高鐵隧道內軌道電路鄰線干擾調查分析

王智新

(1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 問題描述

在我國西南地區，西成線和渝黔線等高鐵線路的ZPW-2000A軌道電路在聯調聯試過程中，動檢車檢測出干擾電壓超標，其中西成線11段，渝黔線約50段，通過分析現場統計的軌道電路區段數據，發現如下特點。

1）軌道電路被干擾區段集中在隧道內。

2）軌道電路受到的干擾信號頻率主要為2600 Hz，少數為2300 Hz。

3）有砟、無砟軌道電路區段均存在受干擾的情況，有砟區段干擾量值更大。

2 現場調查

以渝黔線為例，對ZPW-2000A軌道電路受到干擾的原因進行調查。

2.1 干擾量復測

根據動檢車記錄干擾信號曲線的最大值，找出其在鋼軌上的對應位置，用標準分路電阻進行分路電流測試，根據分路電流與機車感應電壓對應關系折算出動檢車檢測量值，測試結果與檢測車干擾量基本一致，證實存在該干擾信號。

2.2 軌道電路設備情況調查

對被干擾的軌道電路區段及其相鄰區段、鄰線區段的信號機械室內發送電平級、接收電平級，電纜補償、軌旁設備的電氣特性進行排查，對各測試點電壓電流進行測量；對軌道電路的橫向連接線、回流線、地線和扼流等連接通道進行排查，無異常情況，符合要求，軌道電路設備工作正常。

斷開被干擾的軌道電路區段軌旁設備的鋼軌引接線，干擾量值未變化，可排除室內設備、配線、室外電纜引入干擾，確認干擾途徑來自鋼軌線路。

關閉鄰線區段信號機械室內的主、備ZPW-2000A軌道電路發送器，被干擾區段干擾信號電流消失，判定為干擾源來自鄰線區段。

3 干擾原因分析

基于多年來對于軌道電路鄰線干擾的研究成果，軌道電路在隧道內收到干擾信號的主要原因有兩種：1）對于有砟軌道電路區段，通過相鄰線路間道砟形成的傳導干擾；2）對于無砟軌道電路區段，隧道內的特殊結構加強了鋼軌線路間的磁場耦合，形成耦合干擾。

3.1 傳導干擾

干擾源區段的信號通過鋼軌到道砟，再到被干擾區段的鋼軌形成傳導回路，原理如圖1所示。

圖1 傳導干擾回路Fig.1 Transmission interference loop

調查渝黔線隧道內受干擾區段的道砟情況，發現道砟接觸軌底情況嚴重，如圖2所示。

圖2 渝黔線被干擾區段道砟情況Fig.2 ballasts in interference section of Yu-Qian railway line

依據高速鐵路設計規范（TB10621-2014）中要求： “道床頂面應低于軌枕承軌面40 mm，且不應高于軌枕中部頂面”，普速鐵路線路修理規則（鐵運[2006]146）第3.2.2條要求：“軌底處道床頂面應低于軌枕頂面20～30 mm”。渝黔線受干擾區段的道砟情況不符合要求，使干擾信號通過道砟傳入相鄰線間的軌道電路區段，從而形成干擾。

現場對鄰線干擾嚴重的部分區段進行道砟整治，整治道砟后線路情況如圖3所示。

圖3 渝黔線被干擾區段道砟進行整治后Fig.3 After treatment of ballasts in interference section of Yu-Qian railway line

對比整治道砟前后，動檢車檢測的鄰線干擾情況如表1所示。

表1 道砟整治前后鄰線干擾電壓情況對比Tab.1 Comparison of interference voltage before and after treatment of ballasts

從表1可以看出，整治前鄰線干擾值從220～330 mV，整治后干擾量值將至140～240 mV。其中，僅被干擾區段道砟整治后，鄰線干擾值下降20%～40%；干擾源區段和被干擾區段道砟都整治后，鄰線干擾值下降40%～60%。

結論：對渝黔線被干擾軌道電路區段進行道床整治后，可以有效降低由傳導回路所產生的鄰線干擾。

3.2 耦合干擾

耦合干擾是指鄰線區段的信號通過鋼軌之間空間電磁耦合形成干擾，原理如圖4所示。

圖4 耦合干擾回路Fig.4 Coupling interference loop

干擾源區段鋼軌電流在線路周圍形成磁力線，這些磁力線會延伸到周圍的空間，對周圍的線路產生耦合干擾，原理如圖5所示。

圖5 鋼軌電流的空間磁力線分布Fig.5 Spatial magnetic field distribution of rail signal current

若軌道電路區段處于隧道內，隧道壁的鋼筋結構形成鋼筋網，把干擾源區段形成的磁力線包裹在隧道鋼筋內，導致鄰線間耦合干擾量值增加。

路基和隧道軌道電路區段鋼軌電流產生的磁力線對比，如圖6所示。

圖6 路基和隧道區段鋼軌電流產生的磁力線分布對比圖Fig.6 Comparison of magnetic field lines generated by rail signal current in subgrade and tunnel sections

結論：由于隧道內壁的鋼筋網結構，使隧道內軌道電路相鄰線間的磁場耦合程度增強，從而使干擾信號增強。

4 總結及建議

通過對隧道內受鄰線干擾的ZPW-2000A軌道電路區段進行現場調查和理論分析，得出如下結論。

1）對于有砟軌道電路區段，如果道砟出現大量觸碰軌底和灰塵覆蓋情況，通過相鄰線間的道砟漏泄形成傳導干擾會加劇鄰線干擾問題，通過對道床進行整治，可以有效緩解現場問題。

2）對于無砟軌道電路區段，隧道內的特殊鋼筋結構加強了鋼軌線路間的磁場耦合，是鄰線干擾加劇的主要原因，針對該情況，建議對相關檢測標準進行適應性修訂。