重載鐵路無砟軌道對ZPW-2000A軌道電路傳輸性能的影響

楊軼軒 謝文磊 馬 斌

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

重載鐵路無砟軌道對ZPW-2000A軌道電路傳輸性能的影響

楊軼軒 謝文磊 馬 斌

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

結合重載無砟軌道道床結構對比分析、重載無砟軌道鋼軌參數測試、ZPW-2000A軌道電路傳輸計算等方法，對重載鐵路無砟軌道ZPW-2000A軌道電路傳輸性能進行分析，得出重載無砟軌道線路ZPW-2000A軌道電路極限傳輸長度。

重載；無砟軌道；ZPW-2000A軌道電路；傳輸性能分析

山西中南部鐵路通道總營業里程1 200 km，設計牽引質量10 000 t、開行貨物列車軸重30 t，橫貫晉、豫、魯3省。這一鐵路通道是國家規劃的大能力運煤通道，是國家鐵路網中的一條重要運輸干線。對確保國家能源運輸安全，促進晉、豫、魯3省經濟發展，促進鐵路沿線地區經濟發展具有十分重要的意義。為提高軌道穩定性、預防道床平移、降低維修工作量，山西中南部鐵路通道長大隧道采用無砟軌道，本線的軌道電路采用ZPW-2000A制式。

1　無砟軌道對ZPW-2000A軌道電路的影響

無砟軌道的軌道板、微孔橡膠墊層、軌下膠墊、扣件、鋼軌等均為工廠預制件或標準產品，絕緣性能良好，通過長期的應用觀察，道床電阻隨氣候變化較小，長期保持在3 Ω?km以上，使軌道電路系統傳輸電壓更為穩定。

與有砟軌道相比，無砟軌道是以鋼筋混凝土結構取代了由道砟鋪設的道床，當鋼軌中通入交流移頻信號時，道床中鋼筋網通過電磁感應作用，對鋼軌產生損耗和互感，阻礙鋼軌中的電流傳輸，相當于在無鋼筋時的鋼軌阻抗基礎上產生了增量影響。使移頻軌道電路鋼軌傳輸一次參數（鋼軌電阻+鋼軌電感）發生了變化，影響了軌道電路的傳輸性能。

2　ZPW-2000A軌道電路在客專無砟軌道中應用情況

ZPW-2000A制式軌道電路在我國鐵路信號系統中廣泛應用，其傳輸性能在客運專線無砟軌道已得到充分驗證，傳輸長度等系統技術指標均已明確。ZPW-2000A制式軌道電路性能指標如下。

1） 調整狀態：在軌道電路傳輸最不利情況下，軌出電壓大于240 mV。

2） 分路狀態：在軌道電路傳輸最有利情況下，用標準分路電阻在鋼軌任意位置進行分路，軌出電壓不大于153 mV。

3） 機車信號狀態：在軌道電路傳輸最不利情況下，用標準分路電阻在軌道區段入口位置分路，機車信號電流1 700、2 000、2 300 Hz不小于500 mA，2 600 Hz不小于450 mA。

4） 軌道電路極限傳輸長度：是指軌道電路設備滿足調整狀態、分路狀態、機車信號狀態的最大區段長度。

軌道電路傳輸最不利情況是指軌道區段長度最長、道床電阻最小、鋼軌一次參數最差等不利于軌道電路信號傳輸的情況；軌道電路傳輸最有利情況是指軌道區段長度最短、道床電阻最大、鋼軌一次參數最優等有利于軌道電路信號傳輸的情況。

根據相關設計規范，客運專線無砟隧道長度大于300 m時，ZPW-2000A軌道電路傳輸極限長度為600～800 m。

3　重載鐵路無砟軌道傳輸參數測試及差異性

3.1重載鐵路無砟軌道傳輸參數測試

通過軌道參數測試儀器測試重載鐵路無砟軌道的鋼軌傳輸一次參數，測試原理如圖1所示。

在測試起點輸入4種頻率音頻信號（1 700、2 000、2 300、2 600 Hz），測量其視入阻抗。在距測量起點左右2L處同時短路狀態下，分別距測量起點左右L（L=150 m）處同時開、短路視入阻抗，計算得出鋼軌一次參數。

重載鐵路的3種線路類型，最不利鋼軌參數測試結果如表1所示。

表1　最不利鋼軌參數測試結果

3.2重載鐵路無砟軌道參數與客運專線無砟軌道參數對比

客運專線無砟道床傳輸參數中，CRTSI型板式無砟軌道離散性較小，哈大、廣深港、廣珠和滬寧等線路基本一致，最不利鋼軌參數如表2所示。

表2　最不利鋼軌參數

將本節3.1中重載鐵路無砟軌道鋼軌參數和3.2中客專無砟軌道鋼軌參數進行對比，結果表明，重載鐵路的鋼軌一次參數電阻遠小于客運專線，電感基本接近。以重載彈性支承塊式無砟軌道的測試值和CRTSI板式軌道區段的1700 Hz數據對比，鋼軌電阻減小30%，鋼軌電感減小0.8%。

4　重載鐵路無砟道床結構差異性

無砟軌道傳輸參數的不同是由于無砟道床的結構不同，根據經典物理理論，主要影響因素分析如下。

1）道床內鋼筋埋設深度

無砟軌道道床內部鋼筋網一般可分為幾層。第一層鋼筋網由于距離鋼軌近，對鋼軌阻抗影響大，其他層鋼筋網由于距離鋼軌遠和第一層鋼筋網的屏蔽作用，因而對鋼軌阻抗影響相比遠小于第一層。

當鋼筋埋地深度較小時，軌道電阻，電感變化隨埋地深度變化迅速，隨著埋地深度進一步增大時，軌道電阻、電感變化趨于緩慢。

2） 道床內縱向鋼筋數量

鋼筋網的疏密不同，軌道的阻抗也會相應有所變化。橫向鋼筋對軌道參數影響較小，主要是縱向鋼筋的影響。

隨著縱向鋼筋條數的減少，間距增大，使鋼軌損耗減小，軌道電阻急劇下降，電感緩慢變化，導致鋼軌阻抗減小。縱向鋼筋的條數和間距對軌道阻抗影響較大。

3） 道床內鋼筋直徑

鋼筋直徑越大，由于集膚效應電流聚集在鋼筋表面，相當于埋設深度更淺，對鋼軌阻抗影響與1）中相同。

4.1客運專線CRTSI型板式無砟軌道結構特點

客運專線CRTSI型板式無砟道床分為2部分，軌道板和底座。根據本文分析，底座屬于下層鋼筋，對鋼軌阻抗影響較小，因此不做過多討論。

其中以P4962型為例，包含2層普通縱向鋼筋（直徑12 mm）和1層縱向預應力筋（直徑13 mm）。最上層鋼筋距混凝土頂面約30 mm。頂層縱向鋼筋數量為15根，示意圖如圖2所示。

4.2重載鐵路無砟道床結構特點

山西中南部重載鐵路無砟道床內部為2層縱向鋼筋（直徑16 mm），最上層鋼筋距混凝土頂面35～50 mm，頂層縱向鋼筋數量為9根，示意如圖3所示。

4.3差異性分析

通過結構對比，重載鐵路無砟道床內部鋼筋直徑比客專鐵路略大，同時鋼筋埋設深度較深，這兩個因素疊加，重載鐵路頂層鋼筋仍深于客專鐵路。而重載鐵路的縱向鋼筋數量較客專鐵路減少較多，具體如表3所示。

表3　差異性對比

理論分析重載鐵路和客專鐵路相比，內部鋼筋對鋼軌阻抗影響較小，也就是說重載鐵路無砟軌道的鋼軌傳輸一次參數更優。

5　重載鐵路無砟軌道ZPW-2000A制式軌道電路傳輸性能

5.1重載鐵路無砟軌道ZPW-2000A制式軌道電路傳輸計算

根據重載鐵路無砟軌道鋼軌一次參數建立如圖4所示。

將上述鋼軌模型帶入ZPW-2000A軌道電路數學計算模型進行計算，模型如圖5所示。

根據計算模型進行計算，如按設計規范800 m的工程設計長度，重載鐵路無砟軌道電路區段的調整狀態、分路狀態、機車信號狀態可以滿足使用要求。

5.2與客專無砟軌道極限長度進行對比

根據重載鐵路無砟軌道的傳輸特性，其阻抗小于客運專線無砟軌道，傳輸長度應較大。通過計算機仿真計算，在標準控制電纜長度下，山西中南部重載鐵路無砟道床ZPW-2000A軌道電路極限長度可達到950 m，對比如表4所示。

表4　極限長度

6　總結

綜上所述，山西中南部通道重載鐵路長大隧道中的無砟軌道結構與客運專線無砟軌道結構不同，其鋼軌傳輸一次參數（鋼軌電阻、鋼軌電感）及鋼軌阻抗小于客運專線無砟軌道，在應用ZPW-2000A制式軌道電路時，山西中南部通道重載鐵路無砟軌道的傳輸的極限長度大于客運專線無砟軌道，在標準電纜控制長度下，最長可達到950 m，在工程建設中，可以根據需求進行現場應用。

［1]林瑜筠，張鐵增.區間信號自動控制[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

［2]趙懷東，王改素.ZPW-2000A型自動閉塞設備安裝與維護[M].北京:中國鐵道出版社，2010.

［3]北京全路通信信號研究設計院.ZPW-2000A無絕緣移頻自動閉塞系統技術培訓教材[M].北京:中國鐵道出版社，2009.

This paper analyzes the transmission performances of ZPW-2000A track circuits from such aspects as comparative analysis of the ballast-less bed structure of heavy haul railways, the parameters test of rails on ballast-less bed of heavy haul railways and the transmission calculation of ZPW-2000A track circuit, and it gives the maximum transmission length of ZPW-2000A track circuit in heavy haul railway ballast-less track based on the analysis.

heavy haul railway; ballast-less track; ZPW-2000A track circuit; transmission performance analysis DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.025

2015-10-13）