地鐵車輛場段出入段小半徑曲線線路接觸網剛柔過渡設置方案

高 妍

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，710043，西安 ∥ 工程師)

目前，國內大部分采用架空接觸網的地鐵線路，其正線地下段一般采用剛性接觸網，車輛段、停車場考慮到建設成本一般采用柔性接觸網。因此，在柔性接觸網與剛性接觸網銜接處必須設置剛柔過渡，而剛柔過渡通常設置在出入段線上，以實現弓網關系的平滑過渡。

文獻[1]分析了曲線線路上剛柔過渡在施工階段需注意的問題；文獻[2]對困難條件下剛柔過渡設計中的問題進行了探討；文獻[3]針對上海軌道交通9號線提出小半徑曲線處剛柔過渡需按比例放樣。

近年來，由于城市發展用地越來越緊張，為了適應車輛場段選址，其出入段線的曲線半徑逐漸減小，對剛柔過渡的設置提出了新的考驗。

1 接觸網剛柔過渡的布置形式

目前，接觸網剛柔過渡的布置形式有關節式剛柔過渡、切槽關節式剛柔過渡及切槽貫通式剛柔過渡等3種形式，如圖1所示。

圖1 接觸網剛柔過渡的布置形式

1) 關節式剛柔過渡。系通過柔性接觸網深入隧道內和剛性接觸網形成錨段關節。文獻[4]對關節式剛柔過渡處受電弓進行了受力分析，提出剛性過渡至柔性以及柔性過渡至剛性，需設置不同的始觸點高差以滿足受電弓的平滑過渡。

2) 切槽關節式剛柔過渡。該結構要求承力索提前下錨，利用柔性接觸網接觸線穿入切槽式匯流排形成過渡段，與正常剛性接觸網構成錨段關節。文獻[5-6]分析了關節式剛柔過渡的兩種方式，提出切槽關節式剛柔過渡在列車運行速度為120 km/h時仍具備雙向通過能力；相比關節式剛柔過渡，切槽關節式剛柔過渡能適應更高的列車速度。

3) 切槽貫通式剛柔過渡[7]。該形式下，承力索錨固在隧道洞口，接觸線不改變方向，直接穿入切槽式匯流排，并通過貫穿螺栓固定。為了吸收接觸線的張力，錨固梁上每隔1.0 m設置1處貫穿螺栓用以緊固接觸線，并在其后設置帶拉線的終錨點，以解決剛性接觸網翹曲梁對受電弓的沖擊。文獻[8]仿真模擬了切槽式剛柔過渡的兩種方式，結果表明，此種過渡形式可滿足160 km/h的行車速度要求。

3種剛柔過渡布置形式的優缺點對比見表1。

表1 接觸網剛柔過渡布置形式對比表

2 地鐵出入段小半徑曲線線路接觸網剛柔過渡的設置條件

在小半徑曲線上設置剛柔過渡方案時，需注意如下要求：

1) 隧道一定范圍內應具備剛柔過渡的安裝凈空條件。根據GB 50157—2013《地鐵設計規范》，隧道內接觸線距軌面的高度不應小于4 040 mm。以西安某地鐵工程項目為例，其接觸線導高為4 040 mm，隧道內軌面以上凈空高度為4.6 m，曲線半徑為250 m，切槽式匯流排長度為5 m，匯流排終端長度為5.95 m。第2支接觸線下錨抬升角度與匯流排終端抬升角度需保持一致，為arctan(70/1 000)，則第2支接觸線下錨點至隧道口的距離約為19 m。在此范圍內應核算4.6 m的凈空高度能否滿足安裝需求。核算剛柔過渡安裝凈空時，需考慮剛性接觸網安裝形式的高度,接觸線和承力索的下錨支與工作支的絕緣距離,以及下錨支距混凝土結構的距離等。若接觸線高度抬升，隧道凈空亦應相應增大。

2) 保證柔性接觸網拉出值與剛性接觸網拉出值相匹配，以及切槽式匯流排不發生扭轉和彎折。切槽式匯流排為了使本體的剛性逐漸減少、柔性逐漸增大，每隔一定距離開有多個切槽，每個切槽的深度逐漸朝單一方向增深，因此無法承受較大的扭矩和彎矩；本體上設置有對接觸線夾緊的螺釘和防止接觸線發生滑動的專用線夾，當接觸線產生扭轉或彎折時，其作用力通過螺釘及線夾反映在切槽式匯流排上，導致局部形成硬點，影響弓網關系。

3) 各懸掛點拉出值考慮接觸線最大風偏時，不超過受電弓的工作范圍。剛柔過渡處剛性接觸網最大拉出值可與正常地下區段拉出值保持一致，無需考慮風偏。但隧道外柔性接觸網拉出值需考慮接觸線最大風偏時，不超過受電弓的工作范圍。曲線上柔性簡單鏈型懸掛最大風偏時拉出值bj，max[9]為：

式中：

l——鏈型懸掛的跨距值，m；

m——鏈型懸掛的當量系數，一般取0.85～0.90；

pj——接觸線單位長度的風負載,kN/m；

Tj——接觸線的額定張力,kN；

R——曲線半徑,m；

a——懸掛點處的拉出值,mm；

γj——接觸線水平面內的支柱撓度,mm。

以R為250 m的小半徑曲線為例，m取0.85，最大風速取25 m/s，截面面積為150 mm2接觸線的風負載取0.703 kN/m，Tj取12 kN，a取250 mm，γj取20 mm，l按不大于30 m計算。經核算，bj，max為309 mm，未超過受電弓的工作范圍。

4) 根據GB 50157—2013《地鐵設計規范》的要求，所有接地體距帶電體的最小距離不應小于150 mm。

3 接觸網剛柔過渡處的懸掛方式

考慮到小半徑曲線上外軌超高，以及受電弓存在偏斜，當允許的最大外軌超高為120 mm時，受電弓沿線路中心的偏斜角度為4.78°。由于剛性接觸網是由匯流排夾持接觸線與受電弓進行接觸，若受電弓偏斜時，匯流排及接觸線保持垂直，會造成受電弓對接觸線的偏磨，長期運行下，受電弓會提前與匯流排形成倒角接觸，會極大地減少接觸線的使用壽命，嚴重情況下還會造成打弓的不良事故。

接觸網剛柔過渡處包括懸臂式和豎直懸吊式兩種懸掛方式(見圖2)。

圖2 接觸網剛柔過渡處的懸掛方式

1) 懸臂式絕緣子通過抱箍安裝在吊柱上，僅能通過增加墊片的方式調整懸臂的角度或吊柱的傾斜度，以達到懸臂整體與受電弓接觸面相平行的目的。安裝時，因可調整余量較小，墊片需一次安裝到位，且調節精度較低。

2) 豎直懸吊式通過調整T型頭螺栓的長度實現懸吊槽鋼與其上安裝的絕緣子、匯流排和接觸線的整體偏轉。該懸掛方式具備調整方式便利、調整范圍大、調節精度高等特點。因此，小半徑曲線上懸掛安裝推薦采用豎直懸吊方式。

4 接觸網剛柔過渡處平面和立面布置的設計步驟及注意事項

小半徑曲線上剛柔過渡需要根據線路和土建條件實際放樣，并結合平面、立面設計，制定滿足以上條件的剛柔過渡方案。

4.1 接觸網剛柔過渡平面布置的設計步驟

1) 為保證剛性接觸網的拉出值及柔性接觸網拉出值的最大風偏不超過受電弓的半寬，隧道外第1組柔性懸掛點距剛柔過渡的距離不能過大，按跨距不超過10 m考慮。

2) 以隧道洞口里程為基準，根據切槽式匯流排和終端匯流排的長度，沿地鐵線路中心線擺放剛性懸掛點a、b、c，通常按距端部彎頭1.8 m、2.0 m、3.8 m的跨距進行布置，如圖3所示。

圖3 接觸網剛柔過渡的平面布置圖

3) 計算隧道外柔性接觸網的風偏，并確定洞外第1組柔性懸掛點的拉出值。

4) 設剛性懸掛點a的拉出值為100 mm，將a點于洞外第1組柔性懸掛點進行連接，以確定剛柔過渡錨段的延伸線。

5) 按常規布置方式確定剛柔過渡下1個錨段懸掛點e、d、f的拉出值及跨距。

6) 核算各剛性懸掛點的拉出值是否超出受電弓工作范圍。

4.2 立面布置設計步驟

1) 根據接觸網剛柔過渡平面圖，沿地鐵線路方向擺放各個懸掛點。

2) 計算承力索和接觸線的下錨位置。其中，隧道內凈空較小的情況下，雙承力索可在洞口頂板結構上下錨，第1支接觸線盡量在隧道內第1個懸掛點前下錨，第2支穿入切槽式匯流排的接觸線下錨抬升角度與終端匯流排的抬升角度保持一致。

3) 結合平面和立面圖(見圖4)，核對所有接地體距帶電體的距離，若該距離不滿足絕緣距離，可采取調整下錨高度、下錨角度、剛性接觸網跨距、剛性接觸網拉出值等措施。

圖4 接觸網剛柔過渡的立面布置圖

4.3 接觸網剛柔過渡外平面和立面布置的注意事項

1) 隧道內非絕緣關節處兩錨段接觸線的相對拉出值為200 mm時，需將B型懸吊槽鋼調整為A型懸吊槽鋼(見圖5)，以避免匯流排與懸吊槽鋼螺栓的間距不滿足150 mm的絕緣距離。

圖5 接觸網剛柔過渡豎直懸吊方式調整前后對比圖

2) 第2支接觸線下錨與剛性懸掛點f發生沖突(見圖6)時，需調整該點跨距。不同跨距下接觸線的相對位置，如表2所示。根據實際放樣，跨距為6 m且f點拉出值為150 mm時，第2支下錨接觸線能夠滿足其距f點的絕緣距離，如圖6所示。

表2 懸掛點f的跨距與接觸線的相對位置數值表

圖6 懸掛點f與接觸線的相對位置圖

3) 第2支接觸線下錨時宜采用杵頭型下錨絕緣子，保證小半徑曲線上接觸線和匯流排整體的偏轉以及切槽式匯流排的平順性。

4) 將原切槽端頭的電連接線通過電纜延伸至第1個懸掛點，以減少切槽范圍內匯流排的硬點，如圖7所示。

圖7 剛柔過渡處的電連接方式

5)隧道外第1組、第2組柔性懸掛接觸線高度宜與隧道內保持一致，防止接觸線在切槽式匯流排中產生額外的分力。

5 結語

接觸網剛柔過渡作為整個地鐵弓網關系的薄弱環節，運營部門應予以高度重視。對困難條件下接觸網剛柔過渡的布置，應分析地鐵線路及土建條件，通過實際放樣，充分考慮安裝后可能出現的問題，在設計階段進行規避。施工過程中也應對接觸網剛柔過渡處予以重視，應減少施工誤差，以保證剛柔過渡處良好的弓網關系。