巴南高鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案研究

摘" 要：隨著鐵路網(wǎng)的不斷擴(kuò)展，部分西北地區(qū)、西南地區(qū)新建鐵路長(zhǎng)大隧道及無(wú)人區(qū)占比大，而剛性懸掛對(duì)隧道內(nèi)軌面以上凈空面積要求小，對(duì)運(yùn)維要求低。該文聚焦于巴南高鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)，旨在通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，提升接觸網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，以滿足高速鐵路列車(chē)的運(yùn)行要求。研究過(guò)程中，以巴南高鐵線路的具體條件為基礎(chǔ)，綜合分析線路特點(diǎn)、列車(chē)運(yùn)行速度、受流質(zhì)量等因素，提出剛性懸掛接觸網(wǎng)的選型、布置原則及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。研究旨在科學(xué)合理地總結(jié)巴南高鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)鐵路項(xiàng)目實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞：巴南高鐵；剛性懸掛接觸網(wǎng)；設(shè)置方案；受流質(zhì)量；實(shí)施

中圖分類(lèi)號(hào)： U225.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：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，美國(guó)巴爾的摩地區(qū)電氣化鐵路引入了一種創(chuàng)新的接觸網(wǎng)懸掛方式——?jiǎng)傂詰覓旖佑|網(wǎng)，這一技術(shù)的引入是電氣化鐵路的重要里程碑。隨后，在奧地利Sittenberg隧道中，長(zhǎng)達(dá)4.7 km的剛性懸掛接觸網(wǎng)得以架設(shè)，其中ICE-S型測(cè)試列車(chē)在該系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了高達(dá)300 km/h的測(cè)試速度。

在國(guó)內(nèi)，剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)已成為鐵路和地鐵建設(shè)中的重要組成部分。具體來(lái)說(shuō)，廣州地鐵3號(hào)線和深圳地鐵11號(hào)線等地鐵線路均采用了這種先進(jìn)的剛性懸掛設(shè)計(jì)。這些線路在設(shè)計(jì)之初就考慮到了高速運(yùn)行的需求，其最高設(shè)計(jì)速度達(dá)到了120 km/h，為乘客提供了更加快捷、舒適的出行體驗(yàn)。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度也在逐步提升。例如，在北京大興機(jī)場(chǎng)線以及廣州地鐵18和22號(hào)線中，這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度已經(jīng)提升至了160 km/h。

這些應(yīng)用主要集中于傳統(tǒng)的城市軌道交通項(xiàng)目及設(shè)計(jì)速度不超過(guò)160 km/h的客、貨運(yùn)鐵路中，特別是在凈空受限的工點(diǎn)。

近期，巴南高鐵桂花隧道開(kāi)始為期一年的剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)試用，其剛性懸掛區(qū)段的設(shè)計(jì)速度為200 km/h。這一試用的主要目的在于評(píng)估剛性懸掛接觸網(wǎng)在高速鐵路環(huán)境中的性能，從而為高速鐵路剛性懸掛技術(shù)的研究積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1" 剛性懸掛技術(shù)概述

1.1" 剛性懸掛的定義與特點(diǎn)

巴南高鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)主要由吊柱、輕量化彈性腕臂（旋轉(zhuǎn)底座、硅橡膠絕緣子、水平腕臂）、大慣性匯流排、彈性定位線夾及接觸線組成。

剛性懸掛接觸網(wǎng)系統(tǒng)具有可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)便、隧道內(nèi)凈空要求低的特點(diǎn)，在無(wú)人區(qū)、長(zhǎng)大隧道可以減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)，降低土建工程造價(jià)，具有較大的使用前景。

1.2" 剛性懸掛技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

1.2.1" 可靠性高

1）腕臂裝置。在柔性區(qū)段的接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，腕臂裝置由多個(gè)關(guān)鍵組件構(gòu)成，包括腕臂底座、絕緣子、平腕臂、斜腕臂、套管雙耳、承力索座、定位管、定位器以及一系列相關(guān)組件。這些部件共同協(xié)作，確保接觸網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在剛性區(qū)段的接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步優(yōu)化性能和提高效率，腕臂裝置經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和優(yōu)化，以適應(yīng)剛性區(qū)段的特殊需求。這種設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新進(jìn)一步提升了接觸網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能和可靠性。相較于柔性區(qū)段，剛性區(qū)段的腕臂裝置減少了約60%的零部件，這一設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，還顯著降低了故障發(fā)生的可能性。這一改進(jìn)不僅提高了系統(tǒng)的整體可靠性，還降低了維護(hù)和更換成本，為電氣化鐵路的安全、高效運(yùn)行提供了有力保障。

2）載流能力。在柔性懸掛系統(tǒng)中，承力索與接觸線是電流傳輸?shù)闹饕ǖ溃_保電力能夠穩(wěn)定、高效地傳輸至列車(chē)。這種設(shè)計(jì)確保了電流傳輸?shù)目煽啃院桶踩?。在一些特殊?yīng)用場(chǎng)景下，如重載鐵路和部分高速鐵路，還額外增加了加強(qiáng)線以增強(qiáng)電流的傳輸能力。

剛性懸掛系統(tǒng)雖然其電流載體僅限于接觸線和匯流排，但其載流能力卻顯著超越柔性懸掛系統(tǒng)，體現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和高效性。

3）張力系統(tǒng)。柔性懸掛系統(tǒng)中，承導(dǎo)線的張力隨著速度目標(biāo)等級(jí)的提升而逐步增加。隨著張力的升高，導(dǎo)線強(qiáng)度等級(jí)也相應(yīng)地從低等級(jí)逐步提升至中等級(jí)和高等級(jí)，同時(shí)導(dǎo)線材質(zhì)也由銅銀合金轉(zhuǎn)變?yōu)殂~鎂合金、銅錫合金以適應(yīng)更高的強(qiáng)度要求。然而，隨著張力的不斷升高，導(dǎo)線所受的拉力也隨之增大，這增加了導(dǎo)線發(fā)生斷線事故的風(fēng)險(xiǎn)。

與之形成對(duì)比的是，剛性懸掛系統(tǒng)無(wú)須考慮張力因素，因此不存在因張力過(guò)大而導(dǎo)致的斷線風(fēng)險(xiǎn)，這一特性使得剛性懸掛系統(tǒng)在某些對(duì)安全性和穩(wěn)定性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。

4）錨段關(guān)節(jié)。剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)中，錨段關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)主要分為2種方向：一種是基于機(jī)械結(jié)構(gòu)的過(guò)渡型錨段關(guān)節(jié)，另一種則是利用膨脹接頭技術(shù)的錨段關(guān)節(jié)。這2種設(shè)計(jì)各具特色，共同保障了剛性接觸網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

在巴南高鐵桂花隧道的剛性懸掛系統(tǒng)中，上行線路選用了機(jī)械式過(guò)渡錨段關(guān)節(jié)，而下行線路則采用了膨脹接頭錨段關(guān)節(jié)。無(wú)論哪種形式，相較于柔性接觸網(wǎng)的錨段關(guān)節(jié)，它們的構(gòu)造和設(shè)計(jì)均顯得更為簡(jiǎn)潔和直接，復(fù)雜程度顯著降低。這一特點(diǎn)使得剛性接觸網(wǎng)在維護(hù)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中具有更高的效率和可靠性。

1.2.2" 維護(hù)簡(jiǎn)便

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：剛性懸掛設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，部件連接牢靠，便于快速安裝和拆卸（圖1）。

維修工作量?。簞傂詰覓斓膽业跹b置具備雙向調(diào)節(jié)功能，便于調(diào)整拉出值和導(dǎo)高，降低了日常維護(hù)和事故搶修的工作量。

無(wú)張力懸掛：剛性懸掛系統(tǒng)處于無(wú)張力自然懸掛狀態(tài)，消除了因張力變化導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)，減少了維修需求。

無(wú)突發(fā)斷線風(fēng)險(xiǎn)：剛性懸掛不依賴于張力裝置，從而消除了因張力變化引起的突發(fā)斷線問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

維護(hù)成本低：由于維修工作量小、穩(wěn)定性高，剛性懸掛的維護(hù)成本相對(duì)較低，有助于降低鐵路運(yùn)營(yíng)的整體成本。

1.2.3" 隧道內(nèi)凈空要求低

在高速鐵路系統(tǒng)中，柔性懸掛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)高度通常為1 600 mm，而剛性懸掛結(jié)構(gòu)由于無(wú)承力索且匯流排馳度小，跨距短，安裝高度可達(dá)800 mm甚至更低。因此剛性懸掛相較于柔性懸掛在隧道內(nèi)的凈空方面有更低的需求。

2" 高速鐵路剛性懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

2.1" 高速鐵路動(dòng)態(tài)驗(yàn)收對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)的要求

高速鐵路動(dòng)態(tài)驗(yàn)收主要對(duì)接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)、弓網(wǎng)受流參數(shù)及接觸網(wǎng)平順性指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

幾何參數(shù)主要對(duì)接觸線高度、坡度及拉出值、相互位置進(jìn)行檢測(cè)。

弓網(wǎng)受流參數(shù)主要為弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力及燃弧指標(biāo)。

接觸網(wǎng)平順性指標(biāo)主要包括硬點(diǎn)檢測(cè)、接觸線高差檢測(cè)。

2.2" 巴南高鐵概述

新建漢中至巴中至南充鐵路，南充至巴中段位于四川省東北部，正線起自新建巴中東站，出站后向西經(jīng)巴中市經(jīng)開(kāi)區(qū)、巴州區(qū)、恩陽(yáng)區(qū)，南充市儀隴縣、南部縣、蓬安縣、順慶區(qū)，在鄰近南充北站區(qū)間新設(shè)強(qiáng)家灣線路所，之后分方向正線疏解引入在建成達(dá)萬(wàn)鐵路南充北成達(dá)萬(wàn)場(chǎng)達(dá)州端咽喉至設(shè)計(jì)終點(diǎn)，強(qiáng)南聯(lián)絡(luò)線疏解引入既有蘭渝鐵路。

南充北站蘭渝場(chǎng)蘭州端咽喉。巴南高鐵正線全長(zhǎng)147.772 km。全線設(shè)車(chē)站6座，新建蓬安西、儀隴、馬鞍、巴中西和巴中東5座車(chē)站，近期在既有蘭渝鐵路南充北站接軌，遠(yuǎn)期在成達(dá)萬(wàn)鐵路南充北站接軌，設(shè)計(jì)速度250 km/h。

2.3" 巴南高鐵桂花隧道剛性懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

跨距長(zhǎng)度：剛性懸掛范圍內(nèi)，跨距一般為8 m，最大一般不超過(guò)8.5 m。

拉出值：直線區(qū)段一般為±250 mm，類(lèi)之字型布置，拉出值施工誤差為±20 mm。

關(guān)節(jié)布置：上行采用錨段關(guān)節(jié)形式剛性懸掛，下行采用膨脹接頭形式剛性懸掛。

導(dǎo)線高度及結(jié)構(gòu)高度：接觸線懸掛點(diǎn)高度：5 500 mm；柔性區(qū)間結(jié)構(gòu)高度：一般為1 600 mm。

相鄰允許跨距比：其相鄰跨距比一般不大于1.25∶1（關(guān)節(jié)處除外）。

錨段長(zhǎng)度：新建正線接觸網(wǎng)錨段長(zhǎng)度一般不超過(guò)500 m，在錨段的中部設(shè)置中心錨結(jié)，中心錨結(jié)采用“V”型拉線方式。

懸掛點(diǎn)允許高差：普通懸掛點(diǎn)導(dǎo)線高度允許誤差為±5 mm，相臨跨距導(dǎo)線高度偏差不大于±5 mm；錨段關(guān)節(jié)處懸掛點(diǎn)導(dǎo)線高度誤差為±2 mm，相鄰跨距導(dǎo)線高度偏差不大于±1 mm。

接地：剛性懸掛區(qū)段成排支柱設(shè)架空地線集中接地，零星支柱及設(shè)備通過(guò)接地端子或既有槽道與綜合接地連接，接地要求應(yīng)該滿足TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.3條的規(guī)定。

支持裝置：采用吊柱+水平懸吊裝置。

電連接設(shè)置：關(guān)節(jié)處、剛?cè)徇^(guò)渡處設(shè)置電連接，電連接載流截面應(yīng)滿足最大電流的要求。

剛?cè)徇^(guò)渡：上行采用關(guān)節(jié)式剛?cè)徇^(guò)渡，下行采用貫通式剛?cè)徇^(guò)渡。

巴南高鐵剛性懸掛中間柱示意圖如圖2所示。

2.4" 巴南高鐵動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果

單列動(dòng)車(chē)組上行檢測(cè)期間，最高試驗(yàn)速度 223.1 km/h，各速度級(jí)下實(shí)測(cè)硬點(diǎn)最大值為 470.4 m/s2，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力最大值為194 N、最小值為46 N，最大燃弧時(shí)間為49 ms，燃弧率最大值為 0.72%，燃弧次數(shù)最大值為0.35次/160 m。

下行檢測(cè)期間，最高試驗(yàn)速度219.4 km/h，各速度級(jí)下實(shí)測(cè)硬點(diǎn)最大值為480.2 m/s2，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力最大值為198 N、最小值為44 N，最大燃弧時(shí)間為43 ms，燃弧率最大值為0.56%，燃弧次數(shù)最大值為0.29次/160 m。

重聯(lián)動(dòng)車(chē)組上行檢測(cè)最高速度為200 km/h，硬點(diǎn)最大值為 205.8 m/s2，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力最大值為174 N、最小值為50 N，最大燃弧時(shí)間為83 ms，燃弧率為1.41%，燃弧次數(shù)為0.43次/160 m。

下行檢測(cè)最高速度為 200 km/h，硬點(diǎn)最大值為 225.4 m/s2，弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力最大值為160 N、最小值為 49 N，最大燃弧時(shí)間為84 ms，燃弧率為1.57%，燃弧次數(shù)最大值為0.48次/160 m。

各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均符合TB 10761—2013《高速鐵路工程動(dòng)態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》數(shù)值要求。

3" 結(jié)束語(yǔ)

巴南高鐵剛性懸掛接觸網(wǎng)區(qū)段動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求及設(shè)計(jì)參數(shù)，但在施工調(diào)試中困難較大，主要為設(shè)計(jì)文件要求普通懸掛點(diǎn)導(dǎo)線高度允許誤差為±5 mm，相臨跨距導(dǎo)線高度偏差不大于±5 mm；錨段關(guān)節(jié)處懸掛點(diǎn)導(dǎo)線高度誤差為±2 mm，相鄰跨距導(dǎo)線高度偏差不大于±1 mm。

在實(shí)際施工中，受施工人員及測(cè)量精度要求，對(duì)于誤差要求較難把控。

在今后設(shè)計(jì)中，需根據(jù)運(yùn)行時(shí)速及本次適用長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果，對(duì)施工誤差要求進(jìn)行修正、完善。

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作者簡(jiǎn)介：陳立國(guó)（1993-），男，工程師。研究方向?yàn)殍F路接觸網(wǎng)。