸掛的拉出值，以避免懸掛線夾卡滯匯流排。
3 剛性懸掛的跨距
由于剛性懸掛不施加張力，剛性懸掛的允許跨距和運(yùn)行速度有關(guān)，并受限制。根據(jù)國外試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，速度和跨距的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。
廣州地鐵二號(hào)線的最高車速為80km/h，因首次使用，跨距取8m；石懷段設(shè)計(jì)的最高車速為120km/h跨距取8m，弛度不超過跨距的1‰。
4 錨段長度
地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：剛性架空接觸網(wǎng)和接觸軌的錨段長度，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、載流溫升、材料線脹系數(shù)、伸縮要求確定。
按照石懷段隧道外設(shè)計(jì)氣溫最高為40℃，最低為—10℃，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)計(jì)算溫差可取70℃；選用已有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的伸縮量為500mm的膨脹接頭，考慮安裝下料的溫度變化，取允許伸縮量為±0。2m，錨段長度可為300m，考慮到國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、施工安裝調(diào)整、運(yùn)行管理等經(jīng)驗(yàn)不足，參照廣州地鐵二號(hào)線錨段長度最大為250m，三號(hào)線錨段長度最大為300m，寶蘭線試驗(yàn)段錨段長度最大為222m的情況，結(jié)合拉出值和膨脹接頭應(yīng)安裝在受彎最小處的要求，石懷段隧道內(nèi)剛性懸掛錨段長度設(shè)計(jì)300m。選用伸縮量為1000mm的膨脹接頭，待今后取得運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后，再設(shè)計(jì)更長的錨段。
5 剛?cè)徇^渡設(shè)計(jì)
由于隧道外采用柔性懸掛接觸網(wǎng)而隧道內(nèi)采用剛性懸掛接觸網(wǎng)，彈性相差太大的2種懸掛必然存在剛?cè)徇^渡問題，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求必須在其結(jié)合處采取剛?cè)徇^渡措施。從國內(nèi)外的資料看，剛?cè)徇^渡的方式有多種，但都是安裝一段剛度逐漸變化的剛性梁（或叫做切槽鑲嵌式剛?cè)徇^渡體）。
廣州地鐵二號(hào)線和寶蘭線試驗(yàn)段設(shè)計(jì)安裝關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^渡，這種剛?cè)徇^渡措施適用于較低速度（80km/h），錨段關(guān)節(jié)采用剛性懸掛。當(dāng)速度高于100km/h，宜采用貫通式剛?cè)徇^渡措施。
石懷段設(shè)計(jì)采用了貫通式剛?cè)徇^渡，柔性懸掛接觸網(wǎng)的承力索在隧道洞門拱圈上下錨，接觸線嵌入12m切槽式剛性漸變匯流排和12m加強(qiáng)夾緊力匯流排及整個(gè)錨段的匯流排，在加強(qiáng)夾緊力匯流排上安裝了下錨裝置，使剛性懸掛接觸網(wǎng)不受接觸線張力的影響。值得注意的是，剛?cè)徇^渡段應(yīng)該設(shè)在與接觸線同一條直線上，并且滿足隧道外接觸線在受電弓工作范圍之內(nèi)。
6 中心錨結(jié)設(shè)計(jì)
國外剛性懸掛中心錨結(jié)有2種形式，一種是“V”形中心錨結(jié)，絕緣棒與水平線的夾角約為45°；另一種是帶拉線“V”形中心錨結(jié)，絕緣棒與水平線的夾角約為10~15°。石懷段設(shè)計(jì)采用了帶拉線“V”形中心錨結(jié)，能夠承受很大的意外拉力，不會(huì)產(chǎn)生負(fù)弛度問題。在帶拉線“V”形中心錨結(jié)的安裝設(shè)計(jì)和平面布置中，注意要保證空氣絕緣間隙，在隧道凈空較低時(shí)尤其要精心設(shè)汁，精心施工。在平面布置時(shí)，盡量將中心錨結(jié)設(shè)在受電弓中心線上方，并且分別在受電弓中心線兩側(cè)下錨。
7 結(jié)束語
剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)在我國經(jīng)驗(yàn)尚少，本文針對(duì)石懷段隧道內(nèi)剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中遇到的若干問題進(jìn)行了探討，提出設(shè)計(jì)原則，希望能對(duì)解決工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題和豐富剛性懸掛接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、提高工程質(zhì)量提供參考。
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