集通電氣化改造工程新建隧道內接觸網預埋槽道設計研究

張雪豐

（中鐵電氣化局集團有限公司設計研究院，北京100166）

1 引言

普速鐵路隧道內接觸網懸掛普遍采取后植化學錨栓安裝吊柱的安裝方式，后植化學錨栓存在施工成本高，容易破壞隧道本體結構，吊柱安裝固定后無法調節等問題，逐步被預埋槽道替代。預埋槽道不僅承擔了隧道內接觸網每個支撐點的全部荷載，同時還要滿足惡劣的隧道環境使用要求，因此，槽道必須具備良好的機械性能和防腐性能，其中，防腐性能是決定其使用壽命的關鍵。自從鐵路開展隧道內預埋槽道設計、施工以來，不論普速鐵路還是高速鐵路普遍采用預埋碳鋼槽道，根據多條線路的實際運營情況總結出碳鋼槽道機械性能和防腐性能較差，無法實現槽道與隧道本體同壽命的設計要求。結合目前國內外槽道應用情況及不同材質槽道性能對比，集通鐵路隧道內接觸網設備采用預埋不銹鋼槽道。

2 項目概況

集通鐵路電氣化改造工程范圍由集二線賁紅站起，至通霍線哲里木站止，包含電氣化工程和擴能改造工程2部分。電氣化工程由賁紅站至哲里木站，改造后線路長度為923.661 km；擴能改造工程由蒙根塔拉站至大板站，擴能改造后線路長度為149.081 km。本工程隧道均為新建雙線隧道，分布在蒙根塔拉站至大板站擴能改造區段，共計7座隧道，總長為21.498 km。

3 方案設計

3.1 槽道主要預埋及固定方案

根據隧道凈空條件及隧道內機車行駛速度確定接觸導線高度為5 750 mm，結構高度為800 mm，隧道內跨距為36 m，上下行吊柱間距為5m，采用4跨錨段關節，跨距按42 m+40m+40 m+42 m布置，關節轉換柱采用雙吊柱，吊柱間距2 m，錨段關節處擴大開挖范圍為153 m。基于以上吊柱設置及錨段關節設置原則進行預埋槽道設計，所有預埋槽道半徑R應見隧道相關圖紙數據。

3.1.1 中間柱吊柱槽道

雙線隧道內中間柱懸掛分為不帶加強線和帶加強線2種，帶加強線懸掛方式示意圖如圖1所示。2種懸掛方式采用同種型號槽道，2根3 000 mm長槽道間距400 mm橫向固定后形成一組吊柱槽道，根據槽道在模板臺車上開孔方向不同分為A1型、A2型，A1型預埋槽道布置圖如圖2所示。

圖1 帶加強線典型懸掛方式示意圖

圖2 A1型預埋槽道布置圖

3.1.2 轉換柱吊柱槽道

轉換柱由2組間距2 m的吊柱單獨懸掛形成轉換柱的雙支懸掛，每個單獨吊柱的槽道與中間柱吊柱槽道安裝形式相同。

3.1.3 接觸網補償下錨用槽道

隧道內下錨采用帶拉線的重型錨臂下錨，接觸線、承力索分別下錨，滑輪組補償繩經轉向滑輪沿隧道壁將墜砣串引入隧道側壁預留錨洞內。錨臂、下錨拉線板、轉向滑輪及墜砣限制架固定均采用預埋槽道。

3.2 槽道預埋主要要求

預埋槽道的通用技術條件和相關技術參數按TB/T 3329—2013《電氣化鐵路接觸網隧道內預埋槽道》[1]執行。根據TB 10758—2018《高速鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準》[2]，隧道內預埋槽道質量應符合下列要求：同組預埋槽道橫線路方向偏轉施工允許偏差為0.5%，兩槽間距允許偏差為±5 mm；預埋槽道不得出現扭轉、變形情況，預埋槽道的傾斜施工允許偏差小于3 mm；預埋槽道內泡沫填充物完好，不得被混凝土覆蓋；接觸懸掛下錨槽道水平度和鉛垂度允許偏差0.5%。

3.3 槽道預埋推薦工藝

臺車模板上每根預埋槽道位置上開3個定位固定孔，預埋槽道兩端及中部各1個。預埋槽道放置于臺車上正確的位置，將預埋槽道固定點位置的填充泡沫摳出，放入配套的T型螺栓，然后水平旋轉90°，并擰緊螺母，使預埋槽道緊貼模板外表面，完成定位連接。臺車移動就位到合適位置，頂升模板及預埋槽道到位。如果鋼筋影響預埋槽道位置，須撥移網片鋼筋，嚴禁折斷或彎曲預埋槽道上的錨桿。二次襯砌澆注完成后，松開螺母，將T形螺栓旋轉90°取出螺栓，收回模板脫模。所有預埋槽道均應與附近的縱向結構鋼筋可靠焊接。

4 材質選擇

4.1 國內、外槽道應用情況

國內預埋槽道的原型技術產品主要來自歐洲的哈芬公司，在引進過程中，為降低工程造價采用了碳鋼槽道。碳鋼槽道采用熱浸鍍鋅工藝防腐，在使用過程中受混凝土（堿性pH11）和隧道壁積水的影響會出現不同程度的腐蝕，該現象已在多條線路中出現。槽道腐蝕后會急劇降低槽道性能，腐蝕嚴重的必須通過后置錨栓進行替代，給運營帶來極大不便。近年，在城市軌道交通線路上，為提高預埋槽道使用壽命，已逐步開始推廣應用不銹鋼槽道。

4.2 Q355B碳鋼槽道和不銹鋼槽道性能對比

機械性能方面，Q355B材質的抗拉強度及屈服強度均比不銹鋼材質高，斷后伸長率較低。但Q355B材質軋制后機械強度基本無變化。S31603材質不銹鋼軋制槽道成品后對比Q355B材質槽道，抗拉強度高17.6%，屈服高24.4%，延伸率高63%。因此，不銹鋼材質槽道機械性能整體遠優于Q355B材質槽道。

防腐性能方面，碳鋼槽道防腐主要依靠表面鍍鋅層，在ISO 12944-2：1998[3]標準中列舉的C4腐蝕環境下，完好無損的三級鍍鋅層厚度壽命不超度20年，但由于在實際應用過程中會出現鋅層厚度不均、鋅層損傷、環境惡劣等情況，使用壽命會進一步降低，提前出現腐蝕情況。而不銹鋼材質含有鉻元素，鉻具有很高的化學穩定性，能在鋼表面形成鈍化膜，使金屬與外界隔離開來，保護基體不被氧化，增加基體的抗腐蝕能力。316系列不銹鋼鉻含量高，耐腐蝕性能好，腐蝕速率慢，相同腐蝕環境試驗條件下Q355B槽道腐蝕比不銹鋼槽道嚴重。不銹鋼防腐性能遠遠優于Q355B材質槽道。

綜合對比不銹鋼槽道的各方面性能及推廣應用的前景，集通電氣化改造工程隧道預埋槽道選擇不銹鋼材質。

5 結語

普速鐵路隧道內預埋不銹鋼槽道的設計方案在全路系統內基本沒有先行案例，集通電氣化改造工程以高鐵設計理念為指導，以實現“接觸網零部件壽命延長20%、牽引供電系統維護成本降低20%、牽引供電設備故障率下降20%、設備大修期延長20%”4個20%為目標，為集通電氣化改造工程打造成普速鐵路的精品工程奠定了良好的設計基礎。