穗莞深城際鐵路地下區間限界研究

楊 銘

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

城際鐵路具有相對距離短、公交化等特點。穗莞深城際鐵路是珠三角城際交通網內第一條開工建設的線路。設計階段采用接近地鐵A型車輪廓尺寸的新型城際動車組，運行速度目標值為140～200 km/h，供電方式為AC25 kV接觸網授電。由于其模式既不完全等同于城市軌道交通，又有別于客運專線，相關限界標準無法直接采用現有的國家標準。

1 城際動車組地下區間相關限界計算

穗莞深城際鐵路地下區間長度達到30.90 km，列車在地下區間內最高運行時速為140 km/h，線路最小曲線半徑為550 m，采用雙塊式無砟軌道，軌道最大超高150 mm。城際動車組的車輛計算長度為22 800 mm，車輛定距16 000 mm，車體高度3 850 mm，車體最大寬度3 100 mm，接觸網掛網高度距離軌面4 700 mm。

依據《地鐵設計規范》(GB 50157—2003)和《地鐵限界標準》(CJJ96—2003)，針對城際動車組的特點調整相關計算公式和相應參數，進行車輛限界和設備限界的計算。

地下區間建筑限界的確定需綜合考慮線路、軌道、接觸網等專業的要求，此外，還需滿足《鐵路隧道設計規范》(TB10003—2005)等有關規范內對隧道內軌面以上凈空橫斷面面積的要求。對于采用盾構機施工的圓形隧道，雖本線地下區間最高速度目標值僅為140 km/h，但考慮到整個珠三角城際網線路較多且建設周期較長，為避免盾構機的閑置和重復采購，故統一采用200 km/h速度等級圓形隧道建筑限界斷面進行施工。地下區間各類建筑限界見圖1。

圖1 穗莞深城際鐵路地下區間建筑限界(單位:mm)

2 車輛形式改變對已施工地段的建筑限界校核

穗莞深城際鐵路項目開工建設后，根據鐵道部和廣東省合作建設珠三角城際鐵路的最新精神，城際鐵路需考慮與國有鐵路的互聯互通，技術標準參照鐵道部相關規范和標準執行，車輛形式由城際動車組改變為國鐵CRH2型動車組，其基本參數見表1。此時，穗莞深地下區間的土建工程已經開工，明挖矩形隧道施工超過460 m，礦山法馬蹄形隧道施工超過1 000 m，多處盾構井已完成，已開工的兩個施工標段內6臺盾構機到位4臺，與之配套的管片廠已建成投產，管片加工累計完成242環。為避免有大面積廢棄工程，使項目能夠繼續推進，需對已施工地段的建筑限界進行校核。

在線路和軌道條件不變的前提下進行限界校核工作，需要掌握CRH2型動車組的動態包絡線及掛網高度調整后的接觸網安裝要求。

2.1 CRH2型動車組動態包絡線的計算

現行國家標準《標準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界》(GB146.1～146.2—83)以及《高速機車車輛限界暫行規定》所給出的機車車輛限界均是車輛靜態情況下的限界控制值。

參照《客運專線機車車輛限界暫行規定》采用動力學模擬方法計算CRH2型動車組車輛動態包絡線，通過對車輛、線路和輪、軌接觸關系進行建模，模擬車輛在軌道上運行時受外界因素(軌道不平順、風載激擾、未平衡的離心力)影響而產生的振動過程，求解車輛的最大動態偏移量。隧道內直線地段CRH2型動車組動態包絡線見圖2。

圖2 隧道內直線地段CRH2型動車組動態包絡線

2.2 接觸網的安裝

車輛改變為CRH2型動車組后，地下區間接觸網掛網高度由4 700 mm抬高到5 300 mm，接觸網采用柔性懸掛。

柔性懸掛的接觸網可選擇三角腕臂方式和弓形腕臂方式(見圖3、圖 4)。弓形腕臂形式在 140～200 km/h速度等級線路有成功運營經驗，但弓網性能不如三角腕臂。三角腕臂雖適用于120～350 km/h時速，對設計時速方面也沒有約束，但相對弓形腕臂懸掛形式，需要更高的隧道凈空進行安裝。通過綜合比選，推薦采用弓形腕臂形式。

圖3 接觸網三角形腕臂懸掛示意

圖4 接觸網弓形腕臂懸掛示意

接觸網在隧道內的安裝需保證各帶電部分距離隧道壁不小于300 mm。根據以往項目的經驗，隧道內采用柔性懸掛接觸網時，安裝困難的地方一般為直線區段反定位中間柱和曲線關節處。《鐵路電力牽引供電設計規范》中規定，隧道內最短吊弦長度不宜小于400 mm，反算柔性懸掛工作支結構高度應不小于650 mm。據此計算得出，中間柱受電弓上方凈空距離不小于結構高度加絕緣距離，即950(650+300)mm，關節處在此基礎上應增加350 mm。柔性懸掛主要控制點見圖5。

圖5 柔性懸掛主要控制點(單位:mm)

柔性懸掛結構較復雜，不僅需要考慮懸掛底座的安裝空間，而且需要考慮柔性懸掛各部分零件之間的配合，需要對具體斷面進行布置后確定建筑限界的大小。

3 已施工地段建筑限界解決方案

依據第3節的計算和相關分析，為滿足CRH2型動車組以140 km/h的速度等級通過已施工地段，對地下區間建筑限界進行相應調整，詳見圖6。

1)明挖矩形隧道需進行擴挖。軌面以上建筑限界抬高650 mm，以滿足接觸網安裝。寬度方向上在行車方向左增加190 mm，以滿足設置寬度不小于1 000 mm的救援通道。救援通道高度與軌頂面平。電纜鋪設采用電纜槽形式。

圖6 調整后的穗莞深城際地下區間建筑限界(單位:mm)

2)礦山法馬蹄形隧道需進行擴挖。軌面以上建筑限界抬高到6 588 mm。寬度方向增加到6 520 mm，設置寬度不小于1 000 mm的救援通道，救援通道高度與軌頂面平。電纜鋪設采用電纜槽形式。

3)盾構法圓形隧道無法進行擴挖，為能繼續使用已施工的建筑限界斷面，將接觸網掛網高度調整為距軌頂面5 200 mm，以保證原7 700 mm的內徑斷面仍可滿足CRH2動車組以140 km/h的速度通過。在行車方向一側設置寬度不小于1 200 mm的救援通道，救援通道高度與軌頂面平。電纜鋪設采用電纜槽形式。

[1]中華人民共和國鐵道部.GB50157—2003 地鐵限界標準[S].北京:中國鐵道出版社，2003.

[2]中華人民共和國鐵道部.GB146.1～146.2—83 標準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界[S].北京:中國鐵道出版社，1983.

[3]中華人民共和國鐵道部.客運專線機車車輛限界暫行規定[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

[4]中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設計規范[S].北京:中國鐵道出版社，2005.