巴南高铁刚性悬挂接触网设计方案研究

摘" 要：随着铁路网的不断扩展，部分西北地区、西南地区新建铁路长大隧道及无人区占比大，而刚性悬挂对隧道内轨面以上净空面积要求小，对运维要求低。该文聚焦于巴南高铁刚性悬挂接触网，旨在通过科学合理的设计与优化，提升接触网的稳定性和可靠性，以满足高速铁路列车的运行要求。研究过程中，以巴南高铁线路的具体条件为基础，综合分析线路特点、列车运行速度、受流质量等因素，提出刚性悬挂接触网的选型、布置原则及关键技术参数。研究旨在科学合理地总结巴南高铁刚性悬挂接触网设计方案，为后续铁路项目实施提供参考。

关键词：巴南高铁；刚性悬挂接触网；设置方案；受流质量；实施

中图分类号： U225.1" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）06-0121-04

Abstract： With the continuous expansion of the railway network， some new railway tunnels and no man's land in the northwest and southwest regions account for a large proportion， while rigid suspension requires small clearance area above the rail surface within the tunnel and low requirements for operation and maintenance. This article focuses on the rigid suspension catenary of the Banan High-speed Railway， and aims to improve the stability and reliability of the catenary through scientific and reasonable design and optimization to meet the operating requirements of high-speed railway trains. During the research process， based on the specific conditions of the Banan high-speed railway line， factors such as line characteristics， train operating speed， and current receiving quality were comprehensively analyzed， and the selection， layout principles and key technical parameters of the rigid suspension catenary were proposed. This study aims to scientifically and rationally summarize the rigid suspension catenary design plan for the Banan High-speed Railway and provide reference for the implementation of follow-up railway projects.

Keywords： Banan High-speed Railway; rigid suspension catenary; setting plan; current receiving quality; implementation

1895年，美国巴尔的摩地区电气化铁路引入了一种创新的接触网悬挂方式——刚性悬挂接触网，这一技术的引入是电气化铁路的重要里程碑。随后，在奥地利Sittenberg隧道中，长达4.7 km的刚性悬挂接触网得以架设，其中ICE-S型测试列车在该系统上实现了高达300 km/h的测试速度。

在国内，刚性悬挂接触网系统已成为铁路和地铁建设中的重要组成部分。具体来说，广州地铁3号线和深圳地铁11号线等地铁线路均采用了这种先进的刚性悬挂设计。这些线路在设计之初就考虑到了高速运行的需求，其最高设计速度达到了120 km/h，为乘客提供了更加快捷、舒适的出行体验。

随着技术的不断进步，刚性悬挂接触网系统的设计速度也在逐步提升。例如，在北京大兴机场线以及广州地铁18和22号线中，这一系统的设计速度已经提升至了160 km/h。

这些应用主要集中于传统的城市轨道交通项目及设计速度不超过160 km/h的客、货运铁路中，特别是在净空受限的工点。

近期，巴南高铁桂花隧道开始为期一年的刚性悬挂接触网系统试用，其刚性悬挂区段的设计速度为200 km/h。这一试用的主要目的在于评估刚性悬挂接触网在高速铁路环境中的性能，从而为高速铁路刚性悬挂技术的研究积累实践经验。

1" 刚性悬挂技术概述

1.1" 刚性悬挂的定义与特点

巴南高铁刚性悬挂接触网系统主要由吊柱、轻量化弹性腕臂（旋转底座、硅橡胶绝缘子、水平腕臂）、大惯性汇流排、弹性定位线夹及接触线组成。

刚性悬挂接触网系统具有可靠性高、维护简便、隧道内净空要求低的特点，在无人区、长大隧道可以减少运营维护，降低土建工程造价，具有较大的使用前景。

1.2" 刚性悬挂技术的优势分析

1.2.1" 可靠性高

1）腕臂装置。在柔性区段的接触网系统中，腕臂装置由多个关键组件构成，包括腕臂底座、绝缘子、平腕臂、斜腕臂、套管双耳、承力索座、定位管、定位器以及一系列相关组件。这些部件共同协作，确保接触网的稳定性和可靠性。

在刚性区段的接触网系统中，为了进一步优化性能和提高效率，腕臂装置经历了结构上的改进和优化，以适应刚性区段的特殊需求。这种设计上的创新进一步提升了接触网系统的整体性能和可靠性。相较于柔性区段，刚性区段的腕臂装置减少了约60%的零部件，这一设计不仅简化了结构，还显著降低了故障发生的可能性。这一改进不仅提高了系统的整体可靠性，还降低了维护和更换成本，为电气化铁路的安全、高效运行提供了有力保障。

2）载流能力。在柔性悬挂系统中，承力索与接触线是电流传输的主要通道，确保电力能够稳定、高效地传输至列车。这种设计确保了电流传输的可靠性和安全性。在一些特殊应用场景下，如重载铁路和部分高速铁路，还额外增加了加强线以增强电流的传输能力。

刚性悬挂系统虽然其电流载体仅限于接触线和汇流排，但其载流能力却显著超越柔性悬挂系统，体现了其独特的优势和高效性。

3）张力系统。柔性悬挂系统中，承导线的张力随着速度目标等级的提升而逐步增加。随着张力的升高，导线强度等级也相应地从低等级逐步提升至中等级和高等级，同时导线材质也由铜银合金转变为铜镁合金、铜锡合金以适应更高的强度要求。然而，随着张力的不断升高，导线所受的拉力也随之增大，这增加了导线发生断线事故的风险。

与之形成对比的是，刚性悬挂系统无须考虑张力因素，因此不存在因张力过大而导致的断线风险，这一特性使得刚性悬挂系统在某些对安全性和稳定性要求极高的应用场景中展现出显著的优势。

4）锚段关节。刚性接触网系统中，锚段关节的设计主要分为2种方向：一种是基于机械结构的过渡型锚段关节，另一种则是利用膨胀接头技术的锚段关节。这2种设计各具特色，共同保障了刚性接触网的稳定运行。

在巴南高铁桂花隧道的刚性悬挂系统中，上行线路选用了机械式过渡锚段关节，而下行线路则采用了膨胀接头锚段关节。无论哪种形式，相较于柔性接触网的锚段关节，它们的构造和设计均显得更为简洁和直接，复杂程度显著降低。这一特点使得刚性接触网在维护和运营过程中具有更高的效率和可靠性。

1.2.2" 维护简便

结构简单：刚性悬挂设计简洁，部件连接牢靠，便于快速安装和拆卸（图1）。

维修工作量小：刚性悬挂的悬吊装置具备双向调节功能，便于调整拉出值和导高，降低了日常维护和事故抢修的工作量。

无张力悬挂：刚性悬挂系统处于无张力自然悬挂状态，消除了因张力变化导致的故障风险，减少了维修需求。

无突发断线风险：刚性悬挂不依赖于张力装置，从而消除了因张力变化引起的突发断线问题，提高了系统的稳定性和可靠性。

维护成本低：由于维修工作量小、稳定性高，刚性悬挂的维护成本相对较低，有助于降低铁路运营的整体成本。

1.2.3" 隧道内净空要求低

在高速铁路系统中，柔性悬挂结构的设计高度通常为1 600 mm，而刚性悬挂结构由于无承力索且汇流排驰度小，跨距短，安装高度可达800 mm甚至更低。因此刚性悬挂相较于柔性悬挂在隧道内的净空方面有更低的需求。

2" 高速铁路刚性悬挂系统设计与分析

2.1" 高速铁路动态验收对接触网系统的要求

高速铁路动态验收主要对接触网的几何参数、弓网受流参数及接触网平顺性指标进行检测。

几何参数主要对接触线高度、坡度及拉出值、相互位置进行检测。

弓网受流参数主要为弓网动态接触力及燃弧指标。

接触网平顺性指标主要包括硬点检测、接触线高差检测。

2.2" 巴南高铁概述

新建汉中至巴中至南充铁路，南充至巴中段位于四川省东北部，正线起自新建巴中东站，出站后向西经巴中市经开区、巴州区、恩阳区，南充市仪陇县、南部县、蓬安县、顺庆区，在邻近南充北站区间新设强家湾线路所，之后分方向正线疏解引入在建成达万铁路南充北成达万场达州端咽喉至设计终点，强南联络线疏解引入既有兰渝铁路。

南充北站兰渝场兰州端咽喉。巴南高铁正线全长147.772 km。全线设车站6座，新建蓬安西、仪陇、马鞍、巴中西和巴中东5座车站，近期在既有兰渝铁路南充北站接轨，远期在成达万铁路南充北站接轨，设计速度250 km/h。

2.3" 巴南高铁桂花隧道刚性悬挂系统设计

跨距长度：刚性悬挂范围内，跨距一般为8 m，最大一般不超过8.5 m。

拉出值：直线区段一般为±250 mm，类之字型布置，拉出值施工误差为±20 mm。

关节布置：上行采用锚段关节形式刚性悬挂，下行采用膨胀接头形式刚性悬挂。

导线高度及结构高度：接触线悬挂点高度：5 500 mm；柔性区间结构高度：一般为1 600 mm。

相邻允许跨距比：其相邻跨距比一般不大于1.25∶1（关节处除外）。

锚段长度：新建正线接触网锚段长度一般不超过500 m，在锚段的中部设置中心锚结，中心锚结采用“V”型拉线方式。

悬挂点允许高差：普通悬挂点导线高度允许误差为±5 mm，相临跨距导线高度偏差不大于±5 mm；锚段关节处悬挂点导线高度误差为±2 mm，相邻跨距导线高度偏差不大于±1 mm。

接地：刚性悬挂区段成排支柱设架空地线集中接地，零星支柱及设备通过接地端子或既有槽道与综合接地连接，接地要求应该满足TB 10009—2016《铁路电力牵引供电设计规范》第5.3.3条的规定。

支持装置：采用吊柱+水平悬吊装置。

电连接设置：关节处、刚柔过渡处设置电连接，电连接载流截面应满足最大电流的要求。

刚柔过渡：上行采用关节式刚柔过渡，下行采用贯通式刚柔过渡。

巴南高铁刚性悬挂中间柱示意图如图2所示。

2.4" 巴南高铁动态检测结果

单列动车组上行检测期间，最高试验速度 223.1 km/h，各速度级下实测硬点最大值为 470.4 m/s2，弓网动态接触力最大值为194 N、最小值为46 N，最大燃弧时间为49 ms，燃弧率最大值为 0.72%，燃弧次数最大值为0.35次/160 m。

下行检测期间，最高试验速度219.4 km/h，各速度级下实测硬点最大值为480.2 m/s2，弓网动态接触力最大值为198 N、最小值为44 N，最大燃弧时间为43 ms，燃弧率最大值为0.56%，燃弧次数最大值为0.29次/160 m。

重联动车组上行检测最高速度为200 km/h，硬点最大值为 205.8 m/s2，弓网动态接触力最大值为174 N、最小值为50 N，最大燃弧时间为83 ms，燃弧率为1.41%，燃弧次数为0.43次/160 m。

下行检测最高速度为 200 km/h，硬点最大值为 225.4 m/s2，弓网动态接触力最大值为160 N、最小值为 49 N，最大燃弧时间为84 ms，燃弧率为1.57%，燃弧次数最大值为0.48次/160 m。

各项检测结果均符合TB 10761—2013《高速铁路工程动态验收技术规范》数值要求。

3" 结束语

巴南高铁刚性悬挂接触网区段动态监测结果满足规范要求及设计参数，但在施工调试中困难较大，主要为设计文件要求普通悬挂点导线高度允许误差为±5 mm，相临跨距导线高度偏差不大于±5 mm；锚段关节处悬挂点导线高度误差为±2 mm，相邻跨距导线高度偏差不大于±1 mm。

在实际施工中，受施工人员及测量精度要求，对于误差要求较难把控。

在今后设计中，需根据运行时速及本次适用长期观测结果，对施工误差要求进行修正、完善。

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作者简介：陈立国（1993-），男，工程师。研究方向为铁路接触网。