客運專線隧道內接觸網槽道技術的應用

■ 石瑞霞

石瑞霞：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，工程師，湖北 武漢，430063

攝影 胡山 董海偉

為保證隧道襯砌不被接觸網的疲勞振動等破壞，達到高速接觸網的精細安裝要求，新建設計速度超過250 km/h的高速鐵路，如韓國KTX、德國紐倫堡—英戈爾施塔特、法國和西班牙高速鐵路，國內的武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路、廣深港客運專線、廣珠城際等，隧道內接觸網懸掛均采用了槽道預埋方案。

1 槽道預埋方案的必然性及技術優(yōu)勢

1.1 必然性

高速鐵路隧道內接觸網懸掛采用槽道預埋方案是由接觸網的荷載要求、安全要求和安裝要求決定的。

（1）根據1991年編制的《國外高速鐵路試驗研究》，列車運行速度超過140 km/h時，需考慮風動力對隧道內設備影響的強度檢驗；列車速度為250 km/h時，應考慮41 m/s的風速；列車速度為350 km/h時，應考慮49 m/s的風速。隧道內需根據最大結構設計風速49 m/s計算每個螺栓處的最大拉力和剪力。預埋槽道有利于在襯砌表層內形成加強的整體線形結構，不是單點受力，受力均勻。

（2）2005—2015年，歐洲鐵路每年有5～10座長度超過1 km的隧道投入運營，過去15年來的隧道事故引起各國鐵路對隧道安全的高度重視。2005年6月頒布的歐洲鐵路運營兼容性指令（TSI）中的鐵路隧道安全法規(guī)（SRT）強制性執(zhí)行指令規(guī)定，歐洲新建和提速改建鐵路隧道必須重點防范火災，所有隧道內的設計材料應采用阻燃、防止火災蔓延、低煙、無毒氣的物質。對于長度大于5 km的隧道，應能保證火災發(fā)生后15 min的列車運行能力。因此隧道內禁止采用化學物質錨栓的方案。

（3）350 km/h客運專線最大外軌超高達170 mm。為適應不同工況下的安裝，尤其是關節(jié)及下錨安裝，曲線上接觸網吊柱線需在距隧道中心線0～300 mm范圍可調整，才能保證正常安裝，減少特殊設計。

沿江沿海鐵路，近期實設外軌超高最大85 mm，但遠期客運專線情況下，外軌超高最大125 mm。遠期改造時，為同時滿足運營要求，給予接觸網和軌道工程調整的時間非常有限。因此，曲線上接觸網吊柱線需結合近遠期要求，在距隧道中心線0～500 mm范圍內可調整，同時還需研究部分困難地段的特殊安裝，如關節(jié)、分相等。預埋槽道方案有利于接觸網的調整和精細安裝。

1.2 技術優(yōu)勢

（1）有利于確定加強鋼筋的位置，不破壞隧道襯砌，且在襯砌表層內形成加強的整體線形結構，受力均勻；能夠承受動態(tài)的疲勞荷載；火災高溫時承載變化小，等級高。

（2）有利于接觸網的精確安裝、調整，施工方便簡單無灰塵；有利于構成綜合接地系統(tǒng)的可靠連接。

（3）預埋施工采用隧道襯砌臺車模板開二次定位孔螺栓定位法，確保與隧道襯砌的密切配合；有利于隧道機械化施工預留的工藝要求，滿足施工誤差精度要求，有利于控制新建線路的總工期。

（4）設計、施工及設備管理均為國際高速鐵路的先進技術；產品已經國產化，有利于控制總投資。

2 接觸網槽道設計

2.1 接觸網懸掛預埋槽道設計方案

考慮高速列車風動力對隧道內安裝設備及埋入基礎的強度要求，為保證接觸網的受力及振動等不破壞隧道襯砌，同時滿足高速接觸網的精細安裝要求，采用在隧道頂二次襯砌內預埋槽道方案（在襯砌表層內形成加強的受力均勻的線形結構）。

隧道內接觸網懸掛安裝采用旋轉平腕臂結構，安裝在懸掛吊柱上，吊柱法蘭底板通過T頭螺栓安裝在隧道頂的預留槽道上。

預埋槽道的預留施工誤差控制包括嵌入施工誤差、槽道間的平行精度、槽道與臺車邊縫的平行精度、槽道與襯砌表面的傾斜精度、槽道進入襯砌表面的精度、槽道組間距施工誤差等。

2.2 隧道襯砌加強設計方案

根據接觸網荷載要求和吊柱底板螺栓分布，計算每個螺栓的最大拉力，對于C35的隧道素襯砌內預埋非下錨懸掛點，由于其分散應力均勻分布，對風洞引起的疲勞效應適應性好，可不設置加強鋼筋。但對于下錨的點（全補償下錨等），為保證接觸網系統(tǒng)斷線的破壞荷載，隧道襯砌局部需要設置加強鋼筋。

根據接觸網專業(yè)的荷載要求，對隧道襯砌結構、風動荷載及抗疲勞性能進行研究計算，對于IV、V級圍巖區(qū)段，襯砌內設計的非預應力結構鋼架均滿足強度要求，可不設置加強鋼筋。

II、III級圍巖區(qū)段，一般懸掛點不需在素混凝土層內接觸網槽道區(qū)域預埋二次襯砌加強配筋，而對側壁下錨的槽道則需作局部加強配筋設計。加強配筋采用二襯預埋格柵鋼架方式，鋼架間縱向連接采用Φ20 mm鋼筋。加強鋼筋具體布置位置依據接觸網下錨預埋件布置位置確定，連接方式為焊接，加強鋼筋應與接觸網預埋槽道的錨桿牢固焊接。接觸網預埋件應盡量布置在加強鋼筋中部（即鋼架中間位置）或對稱布置。

3 槽道預埋施工方法

槽道預埋施工方法采用襯砌臺車模板開二次定位孔螺栓定位法。

3.1 槽道定位前準備

（1）檢查槽道內發(fā)泡填充物的完整狀態(tài)，如有殘缺，應進行填補。

（2）對于兩根一組的槽道，應根據設計要求的槽道平行間距，用鋼筋或型鋼焊接牢固。

（3）根據臺車模板上槽道的設計要求位置，在模板臺車上開螺栓二次定位安裝長孔，每根槽道上固定點建議為兩處（槽道兩端各一處）。

（4）二次定位安裝長孔應遵循以下開孔原則：結合所有槽道預留臺車模板布置圖進行統(tǒng)籌優(yōu)化，減少開孔數量；應避開臺車模板的加固支撐、頂升固定點及各種連接結構；應嚴格按圖控制槽道距臺車邊緣的距離。

3.2 槽道一次定位

（1）隧道結構鋼筋及接地鋼筋綁扎焊接完成后，精確測量槽道布置位置，在襯砌內側鋼筋上將事先焊接好的成組槽道就位。

（2）在槽道后部錨桿處，垂直槽道方向，間隔綁扎幾根短筋，長約30 mm，將錨桿和短筋綁扎固定在隧道結構鋼筋上。

（3）根據接地要求，將槽道錨桿與相應的接地鋼筋可靠焊接。

（4）將槽道與模板固定點位置（開孔位置）的發(fā)泡填充物摳除。

3.3 槽道二次定位

（1）臺車移動到指定位置后，油缸頂升拱頂、拱腰模板到位，與隧道襯砌鋼筋上固定的槽道貼住后，通過二次定位孔來固定及微調。

（2）將T形螺栓穿過鋼模板上的二次定位長孔，放入槽道，水平旋轉90°，可參考T形螺栓安裝外部檢查標準。

（3）將開孔封堵鋼板安裝在二次定位孔的T形螺栓上，扭緊螺母，使槽道緊貼模板，進行精確的二次定位。

（4）模板上開的二次定位孔需進行可靠的封堵，封堵鋼板可用鉚釘與臺車模板固定，確保局部不會出現漏漿，脫模后不會造成外觀缺陷。

3.4 澆筑及脫模

（1）臺車模板封堵完后，進行二次襯砌澆注。

（2）襯砌脫模T形螺栓螺母松開后，打開開孔封堵，旋轉T形螺栓90°將其取出，收回模板脫模。T形螺栓、螺母可重復使用。

（3）將槽道固定點處重新填補發(fā)泡填充物，做好后序養(yǎng)護工作。

4 相關工程經驗及展望

（1）從技術性能、安全性能、使用性能、施工工藝、控制工程總工期等各方面，預埋槽道方案具有充分優(yōu)勢，是隧道內接觸網懸掛方案中的姣姣者。

（2）槽道的設計應結合隧道斷面尺寸及接觸網的特殊要求，如標準隧道斷面和開挖隧道斷面、供電方式、下錨方式等。

（3）為節(jié)約槽道的材料成本，可根據線路的不同等級設計各種類型槽道的長度，使之適用于所在線路。

（4）槽道預埋技術已在武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路等工程中實施，獲得成功的運營經驗，并將形成高速鐵路隧道內接觸網懸掛方案的成功模式。

[1]鐵道第四勘察設計院．新建時速300~350公里客運專線鐵路設計暫行規(guī)定[S]．北京：中國鐵道出版社，2005