集通電氣化改造工程新建隧道內(nèi)接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道設(shè)計(jì)研究

張雪豐

（中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，北京100166）

1 引言

普速鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛普遍采取后植化學(xué)錨栓安裝吊柱的安裝方式，后植化學(xué)錨栓存在施工成本高，容易破壞隧道本體結(jié)構(gòu)，吊柱安裝固定后無(wú)法調(diào)節(jié)等問題，逐步被預(yù)埋槽道替代。預(yù)埋槽道不僅承擔(dān)了隧道內(nèi)接觸網(wǎng)每個(gè)支撐點(diǎn)的全部荷載，同時(shí)還要滿足惡劣的隧道環(huán)境使用要求，因此，槽道必須具備良好的機(jī)械性能和防腐性能，其中，防腐性能是決定其使用壽命的關(guān)鍵。自從鐵路開展隧道內(nèi)預(yù)埋槽道設(shè)計(jì)、施工以來(lái)，不論普速鐵路還是高速鐵路普遍采用預(yù)埋碳鋼槽道，根據(jù)多條線路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況總結(jié)出碳鋼槽道機(jī)械性能和防腐性能較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)槽道與隧道本體同壽命的設(shè)計(jì)要求。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外槽道應(yīng)用情況及不同材質(zhì)槽道性能對(duì)比，集通鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)備采用預(yù)埋不銹鋼槽道。

2 項(xiàng)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(kuò)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(zhǎng)度為923.661 km；擴(kuò)能改造工程由蒙根塔拉站至大板站，擴(kuò)能改造后線路長(zhǎng)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(kuò)能改造區(qū)段，共計(jì)7座隧道，總長(zhǎng)為21.498 km。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 槽道主要預(yù)埋及固定方案

根據(jù)隧道凈空條件及隧道內(nèi)機(jī)車行駛速度確定接觸導(dǎo)線高度為5 750 mm，結(jié)構(gòu)高度為800 mm，隧道內(nèi)跨距為36 m，上下行吊柱間距為5m，采用4跨錨段關(guān)節(jié)，跨距按42 m+40m+40 m+42 m布置，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換柱采用雙吊柱，吊柱間距2 m，錨段關(guān)節(jié)處擴(kuò)大開挖范圍為153 m。基于以上吊柱設(shè)置及錨段關(guān)節(jié)設(shè)置原則進(jìn)行預(yù)埋槽道設(shè)計(jì)，所有預(yù)埋槽道半徑R應(yīng)見隧道相關(guān)圖紙數(shù)據(jù)。

3.1.1 中間柱吊柱槽道

雙線隧道內(nèi)中間柱懸掛分為不帶加強(qiáng)線和帶加強(qiáng)線2種，帶加強(qiáng)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(hào)槽道，2根3 000 mm長(zhǎng)槽道間距400 mm橫向固定后形成一組吊柱槽道，根據(jù)槽道在模板臺(tái)車上開孔方向不同分為A1型、A2型，A1型預(yù)埋槽道布置圖如圖2所示。

圖1 帶加強(qiáng)線典型懸掛方式示意圖

圖2 A1型預(yù)埋槽道布置圖

3.1.2 轉(zhuǎn)換柱吊柱槽道

轉(zhuǎn)換柱由2組間距2 m的吊柱單獨(dú)懸掛形成轉(zhuǎn)換柱的雙支懸掛，每個(gè)單獨(dú)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(wǎng)補(bǔ)償下錨用槽道

隧道內(nèi)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(bǔ)償繩經(jīng)轉(zhuǎn)向滑輪沿隧道壁將墜砣串引入隧道側(cè)壁預(yù)留錨洞內(nèi)。錨臂、下錨拉線板、轉(zhuǎn)向滑輪及墜砣限制架固定均采用預(yù)埋槽道。

3.2 槽道預(yù)埋主要要求

預(yù)埋槽道的通用技術(shù)條件和相關(guān)技術(shù)參數(shù)按TB/T 3329—2013《電氣化鐵路接觸網(wǎng)隧道內(nèi)預(yù)埋槽道》[1]執(zhí)行。根據(jù)TB 10758—2018《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[2]，隧道內(nèi)預(yù)埋槽道質(zhì)量應(yīng)符合下列要求：同組預(yù)埋槽道橫線路方向偏轉(zhuǎn)施工允許偏差為0.5%，兩槽間距允許偏差為±5 mm；預(yù)埋槽道不得出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、變形情況，預(yù)埋槽道的傾斜施工允許偏差小于3 mm；預(yù)埋槽道內(nèi)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(yù)埋推薦工藝

臺(tái)車模板上每根預(yù)埋槽道位置上開3個(gè)定位固定孔，預(yù)埋槽道兩端及中部各1個(gè)。預(yù)埋槽道放置于臺(tái)車上正確的位置，將預(yù)埋槽道固定點(diǎn)位置的填充泡沫摳出，放入配套的T型螺栓，然后水平旋轉(zhuǎn)90°，并擰緊螺母，使預(yù)埋槽道緊貼模板外表面，完成定位連接。臺(tái)車移動(dòng)就位到合適位置，頂升模板及預(yù)埋槽道到位。如果鋼筋影響預(yù)埋槽道位置，須撥移網(wǎng)片鋼筋，嚴(yán)禁折斷或彎曲預(yù)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(zhuǎn)90°取出螺栓，收回模板脫模。所有預(yù)埋槽道均應(yīng)與附近的縱向結(jié)構(gòu)鋼筋可靠焊接。

4 材質(zhì)選擇

4.1 國(guó)內(nèi)、外槽道應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)預(yù)埋槽道的原型技術(shù)產(chǎn)品主要來(lái)自歐洲的哈芬公司，在引進(jìn)過程中，為降低工程造價(jià)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(huì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕，該現(xiàn)象已在多條線路中出現(xiàn)。槽道腐蝕后會(huì)急劇降低槽道性能，腐蝕嚴(yán)重的必須通過后置錨栓進(jìn)行替代，給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)極大不便。近年，在城市軌道交通線路上，為提高預(yù)埋槽道使用壽命，已逐步開始推廣應(yīng)用不銹鋼槽道。

4.2 Q355B碳鋼槽道和不銹鋼槽道性能對(duì)比

機(jī)械性能方面，Q355B材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度均比不銹鋼材質(zhì)高，斷后伸長(zhǎng)率較低。但Q355B材質(zhì)軋制后機(jī)械強(qiáng)度基本無(wú)變化。S31603材質(zhì)不銹鋼軋制槽道成品后對(duì)比Q355B材質(zhì)槽道，抗拉強(qiáng)度高17.6%，屈服高24.4%，延伸率高63%。因此，不銹鋼材質(zhì)槽道機(jī)械性能整體遠(yuǎn)優(yōu)于Q355B材質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)中列舉的C4腐蝕環(huán)境下，完好無(wú)損的三級(jí)鍍鋅層厚度壽命不超度20年，但由于在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)鋅層厚度不均、鋅層損傷、環(huán)境惡劣等情況，使用壽命會(huì)進(jìn)一步降低，提前出現(xiàn)腐蝕情況。而不銹鋼材質(zhì)含有鉻元素，鉻具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，能在鋼表面形成鈍化膜，使金屬與外界隔離開來(lái)，保護(hù)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(huán)境試驗(yàn)條件下Q355B槽道腐蝕比不銹鋼槽道嚴(yán)重。不銹鋼防腐性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Q355B材質(zhì)槽道。

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

5 結(jié)語(yǔ)

普速鐵路隧道內(nèi)預(yù)埋不銹鋼槽道的設(shè)計(jì)方案在全路系統(tǒng)內(nèi)基本沒有先行案例，集通電氣化改造工程以高鐵設(shè)計(jì)理念為指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)“接觸網(wǎng)零部件壽命延長(zhǎng)20%、牽引供電系統(tǒng)維護(hù)成本降低20%、牽引供電設(shè)備故障率下降20%、設(shè)備大修期延長(zhǎng)20%”4個(gè)20%為目標(biāo)，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(shè)計(jì)基礎(chǔ)。