穗莞深城际铁路地下区间限界研究

杨 铭

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

城际铁路具有相对距离短、公交化等特点。穗莞深城际铁路是珠三角城际交通网内第一条开工建设的线路。设计阶段采用接近地铁A型车轮廓尺寸的新型城际动车组，运行速度目标值为140～200 km/h，供电方式为AC25 kV接触网授电。由于其模式既不完全等同于城市轨道交通，又有别于客运专线，相关限界标准无法直接采用现有的国家标准。

1 城际动车组地下区间相关限界计算

穗莞深城际铁路地下区间长度达到30.90 km，列车在地下区间内最高运行时速为140 km/h，线路最小曲线半径为550 m，采用双块式无砟轨道，轨道最大超高150 mm。城际动车组的车辆计算长度为22 800 mm，车辆定距16 000 mm，车体高度3 850 mm，车体最大宽度3 100 mm，接触网挂网高度距离轨面4 700 mm。

依据《地铁设计规范》(GB 50157—2003)和《地铁限界标准》(CJJ96—2003)，针对城际动车组的特点调整相关计算公式和相应参数，进行车辆限界和设备限界的计算。

地下区间建筑限界的确定需综合考虑线路、轨道、接触网等专业的要求，此外，还需满足《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)等有关规范内对隧道内轨面以上净空横断面面积的要求。对于采用盾构机施工的圆形隧道，虽本线地下区间最高速度目标值仅为140 km/h，但考虑到整个珠三角城际网线路较多且建设周期较长，为避免盾构机的闲置和重复采购，故统一采用200 km/h速度等级圆形隧道建筑限界断面进行施工。地下区间各类建筑限界见图1。

图1 穗莞深城际铁路地下区间建筑限界(单位:mm)

2 车辆形式改变对已施工地段的建筑限界校核

穗莞深城际铁路项目开工建设后，根据铁道部和广东省合作建设珠三角城际铁路的最新精神，城际铁路需考虑与国有铁路的互联互通，技术标准参照铁道部相关规范和标准执行，车辆形式由城际动车组改变为国铁CRH2型动车组，其基本参数见表1。此时，穗莞深地下区间的土建工程已经开工，明挖矩形隧道施工超过460 m，矿山法马蹄形隧道施工超过1 000 m，多处盾构井已完成，已开工的两个施工标段内6台盾构机到位4台，与之配套的管片厂已建成投产，管片加工累计完成242环。为避免有大面积废弃工程，使项目能够继续推进，需对已施工地段的建筑限界进行校核。

在线路和轨道条件不变的前提下进行限界校核工作，需要掌握CRH2型动车组的动态包络线及挂网高度调整后的接触网安装要求。

2.1 CRH2型动车组动态包络线的计算

现行国家标准《标准轨距铁路机车车辆限界和建筑限界》(GB146.1～146.2—83)以及《高速机车车辆限界暂行规定》所给出的机车车辆限界均是车辆静态情况下的限界控制值。

参照《客运专线机车车辆限界暂行规定》采用动力学模拟方法计算CRH2型动车组车辆动态包络线，通过对车辆、线路和轮、轨接触关系进行建模，模拟车辆在轨道上运行时受外界因素(轨道不平顺、风载激扰、未平衡的离心力)影响而产生的振动过程，求解车辆的最大动态偏移量。隧道内直线地段CRH2型动车组动态包络线见图2。

图2 隧道内直线地段CRH2型动车组动态包络线

2.2 接触网的安装

车辆改变为CRH2型动车组后，地下区间接触网挂网高度由4 700 mm抬高到5 300 mm，接触网采用柔性悬挂。

柔性悬挂的接触网可选择三角腕臂方式和弓形腕臂方式(见图3、图 4)。弓形腕臂形式在 140～200 km/h速度等级线路有成功运营经验，但弓网性能不如三角腕臂。三角腕臂虽适用于120～350 km/h时速，对设计时速方面也没有约束，但相对弓形腕臂悬挂形式，需要更高的隧道净空进行安装。通过综合比选，推荐采用弓形腕臂形式。

图3 接触网三角形腕臂悬挂示意

图4 接触网弓形腕臂悬挂示意

接触网在隧道内的安装需保证各带电部分距离隧道壁不小于300 mm。根据以往项目的经验，隧道内采用柔性悬挂接触网时，安装困难的地方一般为直线区段反定位中间柱和曲线关节处。《铁路电力牵引供电设计规范》中规定，隧道内最短吊弦长度不宜小于400 mm，反算柔性悬挂工作支结构高度应不小于650 mm。据此计算得出，中间柱受电弓上方净空距离不小于结构高度加绝缘距离，即950(650+300)mm，关节处在此基础上应增加350 mm。柔性悬挂主要控制点见图5。

图5 柔性悬挂主要控制点(单位:mm)

柔性悬挂结构较复杂，不仅需要考虑悬挂底座的安装空间，而且需要考虑柔性悬挂各部分零件之间的配合，需要对具体断面进行布置后确定建筑限界的大小。

3 已施工地段建筑限界解决方案

依据第3节的计算和相关分析，为满足CRH2型动车组以140 km/h的速度等级通过已施工地段，对地下区间建筑限界进行相应调整，详见图6。

1)明挖矩形隧道需进行扩挖。轨面以上建筑限界抬高650 mm，以满足接触网安装。宽度方向上在行车方向左增加190 mm，以满足设置宽度不小于1 000 mm的救援通道。救援通道高度与轨顶面平。电缆铺设采用电缆槽形式。

图6 调整后的穗莞深城际地下区间建筑限界(单位:mm)

2)矿山法马蹄形隧道需进行扩挖。轨面以上建筑限界抬高到6 588 mm。宽度方向增加到6 520 mm，设置宽度不小于1 000 mm的救援通道，救援通道高度与轨顶面平。电缆铺设采用电缆槽形式。

3)盾构法圆形隧道无法进行扩挖，为能继续使用已施工的建筑限界断面，将接触网挂网高度调整为距轨顶面5 200 mm，以保证原7 700 mm的内径断面仍可满足CRH2动车组以140 km/h的速度通过。在行车方向一侧设置宽度不小于1 200 mm的救援通道，救援通道高度与轨顶面平。电缆铺设采用电缆槽形式。

[1]中华人民共和国铁道部.GB50157—2003 地铁限界标准[S].北京:中国铁道出版社，2003.

[2]中华人民共和国铁道部.GB146.1～146.2—83 标准轨距铁路机车车辆限界和建筑限界[S].北京:中国铁道出版社，1983.

[3]中华人民共和国铁道部.客运专线机车车辆限界暂行规定[S].北京:中国铁道出版社，2005.

[4]中华人民共和国铁道部.TB10003—2005 铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2005.