集通电气化改造工程新建隧道内接触网预埋槽道设计研究

张雪丰

（中铁电气化局集团有限公司设计研究院，北京100166）

1 引言

普速铁路隧道内接触网悬挂普遍采取后植化学锚栓安装吊柱的安装方式，后植化学锚栓存在施工成本高，容易破坏隧道本体结构，吊柱安装固定后无法调节等问题，逐步被预埋槽道替代。预埋槽道不仅承担了隧道内接触网每个支撑点的全部荷载，同时还要满足恶劣的隧道环境使用要求，因此，槽道必须具备良好的机械性能和防腐性能，其中，防腐性能是决定其使用寿命的关键。自从铁路开展隧道内预埋槽道设计、施工以来，不论普速铁路还是高速铁路普遍采用预埋碳钢槽道，根据多条线路的实际运营情况总结出碳钢槽道机械性能和防腐性能较差，无法实现槽道与隧道本体同寿命的设计要求。结合目前国内外槽道应用情况及不同材质槽道性能对比，集通铁路隧道内接触网设备采用预埋不锈钢槽道。

2 项目概况

集通铁路电气化改造工程范围由集二线贲红站起，至通霍线哲里木站止，包含电气化工程和扩能改造工程2部分。电气化工程由贲红站至哲里木站，改造后线路长度为923.661 km；扩能改造工程由蒙根塔拉站至大板站，扩能改造后线路长度为149.081 km。本工程隧道均为新建双线隧道，分布在蒙根塔拉站至大板站扩能改造区段，共计7座隧道，总长为21.498 km。

3 方案设计

3.1 槽道主要预埋及固定方案

根据隧道净空条件及隧道内机车行驶速度确定接触导线高度为5 750 mm，结构高度为800 mm，隧道内跨距为36 m，上下行吊柱间距为5m，采用4跨锚段关节，跨距按42 m+40m+40 m+42 m布置，关节转换柱采用双吊柱，吊柱间距2 m，锚段关节处扩大开挖范围为153 m。基于以上吊柱设置及锚段关节设置原则进行预埋槽道设计，所有预埋槽道半径R应见隧道相关图纸数据。

3.1.1 中间柱吊柱槽道

双线隧道内中间柱悬挂分为不带加强线和带加强线2种，带加强线悬挂方式示意图如图1所示。2种悬挂方式采用同种型号槽道，2根3 000 mm长槽道间距400 mm横向固定后形成一组吊柱槽道，根据槽道在模板台车上开孔方向不同分为A1型、A2型，A1型预埋槽道布置图如图2所示。

图1 带加强线典型悬挂方式示意图

图2 A1型预埋槽道布置图

3.1.2 转换柱吊柱槽道

转换柱由2组间距2 m的吊柱单独悬挂形成转换柱的双支悬挂，每个单独吊柱的槽道与中间柱吊柱槽道安装形式相同。

3.1.3 接触网补偿下锚用槽道

隧道内下锚采用带拉线的重型锚臂下锚，接触线、承力索分别下锚，滑轮组补偿绳经转向滑轮沿隧道壁将坠砣串引入隧道侧壁预留锚洞内。锚臂、下锚拉线板、转向滑轮及坠砣限制架固定均采用预埋槽道。

3.2 槽道预埋主要要求

预埋槽道的通用技术条件和相关技术参数按TB/T 3329—2013《电气化铁路接触网隧道内预埋槽道》[1]执行。根据TB 10758—2018《高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》[2]，隧道内预埋槽道质量应符合下列要求：同组预埋槽道横线路方向偏转施工允许偏差为0.5%，两槽间距允许偏差为±5 mm；预埋槽道不得出现扭转、变形情况，预埋槽道的倾斜施工允许偏差小于3 mm；预埋槽道内泡沫填充物完好，不得被混凝土覆盖；接触悬挂下锚槽道水平度和铅垂度允许偏差0.5%。

3.3 槽道预埋推荐工艺

台车模板上每根预埋槽道位置上开3个定位固定孔，预埋槽道两端及中部各1个。预埋槽道放置于台车上正确的位置，将预埋槽道固定点位置的填充泡沫抠出，放入配套的T型螺栓，然后水平旋转90°，并拧紧螺母，使预埋槽道紧贴模板外表面，完成定位连接。台车移动就位到合适位置，顶升模板及预埋槽道到位。如果钢筋影响预埋槽道位置，须拨移网片钢筋，严禁折断或弯曲预埋槽道上的锚杆。二次衬砌浇注完成后，松开螺母，将T形螺栓旋转90°取出螺栓，收回模板脱模。所有预埋槽道均应与附近的纵向结构钢筋可靠焊接。

4 材质选择

4.1 国内、外槽道应用情况

国内预埋槽道的原型技术产品主要来自欧洲的哈芬公司，在引进过程中，为降低工程造价采用了碳钢槽道。碳钢槽道采用热浸镀锌工艺防腐，在使用过程中受混凝土（碱性pH11）和隧道壁积水的影响会出现不同程度的腐蚀，该现象已在多条线路中出现。槽道腐蚀后会急剧降低槽道性能，腐蚀严重的必须通过后置锚栓进行替代，给运营带来极大不便。近年，在城市轨道交通线路上，为提高预埋槽道使用寿命，已逐步开始推广应用不锈钢槽道。

4.2 Q355B碳钢槽道和不锈钢槽道性能对比

机械性能方面，Q355B材质的抗拉强度及屈服强度均比不锈钢材质高，断后伸长率较低。但Q355B材质轧制后机械强度基本无变化。S31603材质不锈钢轧制槽道成品后对比Q355B材质槽道，抗拉强度高17.6%，屈服高24.4%，延伸率高63%。因此，不锈钢材质槽道机械性能整体远优于Q355B材质槽道。

防腐性能方面，碳钢槽道防腐主要依靠表面镀锌层，在ISO 12944-2：1998[3]标准中列举的C4腐蚀环境下，完好无损的三级镀锌层厚度寿命不超度20年，但由于在实际应用过程中会出现锌层厚度不均、锌层损伤、环境恶劣等情况，使用寿命会进一步降低，提前出现腐蚀情况。而不锈钢材质含有铬元素，铬具有很高的化学稳定性，能在钢表面形成钝化膜，使金属与外界隔离开来，保护基体不被氧化，增加基体的抗腐蚀能力。316系列不锈钢铬含量高，耐腐蚀性能好，腐蚀速率慢，相同腐蚀环境试验条件下Q355B槽道腐蚀比不锈钢槽道严重。不锈钢防腐性能远远优于Q355B材质槽道。

综合对比不锈钢槽道的各方面性能及推广应用的前景，集通电气化改造工程隧道预埋槽道选择不锈钢材质。

5 结语

普速铁路隧道内预埋不锈钢槽道的设计方案在全路系统内基本没有先行案例，集通电气化改造工程以高铁设计理念为指导，以实现“接触网零部件寿命延长20%、牵引供电系统维护成本降低20%、牵引供电设备故障率下降20%、设备大修期延长20%”4个20%为目标，为集通电气化改造工程打造成普速铁路的精品工程奠定了良好的设计基础。