既有單線隧道雙高箱運(yùn)輸接觸網(wǎng)懸掛方案淺析

李東陽

（中鐵武漢電氣化局集團(tuán)有限公司上海電氣公司 上海 201700）

0 前言

隨著“一帶一路”建設(shè)的積極推動(dòng)，集裝箱運(yùn)輸大幅增加，如何提高集裝箱運(yùn)能備受關(guān)注。據(jù)國(guó)鐵集團(tuán)統(tǒng)計(jì)，雙層集裝箱運(yùn)輸是一種先進(jìn)的多式聯(lián)運(yùn)組織方式，最大可提高鐵路運(yùn)輸能力38%，僅寧波舟山港集裝箱鐵海聯(lián)運(yùn)已開通的12條鐵海聯(lián)運(yùn)班列線路2018年集疏港運(yùn)量將達(dá)到61萬TEU，同比增長(zhǎng)53%。雙高箱集裝箱運(yùn)輸能夠減少國(guó)際高箱進(jìn)入國(guó)內(nèi)更換箱體的環(huán)節(jié)，成為海鐵聯(lián)運(yùn)效率提高的又一突破口。目前，國(guó)內(nèi)貨運(yùn)鐵路接觸網(wǎng)是按照雙層集裝箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法滿足通行雙高箱集裝箱列車的需要，需對(duì)其進(jìn)行改造。

1 單線隧道內(nèi)雙高箱運(yùn)輸接觸網(wǎng)分析

1.1 建筑限界

雙高箱運(yùn)輸側(cè)面限界由車輛本體及裝載寬度、列車運(yùn)行中橫向振動(dòng)偏移量等構(gòu)成，其中車輛本體及裝載寬度根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程（普速鐵路部分）》（TG/01—2014）可知車輛本體及裝載寬度側(cè)面限界1.700m，電氣化區(qū)段運(yùn)輸建筑限界1.760m；最大橫向振動(dòng)偏移量值為0.507m（取整），包含：①車輛本身的橫向活動(dòng)間隙0.135m；②車輛在極端條件下運(yùn)行時(shí)的最大橫向偏移量在甬金鐵路進(jìn)行的基于SIMPACK軟件的動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果為0.27195mm；③軌道數(shù)最大誤差0.05mm；④安全裕量0.05mm。推算雙高箱車輛及裝載建筑側(cè)面最大限界為2.207m（1.700+0.507），小于鐵路技規(guī)要求的2.440m限界。雙高箱運(yùn)輸車輛X2K和X2H型平車寬度為2.912m，集裝箱寬度為2.438m，集裝箱頂部側(cè)面限界1.219+0.507=1.726m，小于1.760mm，可知隧道側(cè)面限界滿足其運(yùn)行要求。

1.2 接觸網(wǎng)導(dǎo)高

由《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10009—2016）可知接觸網(wǎng)導(dǎo)高應(yīng)根據(jù)車輛裝載高度、空氣絕緣距離、冰雪附加載荷、工務(wù)維修、施工誤差以及受電弓的工作范圍等因素綜合確定。計(jì)算最小導(dǎo)高如下：

式中：H——接觸網(wǎng)導(dǎo)高；

h1——車輛裝載高度：雙高箱裝運(yùn)高度2.896（國(guó)際集裝箱最大高度）×2=5.792m，X2H和X2K型運(yùn)輸車輛集裝箱承載面高度小于0.305m，通過鐵科院仿真計(jì)算得到極端條件下雙高箱裝載運(yùn)輸垂向最大偏移量為0.04896m，裝載高度為5.792+0.305+0.04896=6.150m（取整）；

h2——空氣絕緣距離，《鐵路技術(shù)管理規(guī)程（普速鐵路部分）》（TG/01—2014）接觸網(wǎng)絕緣距離不小于0.300m，至車輛裝載貨物的距離不小于0.350m；

h3——冰雪附加載荷引起導(dǎo)高變化考慮為0.050m；

h4——線路起落道引起導(dǎo)高變化考慮為0.050m：

h5——施工誤差考慮為0.030m。

高箱與普箱裝載高差2.896-2.591=0.305m，甬金線開行雙高箱集裝箱研究也是將接觸網(wǎng)最低導(dǎo)高由6.330m加0.305m取值6.635m，統(tǒng)一考慮最低導(dǎo)高取6.635m，可推算隧道外一般導(dǎo)高為6.70mm，隧道內(nèi)導(dǎo)高為6.680m。

根據(jù)資料顯示目前主要運(yùn)行的貨運(yùn)電力機(jī)車型號(hào)有：HXD1、HXD1B、HXD1C、HXD1D、HXD2B、HXD3、HXD3C、SS8、SS9 共計(jì) 9 種，各型電力機(jī)車受電弓可適應(yīng)的工作高度詳見表1。

表1 電力機(jī)車受電弓工作高度統(tǒng)計(jì)

以上數(shù)據(jù)顯示，電力機(jī)車受電弓正常工作高度基本均可達(dá)到雙高箱運(yùn)輸?shù)慕佑|網(wǎng)導(dǎo)高。

1.3 接觸網(wǎng)適應(yīng)性分析

雙高箱運(yùn)輸建筑限界計(jì)算繪圖如圖1、圖2所示。

圖1 雙高箱運(yùn)輸裝載上部限界/mm

圖2 雙高箱運(yùn)輸隧道內(nèi)建筑限界圖/mm

單線隧道建筑限界采用鐵路技規(guī)中的雙層集裝箱運(yùn)輸鐵路建筑限界，襯砌內(nèi)輪廓按照時(shí)速120km/h設(shè)計(jì)，曲線半徑為800m的，外軌超高0.135m，偏移 0.051m，見圖 3。

既有貨運(yùn)鐵路單線隧道接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)圖安裝，接觸懸掛采用弓形腕臂結(jié)構(gòu)，導(dǎo)高6.400m，結(jié)構(gòu)高度0.500m，承力索高度6.900m，雙高箱運(yùn)輸導(dǎo)高抬升0.305m后絕緣距離不滿足要求，需要進(jìn)行改造。

圖3 單線隧道內(nèi)接觸網(wǎng)安裝圖/mm

2 隧道內(nèi)接觸網(wǎng)改造方案

本次對(duì)單線隧道研究了接觸網(wǎng)采用剛性懸掛（方案Ⅰ）和柔性懸掛（方案Ⅱ）兩種方案，柔性懸掛又研究了線路落道方案（方案Ⅱ-1）和隧道挑頂擴(kuò)建方案（方案Ⅱ-2），具體如下：

2.1 剛性懸掛方案（方案Ⅰ）

當(dāng)采用剛性懸掛時(shí)，接觸網(wǎng)占用空間小，雙高箱運(yùn)輸隧道限界高度要求為7.365m，隧道內(nèi)輪廓限界高度7.63m，滿足要求。

圖4 120km/h雙高箱集裝箱單線隧道內(nèi)輪廓（剛性懸掛cm）

3.2 柔性懸掛方案（方案Ⅱ）

采用柔性懸掛時(shí)雙高箱運(yùn)輸隧道建筑限界為766.5cm超出雙層集裝箱運(yùn)輸隧道內(nèi)輪廓763cm最大距離為3.5cm，需要改擴(kuò)建。

圖5 雙高箱與雙箱限界單線隧道內(nèi)輪廓比較/cm

2.2.1 線路落道方案（方案Ⅱ-1）

軌面標(biāo)高降低3.5cm，需對(duì)隧道內(nèi)對(duì)圍巖復(fù)合式襯砌、復(fù)合式襯砌（底板結(jié)構(gòu)）溝槽、底板、找平層進(jìn)行同步改擴(kuò)建。拆除隧道底板、找平層，下挖3.5cm后重新找平層及底板；溝槽蓋板面降低3.5cm，電纜槽槽底下挖3.5cm并抹平。

2.2.2 隧道挑頂擴(kuò)建方案（方案Ⅱ-2）

將既有隧道拱部120°r1=266cm半徑范圍內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)拆除，邊墻既有r2=844cm半徑曲線上延，與拱部新建r1=227cm半徑曲線順接。改擴(kuò)建后隧道軌面以上凈高796cm，較既有隧道高出33cm，內(nèi)輪廓距建筑限界最小約9cm，滿足要求。

2.3 方案比選分析

當(dāng)采用剛性懸掛方案（方案Ⅰ）時(shí)，原設(shè)計(jì)隧道內(nèi)輪廓能夠滿足雙高箱隧道運(yùn)輸要求，不需改建。

當(dāng)采用柔性懸掛方案時(shí)，需要對(duì)隧道進(jìn)行改擴(kuò)建。按線路落道方案（方案Ⅱ-1）進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí)，軌頂面以下需降低3.5cm，需對(duì)溝槽、仰拱填充進(jìn)行局部改擴(kuò)建，對(duì)底板及找平層拆除重建，改擴(kuò)建后隧道側(cè)溝過水?dāng)嗝鏈p小，需重新核算隧道側(cè)溝過水能力能否滿足要求。采用該方案會(huì)引起隧道洞口外部分地段路基、橋梁軌面高程下降，會(huì)引起橋涵處道渣厚度不滿足規(guī)范要求，因此不宜采用。按隧道挑頂擴(kuò)建方案（方案Ⅱ-2）進(jìn)行改擴(kuò)建時(shí)，既有隧道拱部120°r1=266cm半徑范圍內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)需拆除、擴(kuò)挖改擴(kuò)建并拆除接觸網(wǎng)，改擴(kuò)建難度大，風(fēng)險(xiǎn)高，工期長(zhǎng)，投資大。綜合以上分析，本次研究推薦隧道內(nèi)接觸網(wǎng)采用剛性懸掛方案（方案Ⅰ），原隧道結(jié)構(gòu)均無需改擴(kuò)建。

2.4 剛性懸掛方案

剛性懸掛由匯流排PAC110+接觸線（120mm2截面的銅合金接觸線）構(gòu)成，最低導(dǎo)高為6.635m，隧道外導(dǎo)高為6.700m，隧道內(nèi)導(dǎo)線高度為6.680m，拉出值可按±0.200m設(shè)置。受電弓左右晃動(dòng)量按高鐵受電弓最大左右晃動(dòng)量±0.350m設(shè)計(jì)，可待現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行進(jìn)一步校核。隧道口設(shè)置剛?cè)徇^渡區(qū)，并對(duì)隧道口平面布置進(jìn)行調(diào)整，兩隧道間距300m以下時(shí)隧道外地段采用也應(yīng)采用剛性懸掛以優(yōu)化弓網(wǎng)關(guān)系，剛性懸掛方案見圖6。

圖6 隧道內(nèi)接觸網(wǎng)剛性懸掛安裝圖/mm

由圖6可知，采用剛性懸掛方案，隧道上部?jī)艨諠M足安裝要求；在最大外軌超高情況下，軌道區(qū)段受電弓最大左右晃動(dòng)情況下距隧道壁距離為0.450m，均滿足規(guī)范要求的0.240m并有一定的安全裕量。

2.5 接觸網(wǎng)主要改造方式

對(duì)隧道斷面重新測(cè)繪，按照通用剛性懸掛設(shè)置方式繪制出隧道內(nèi)布置圖，根據(jù)放樣位置后植化學(xué)錨栓，分段拆除柔性懸掛，按雙高箱標(biāo)準(zhǔn)安裝剛性懸掛。施工過程中，線路需停運(yùn)電力機(jī)車。

3 結(jié)束語

綜上可知，雙高箱運(yùn)輸?shù)慕佑|網(wǎng)導(dǎo)高不應(yīng)小于6.635m，考慮施工誤差、線路抬道等影響，隧道內(nèi)導(dǎo)高可設(shè)為6.680m。雙高箱集裝箱運(yùn)輸涉及既有鐵路單線隧道內(nèi)接觸網(wǎng)改造時(shí)，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)可采用剛性懸掛方案，原隧道無需改擴(kuò)建，施工難度較小。由于目前國(guó)內(nèi)暫無導(dǎo)高6.500m以上接觸網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，為了驗(yàn)證弓網(wǎng)關(guān)系，施工前可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)雙高箱集裝箱運(yùn)輸模式下動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，或待甬金鐵路建成后進(jìn)一步驗(yàn)證。