既有单线隧道双高箱运输接触网悬挂方案浅析

李东阳

（中铁武汉电气化局集团有限公司上海电气公司 上海 201700）

0 前言

随着“一带一路”建设的积极推动，集装箱运输大幅增加，如何提高集装箱运能备受关注。据国铁集团统计，双层集装箱运输是一种先进的多式联运组织方式，最大可提高铁路运输能力38%，仅宁波舟山港集装箱铁海联运已开通的12条铁海联运班列线路2018年集疏港运量将达到61万TEU，同比增长53%。双高箱集装箱运输能够减少国际高箱进入国内更换箱体的环节，成为海铁联运效率提高的又一突破口。目前，国内货运铁路接触网是按照双层集装箱进行设计，无法满足通行双高箱集装箱列车的需要，需对其进行改造。

1 单线隧道内双高箱运输接触网分析

1.1 建筑限界

双高箱运输侧面限界由车辆本体及装载宽度、列车运行中横向振动偏移量等构成，其中车辆本体及装载宽度根据《铁路技术管理规程（普速铁路部分）》（TG/01—2014）可知车辆本体及装载宽度侧面限界1.700m，电气化区段运输建筑限界1.760m；最大横向振动偏移量值为0.507m（取整），包含：①车辆本身的横向活动间隙0.135m；②车辆在极端条件下运行时的最大横向偏移量在甬金铁路进行的基于SIMPACK软件的动力学仿真分析结果为0.27195mm；③轨道数最大误差0.05mm；④安全裕量0.05mm。推算双高箱车辆及装载建筑侧面最大限界为2.207m（1.700+0.507），小于铁路技规要求的2.440m限界。双高箱运输车辆X2K和X2H型平车宽度为2.912m，集装箱宽度为2.438m，集装箱顶部侧面限界1.219+0.507=1.726m，小于1.760mm，可知隧道侧面限界满足其运行要求。

1.2 接触网导高

由《铁路电力牵引供电设计规范》（TB 10009—2016）可知接触网导高应根据车辆装载高度、空气绝缘距离、冰雪附加载荷、工务维修、施工误差以及受电弓的工作范围等因素综合确定。计算最小导高如下：

式中：H——接触网导高；

h1——车辆装载高度：双高箱装运高度2.896（国际集装箱最大高度）×2=5.792m，X2H和X2K型运输车辆集装箱承载面高度小于0.305m，通过铁科院仿真计算得到极端条件下双高箱装载运输垂向最大偏移量为0.04896m，装载高度为5.792+0.305+0.04896=6.150m（取整）；

h2——空气绝缘距离，《铁路技术管理规程（普速铁路部分）》（TG/01—2014）接触网绝缘距离不小于0.300m，至车辆装载货物的距离不小于0.350m；

h3——冰雪附加载荷引起导高变化考虑为0.050m；

h4——线路起落道引起导高变化考虑为0.050m：

h5——施工误差考虑为0.030m。

高箱与普箱装载高差2.896-2.591=0.305m，甬金线开行双高箱集装箱研究也是将接触网最低导高由6.330m加0.305m取值6.635m，统一考虑最低导高取6.635m，可推算隧道外一般导高为6.70mm，隧道内导高为6.680m。

根据资料显示目前主要运行的货运电力机车型号有：HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D、HXD2B、HXD3、HXD3C、SS8、SS9 共计 9 种，各型电力机车受电弓可适应的工作高度详见表1。

表1 电力机车受电弓工作高度统计

以上数据显示，电力机车受电弓正常工作高度基本均可达到双高箱运输的接触网导高。

1.3 接触网适应性分析

双高箱运输建筑限界计算绘图如图1、图2所示。

图1 双高箱运输装载上部限界/mm

图2 双高箱运输隧道内建筑限界图/mm

单线隧道建筑限界采用铁路技规中的双层集装箱运输铁路建筑限界，衬砌内轮廓按照时速120km/h设计，曲线半径为800m的，外轨超高0.135m，偏移 0.051m，见图 3。

既有货运铁路单线隧道接触网标准图安装，接触悬挂采用弓形腕臂结构，导高6.400m，结构高度0.500m，承力索高度6.900m，双高箱运输导高抬升0.305m后绝缘距离不满足要求，需要进行改造。

图3 单线隧道内接触网安装图/mm

2 隧道内接触网改造方案

本次对单线隧道研究了接触网采用刚性悬挂（方案Ⅰ）和柔性悬挂（方案Ⅱ）两种方案，柔性悬挂又研究了线路落道方案（方案Ⅱ-1）和隧道挑顶扩建方案（方案Ⅱ-2），具体如下：

2.1 刚性悬挂方案（方案Ⅰ）

当采用刚性悬挂时，接触网占用空间小，双高箱运输隧道限界高度要求为7.365m，隧道内轮廓限界高度7.63m，满足要求。

图4 120km/h双高箱集装箱单线隧道内轮廓（刚性悬挂cm）

3.2 柔性悬挂方案（方案Ⅱ）

采用柔性悬挂时双高箱运输隧道建筑限界为766.5cm超出双层集装箱运输隧道内轮廓763cm最大距离为3.5cm，需要改扩建。

图5 双高箱与双箱限界单线隧道内轮廓比较/cm

2.2.1 线路落道方案（方案Ⅱ-1）

轨面标高降低3.5cm，需对隧道内对围岩复合式衬砌、复合式衬砌（底板结构）沟槽、底板、找平层进行同步改扩建。拆除隧道底板、找平层，下挖3.5cm后重新找平层及底板；沟槽盖板面降低3.5cm，电缆槽槽底下挖3.5cm并抹平。

2.2.2 隧道挑顶扩建方案（方案Ⅱ-2）

将既有隧道拱部120°r1=266cm半径范围内衬砌结构拆除，边墙既有r2=844cm半径曲线上延，与拱部新建r1=227cm半径曲线顺接。改扩建后隧道轨面以上净高796cm，较既有隧道高出33cm，内轮廓距建筑限界最小约9cm，满足要求。

2.3 方案比选分析

当采用刚性悬挂方案（方案Ⅰ）时，原设计隧道内轮廓能够满足双高箱隧道运输要求，不需改建。

当采用柔性悬挂方案时，需要对隧道进行改扩建。按线路落道方案（方案Ⅱ-1）进行改扩建时，轨顶面以下需降低3.5cm，需对沟槽、仰拱填充进行局部改扩建，对底板及找平层拆除重建，改扩建后隧道侧沟过水断面减小，需重新核算隧道侧沟过水能力能否满足要求。采用该方案会引起隧道洞口外部分地段路基、桥梁轨面高程下降，会引起桥涵处道渣厚度不满足规范要求，因此不宜采用。按隧道挑顶扩建方案（方案Ⅱ-2）进行改扩建时，既有隧道拱部120°r1=266cm半径范围内衬砌结构需拆除、扩挖改扩建并拆除接触网，改扩建难度大，风险高，工期长，投资大。综合以上分析，本次研究推荐隧道内接触网采用刚性悬挂方案（方案Ⅰ），原隧道结构均无需改扩建。

2.4 刚性悬挂方案

刚性悬挂由汇流排PAC110+接触线（120mm2截面的铜合金接触线）构成，最低导高为6.635m，隧道外导高为6.700m，隧道内导线高度为6.680m，拉出值可按±0.200m设置。受电弓左右晃动量按高铁受电弓最大左右晃动量±0.350m设计，可待现场实验后进行进一步校核。隧道口设置刚柔过渡区，并对隧道口平面布置进行调整，两隧道间距300m以下时隧道外地段采用也应采用刚性悬挂以优化弓网关系，刚性悬挂方案见图6。

图6 隧道内接触网刚性悬挂安装图/mm

由图6可知，采用刚性悬挂方案，隧道上部净空满足安装要求；在最大外轨超高情况下，轨道区段受电弓最大左右晃动情况下距隧道壁距离为0.450m，均满足规范要求的0.240m并有一定的安全裕量。

2.5 接触网主要改造方式

对隧道断面重新测绘，按照通用刚性悬挂设置方式绘制出隧道内布置图，根据放样位置后植化学锚栓，分段拆除柔性悬挂，按双高箱标准安装刚性悬挂。施工过程中，线路需停运电力机车。

3 结束语

综上可知，双高箱运输的接触网导高不应小于6.635m，考虑施工误差、线路抬道等影响，隧道内导高可设为6.680m。双高箱集装箱运输涉及既有铁路单线隧道内接触网改造时，隧道内接触网可采用刚性悬挂方案，原隧道无需改扩建，施工难度较小。由于目前国内暂无导高6.500m以上接触网运行试验经验，为了验证弓网关系，施工前可进行现场双高箱集装箱运输模式下动态试验，或待甬金铁路建成后进一步验证。