盾构隧道预埋槽道接触网方案分析

邓 波

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)

地铁盾构隧道安装、固定接触网设备的传统工艺是采用打孔、后植锚栓固定支架的方式，该方式受施工环境、施工人员技能、工期等因素的影响，存在安装时效性低、施工环境恶劣等问题。随着地铁城轨建设的日益增多，隧道内相关设备的安装方式也在逐步改进，其中出现了一种采用在隧道壁内预埋环形槽道的安装方式，该方式通过在隧道壁内环形预埋槽道预留处安装接口，相对于原来各专业分别在隧道壁内打孔后植化学锚栓的方式，其优点在于:对隧道结构零损伤，延长工程使用寿命,提高设备安装效率,改善安装环境,运营期间设备更换、增加等更加方便,节省费用,缩短工期。

盾构隧道预埋槽道后，刚性接触网不再需要在隧道上方打孔安装锚栓，但由于其结构的特殊性，预埋槽道不能满足刚性接触网直接安装固定的要求，需要有一种简单易行的结构来实现刚性悬挂系统在环形预埋槽道上的固定安装，同时，在跨距、安装方式等方面均要打破传统方式，本文结合兰州地铁1号线预埋槽道情况，对盾构隧道预埋槽道段刚性接触网方案进行应用分析。

1 兰州地铁预埋槽道技术参数

兰州地铁槽道预埋布置展开图如图1所示，槽道构造示例图如图2所示，图1中F为盾构管片封顶块，L1,L2为邻接块，B1,B2,B3为标准块。预埋槽道由一条C型槽钢(带齿)和布置在槽钢背面的锚钉组成。槽道预埋在混凝土中，表面与混凝土平齐。槽道槽口内采用珍珠棉(原料：聚乙烯LDPE)泡沫作为填充材料，在设备安装时去除。与预埋槽道相配合的固定支撑件采用M14 T型螺栓，每组槽道预留约20套，其紧固力矩推荐为135 N·m。槽道的标准高度为20 mm，宽度为30 mm，布置间距为1.2 m。槽道产品大样及产品示意图如图3所示。

槽道及锚杆和相应配件的材质选用低碳高合金钢，其强度不低于Q235，采用双面焊接、全热轧带齿、表面采用多元合金共渗+绝缘封闭层处理。槽道疲劳试验满足无预埋在混凝土时100万次、预埋混凝土时300万次。热轧带齿槽道的拉力、轴向力、剪切力的工作荷载为10 kN，设计荷载为14 kN，槽道在拉力、剪切力为30 kN时不发生任何屈服变形。

槽道耐腐蚀年限100年，其中热轧带齿槽道应满足中性盐雾试验(NSS)不低于2 000 h后不产生红锈，并满足GB/T 10125—2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验、GB/T 6461—2002金属基础上金属和其他无机覆盖层经防腐试验后的试样和试件的评级的要求。

槽道具备国家级检测机构认证的承载力耐火试验，满足GB/T 50016—2006建筑设计防火规范，在火烧的环境下，耐火承载0.8 kN，且满足RABZTV标准温度曲线GB/T 26784—2011建筑构件耐火试验可供选择和附加的试验程序1 200 ℃，120 min内，耐火承载力不丧失。

2 盾构隧道预埋槽道接触网安装方案

2.1 盾构隧道传统接触网悬挂安装方案

传统的盾构隧道段接触网主要采用垂直悬吊安装方式，其主要由悬吊槽钢、绝缘子、定位线夹和汇流排等组成，悬吊槽钢通过后植化学锚栓固定于隧道顶部，如图4所示。

从图4可以看出，化学锚栓竖直安装，保证悬吊槽钢与轨面平行以方便汇流排调整，使得汇流排上安装接触线与轨面平行。

该安装方式在隧道壁上固定主要采用化学锚栓方式，存在以下弊端：1)钻孔可能会影响盾构管片结构钢筋，影响盾构管片混凝土结构的耐久性，对盾构管片造成一定程度上的损伤，表现为管片开裂、掉块等，严重时甚至会发生结构漏水等；2)化学锚栓所采用胶粘剂的灌注和养护条件高，受隧道环境温度、湿度等不确定因素的影响，实际工程效果会发生一定的削减，无法确保实际使用寿命及性能达到产品预期的效果，在车辆及受电弓长期振动的运营情况下，存在锚栓脱落的风险；3)化学锚栓胶粘剂存在使用年限的限制，与隧道结构设计寿命不一致；4)施工作业人员的自身素质、施工经验、工具使用熟练程度以及责任心等因素对施工质量影响大，容易造成废孔、返工、化学锚栓安装产品不美观等现象，且不便于管理。

2.2 预埋槽道段接触网悬挂安装方案

预埋槽道与接触网设备采用M14型T型螺栓连接。由盾构断面可知，轨顶上方的预埋槽道为与盾构半径一致的圆弧，采用传统安装方式，存在T型螺栓与悬吊槽钢不垂直、单支悬吊槽钢水平调整困难等问题。

结合盾构段预埋槽道弧度和T型螺栓的安装角度，将现有的平直状的单支悬吊槽钢进行了优化，如图5所示。

预埋槽道段接触网悬挂方案包括调节组件(包括槽道转接螺栓、弧形垫块等)、长条形的悬吊槽钢、绝缘子、定位线夹和汇流排组成。悬吊槽钢中部向下固定有刚性悬挂绝缘子和汇流排定位线夹。悬吊槽钢两端各自通过上下两组角度调整垫块组件固定于一个转接螺栓，对称分布。两侧转接螺栓之间的角度呈“V”形，顶端与环形预埋槽道自带的M14固定螺栓连接。

该安装方式针对预埋槽道盾构隧道，提供了一种固定牢靠、安装简便的刚性悬挂系统固定方式，可通过专用螺栓固定于隧道内环形预埋槽道上，向所在环形预埋槽道圆心方向延伸处螺杆，用于固定其他零件。主体为槽钢结构，两端有用于与转接螺栓连接并允许转接螺栓一定角度倾斜的长孔，中间有可在较大范围内固定绝缘子的大型长孔。每套角度调整垫块组件由半圆形凸面和半圆凹面的垫块配套组成，通过上下两个组合配套使用，可以实现螺栓在非垂直工作面上的安装固定，解决了连接螺栓与悬吊槽钢固定面不垂直无法紧固的问题。

在兰州地铁实际运用当中，盾构段隧道净空范围为4 440 mm～4 590 mm，为了适应较低和较高的净空，对单支悬吊槽钢的外形、尺寸进行了进一步优化，如图6所示。

2.3 预埋槽道连接T型螺栓要求

M14 T型头螺栓螺杆为全螺纹螺杆，每套螺栓配套2个螺母、1个平垫片及1个防松垫片，为满足安装要求，螺栓伸出槽道部分长度不小于80 mm。根据TB/T 2073—2010电气化铁路接触网零部件技术要求中的要求，M14 T型头螺栓、螺母及垫片均采用不锈钢材，其机械性能满足TB/T 2073的要求。

2.4 预埋槽道段架空地线安装方案

传统的盾构区间架空地线安装如图7所示，从图7中可以看出，架空地线线夹托板采用2根化学锚栓固定于隧道壁上，化学锚栓水平于轨道线路方向排列。

在预埋槽道区段，将架空地线托板修改为采用2根T型螺栓固定于预埋槽道内，2根T型螺栓垂直于轨道线路方向排列，如图8所示。

2.5 预埋槽道段接触网跨距选择

兰州地铁设计时速为80 km/h，综合悬挂跨距对刚性悬挂振动幅度的影响、受流质量对刚性悬挂不平直度的要求以及行车速度对刚性悬挂自重挠度的要求，设计中刚性悬挂标准跨距采用8 m，最大跨距不超过10 m[2]。兰州地铁预埋槽道间距为1.2 m，预埋槽道区段跨距应为1.2的整数倍。结合实际情况，将预埋滑槽区段标准跨距设为7.2 m。

2.6 预埋槽道特殊区段接触网方案选择

盾构区间悬挂点一般利用土建预埋槽道悬挂，锚段关节处悬挂点之间间距为1 m，与预埋槽道1.2 m间距不匹配时，采用后植化学锚栓固定悬挂。

刚性悬挂相邻悬挂点之间的跨距比一般不大于1.25∶1，在盾构隧道与其他隧道限界处，为满足跨距比要求，盾构隧道内第1个悬挂点可根据实际情况采用预埋槽道安装或后植化学锚栓固定。

3 结语

预埋槽道技术为后续专业设计与施工提供了方便并提高了可靠性，本文对兰州地铁盾构隧道预埋滑槽区段架空接触网刚性悬挂方案进行了应用分析，介绍了盾构区间预埋滑槽区段刚性接触网悬挂方案、架空地线安装方案，并对预埋隧道区段刚性悬挂跨距和特殊区段的悬挂方案选择进行分析，制定了相关设计原则。兰州地铁1号线已开通运营1年，据运营部门反馈，槽道区段接触网安装方式运营情况良好，希望可为相关工程提供一定的设计经验。