预埋槽道架空刚性接触网技术研究及应用

王博

摘 要：本文对城市轨道交通铁路既有刚性接触网安装形式和盾构管片预埋槽道进行了分析说明，提出了两种城市轨道交通预埋槽道架空刚性接触网悬吊装置形式，并对这两种结构形式进行了研究和论述。通过该技术的研究应用，解决了隧道区间管片预埋槽道刚性悬挂接触网技术难题，使得隧道使用寿命、产品寿命、弓网受流质量、施工成本、设备安装效率等同步提升，进一步提高行车的安全可靠性。

关键词：预埋槽道；刚性接触网；技术；应用

0 引言

架空刚性接触网在国内城市轨道交通及电气化铁道领域的实际建设中，多采用化学植筋或打膨胀螺栓来进行接触网的安装，但是这种方式需要在既有隧道结构上钻孔，施工中可能会碰到结构钢筋，损伤整体结构，另外膨胀螺栓等也本身存在腐蚀问题，达不到地铁耐久性的要求。城市轨道交通工程中的接触网对隧道主体的这种破坏性施工帶来的损伤也成为地铁后期运营的重要障碍。鉴于此，目前高速铁路上很多线路已不再采用传统打孔模式，而采用管片预埋槽道形式进行接触网系统悬挂。许多城市的地铁线路如深圳、天津、长沙等也纷纷效仿高速铁路采用隧道预埋槽道形式。这样，以往刚性悬挂安装的接口与隧道预埋槽道就不再匹配，急需进行隧道预埋槽道刚性悬吊装置研究，以解决隧道区间管片预埋槽道刚性悬挂接触网技术难题，便于运营维护和维修，提高行车安全可靠性。

1 现状分析

1.1 现有刚性接触网典型安装形式

目前，我国城市轨道交通刚性接触网主要采用垂直悬吊安装方式（如图1）。垂直悬吊安装底座上部通过锚栓直接装在隧道顶部，下部通过T型头螺栓连接垂直悬吊安装底座、定位线夹、汇流排等组成的刚性悬挂系统。汇流排和接触线通过定位线夹与隧道顶部槽钢等装置固定连接；定位线夹与汇流排之间存在一定间隙，以满足汇流排因温度变化而引起的顺线路方向位移变化。整个刚性悬挂系统零部件与隧道壁的连接是通过现场打的螺杆锚栓与隧道壁相连。

既有的接触网采用的现场打锚栓的方式，在设计上相对简单，但在施工过程中可能破坏混凝土结构，伤害混凝土钢筋，造成管片伤痕累累，千疮百孔（如图2）。同时，膨胀螺栓在混凝土中产生应力集中，也使破坏率增加结构不安全。另外，锚栓本身寿命有限，在地铁阴湿的环境下容易腐蚀，一般使用不超过15年就要进行维护或更换，远远达不到地铁100年耐久性要求。现在采用的预埋滑槽可以比较好的解决了这一问题。

1.2 预埋滑槽形式

预埋滑槽也称哈芬卡轨或哈芬槽，发源于德国，距今有100年的历史。由于预埋滑槽具有非常高的防腐能力、优秀的动载荷承受能力、安装维修方便、高质量、高可靠性等特点在欧美等发达国家的隧道工程中得到良好应用。

目前预埋滑槽多采用C型带弧度的槽钢预埋件和布置在槽钢背面的锚杆组成（如图3）。在管片生产时将滑槽预埋在其中，盾构机将管片连接，安装好后，再通过配套的T型防坠落螺栓固定与之连接的刚性接触网系统设备等结构件相连。槽道选用带齿结构，能够承受垂直拉力、平行于线路方向的剪力、垂直于线路方向的滑动荷载三方向力同时作用，且适用于隧道内长期动荷载。

2 接触悬挂连接形式分析

深圳9号线全线引人预埋滑槽技术，这在中国城市轨道交通领域内是第一次引入、设计城市轨道交通工程中的预埋槽道形式。根据实际使用已经工况条件，有两种预埋槽道的布置方式：单槽道及双槽道布置方式。

（1）单槽道布置方式。单槽道布置方式，为单根槽道垂直于线路中心线正上方布置。根据盾构区间设计资料，槽道设置在距离每个管片中心120mm的位置，环与环沿线路方向的纵向间距为1.5m。

（2）双槽道布置方式。根据盾构区间设计资料，槽道设置在距离每个管片中心120mm的位置，环与环沿线路方向的纵向间距为1.5m。考虑避开管片中心线上的吊装孔，槽道在管片中心线两侧对称布置，顺线路方向的平行间距为240mm。

2.1 单槽预埋槽道接触网安装形式

目前推荐使用两种形式：隧道预埋槽道架空刚性悬吊装置双螺栓及四螺栓形式（如图4、图5）。预埋槽道底座（或悬吊底座）上部通过预埋槽道自带的T型头螺栓连接，下部通过螺栓与悬吊槽钢连接整个刚性接触网悬挂装置。

2.1.1 理论分析

对于盾构管片预留预埋件刚性悬挂系统技术产品进行了相关的有限元分析。

（1）应力分析

整体装置进行有限元应力分析结果表明应力最大值为42MPa，远低于材料的屈服极限（如图6）。

（2）位移分析

研究中对整体进行了有限元位移分析（如图7）。结果表明顺线路方向位移最大值为0.2mm，Y方向位移0.027mm；Z方向位移0.036mm。

a）顺线路方向

以上有限元计算应力及位移分析结果表明最大应力均小于材料许用应力，整体位移顺线路方向X方向最大，值为0.2mm，相对于1m长细杆件而言，位移较小。结构产品满足使用要求。

2.2 双槽预埋槽道接触网安装形式

普通的结构形式采用的是单槽道形式，但是如果线路装置上出现异常受力，如汇流排卡滞时，其卡滞产生的弯矩会通过连接螺杆传递给预埋槽道，对槽道的抗弯分析结果（如图8）表明当水平荷载加载至4.5KN时，槽道发生塑性变形，无法承受更大的弯矩。因此也有地铁线路隧道布置两个槽道即双槽道形式。

隧道双预埋槽道架空刚性悬吊装置方案（如图9）。双槽道用悬吊底座上部通过预埋槽道自带的T型头螺栓连接，下部通过螺栓与A型悬吊安装底座连接整个刚性悬挂装置。

理论分析：

采用单个双槽道用悬吊底座进行建模分析，底座矩形管材质为20#无缝管材，垂直及水平方向分别加载破坏载9kN、6kN，利用solid软件进行有限元分析，结果满足使用要求（如图10）。

2.3 主要特点

（1）隧道预埋槽道架空刚性悬吊装置技术方案，解决土建施工偏差大、精度低的问题，便于施工及其刚性悬挂系统的配合安装，降低施工成本，提高设备安装效率、安装环境。

（2）形成一套完整的装置，改变以往底座、绝缘子、定位线夹不同厂家供货的混乱局面而导致的接口问题，为用户提供成套产品，标准化程度高、互换性强。

（3）将槽道连接螺栓通过安装底座转换成直螺栓与钢结构、绝缘子、汇流排的安装，改善了受力状态，增强系统的稳定性和可靠性。

3 预埋槽道刚性接触网悬挂方式应用

预埋槽道刚性接触网形式在深圳9号线和天津5、6号线已有应用，图11是该产品在现场应用照片。现场运营情况表明产品结构合理，安全可靠。目前该种形式产品已经广泛应用在上海、青岛、上海、长沙等地铁线路。

4 结束语

隧道预埋槽道刚性悬吊装置的研究和应用，解决了隧道区间管片预埋槽道刚性悬挂接触网技术难题，不仅提高了土建结构的耐久性、节省资源；降低施工成本、缩短工期；而且提高了设备安装效率。使得隧道使用寿命、产品寿命、弓网受流质量、施工成本、设备安装效率、安装环境、行车速度等同步提升，进一步提高行车安全可靠性。因此预埋槽道刚性接触网结构安装形式终将成为城市轨道交通接触网供电发展的主流方向。

参考文献

[1]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003.

[2]商伟.城市轨道交通工程接触网预埋槽道的应用及要求[J].中国科技纵横，2016，（18）：127

[3]曾斌.管片预埋滑槽在深圳地铁9号线的应用[J].都市快轨交通，2015，（2）：114-116.

（作者单位：中国电气化局集团有限公司）