探討焦柳鐵路低凈空隧道電氣化改造

馬 君

（中國鐵路南寧局集團有限公司 建設部，高級工程師，廣西 南寧 530029）

焦柳鐵路屬邊勘測、邊設計、邊施工的“三邊工程”，建于20世紀70年代，設計速度120km/h，2018年開展電氣化改造。該鐵路隧道建設標準低，隧道內漏水等病害現象嚴重，改造空間小，隧道凈空低，最低僅6152mm，接觸網懸掛困難。

1 研究現狀

在既有內燃牽引低凈空隧道電氣化改造項目中，接觸網一般采用小結構高度的鏈形懸掛，根據隧道凈空高度壓縮接觸網結構高度，達到滿足內燃牽引區段隧道建筑限界的目標；或者直接去掉承力索，采用異型支撐結構，如黎湛電化工程燕子坡梁低凈空隧道采用的“人字形”簡單懸掛。焦柳鐵路若采用小結構高度鏈形懸掛，受凈空低影響，需對隧道局部進行擴挖方能滿足絕緣要求，由于該線路建成年代較早，隧道病害多，不容擴挖，該方案行不通；若借鑒黎湛電化“人字形”采用最基礎的簡單懸掛，由于沒有承力索，接觸網彈性均勻度差，速度受到限制，需限速80km/h，限速區段分散，總長達20公里，而焦柳鐵路原設計速度120km/h，限速則大幅度影響運輸效率，此方案亦有不妥之處。為能滿足上述兩點，必須應用非常規懸掛類型。

2 研究內容

通過對城市地下軌道交通接觸網剛性懸掛系統的研究發現，剛性懸掛在滿足接觸網物理絕緣、電氣性能要求的同時，運營速度能達到焦柳鐵路要求。參考城市地下軌道交通剛性懸掛系統，形成焦柳鐵路低凈空隧道接觸網懸掛方案，可確保焦柳電化工程順利完成。

3 方案比較

3.1 方案一：鏈形懸掛

鏈形懸掛為現在接觸網最常用的懸掛方式，通過吊弦懸掛在承力索上，承力索懸掛于支柱的支持裝置上，使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點，利用調整吊弦長度，使接觸線在整個跨距內對軌面的距離保持一致。鏈形懸掛減小了接觸線在跨距中間的弛度，改善了彈性，增加了懸掛重量，提高了穩定性，可以滿足電力機車高速運行取流的要求，如圖1所示。

圖1 簡單鏈形懸掛示意圖

優點：（1）工程改造完成后，可以滿足120km/h既有運營速度，對未來運輸效率無影響。

（2）屬常規懸掛，與其他區段接觸懸掛方式相同，運營維護難度小。

缺點：（1）鏈形懸掛包含承力索和接觸線，由于焦柳鐵路隧道存在凈空低的先天不足，最低達到6152mm，焦柳鐵路設計接觸線與軌面最低導高5400mm，最低凈空在壓縮承力索與接觸線之間的結構高度后，較難滿足承力索與隧道壁的絕緣距離，為運營留下調整空間余量較小，安全隱患大。

（2）焦柳鐵路建造時間早，受施工技術條件影響，多數隧道斷面成形不規則，圓弧率不標準，常規腕臂懸掛絕緣距離很難通過調整滿足，需在懸掛點處進行開挖，對隧道破壞大，并且在施工期間需對線路進行限速，施工工期長，施工期間對運輸效率干擾大。

3.2 方案二：簡單懸掛

以黎湛鐵路燕子坡隧道人字形簡單懸掛為例，兩懸掛點間距10m，定位點間距不大于40m。人字形簡單懸掛兩埋入桿間距1.34m,在其埋入桿上分別經過連接調整板安裝仿1300型硅橡膠絕緣子，兩絕緣子間用加長滑動管相連，在滑動管上裝有滑動環，經梯形板連接硅橡膠絕緣子，通過定位線夾實現對接觸線的懸掛。如圖2所示。

圖2 黎湛鐵路燕子坡隧道簡單懸掛示意圖

優點：（1）無需對隧道進行擴挖處理，能夠滿足導高和絕緣要求。

（2）工程影響范圍小、施工難度低，施工周期短。

（3）與本線其他區段接觸懸掛方式差異較小，運營維護難度相對較小。

缺點：簡單懸掛雖然優點較多，通過去掉承力索解決了隧道凈空低、絕緣距離不足的先天不足，但由于沒有了承力索，一是接觸網彈性均勻度差，速度受到限制，需限速80km/h開通，而既有焦柳鐵路運營速度120km/h，涉及改造隧道總長約20公里，分散在近百公里線路上，若都限速，對運輸效率影響較大；二是需增加供電能力補強內容，彌補取消承力索造成的電氣缺口。

3.3 方案三：剛性懸掛

剛性懸掛接觸網是將接觸線鑲嵌在匯流排中的一種懸掛方式，廣泛應用于隧道截面相對較小的城市地鐵接觸網中，匯流排起著傳送電能和固定接觸線的作用，如圖3所示。懸掛點8米一處，每節匯流排長12米，通過中間接頭連接成整體。整個系統由若干個錨段組成，每個錨段長約300米，錨段與錨段之間通過膨脹接頭相連接。各錨段的主體是由標準的匯流排接續而成，并在每個錨段的中心位置都設有中心錨結裝置，防止匯流排順線路方向發生串動。剛性懸掛如圖4所示。

圖3 匯流排橫截面示意圖

圖4 剛性懸掛示意圖

優點：與簡單懸掛類似，通過去掉承力索，為上部空間留出了較大的余量，解決了隧道凈空低、絕緣距離不足問題。但與簡單懸掛不同，剛性懸掛接觸線包含在剛性匯流排中，通過分布較為密集的懸掛點固定，避免了簡單懸掛接觸網彈性均勻度差的缺陷，可以滿足120km/h既有運營速度，工程改造完成后，對運輸效率無影響。

缺點：（1）施工難度大，施工周期略長。

（2）與本線其他區段接觸懸掛方式差異較大，運營維護管理難度較大。

3.4 方案確定

表1為方案對比表。

表1 方案對比表

通過方案對比、論證，最終選擇方案三剛性懸掛作為焦柳鐵路低凈空隧道改造方案。該方案對隧道破壞小，能夠滿足導高和絕緣要求，改造完成后對運輸效率無影響。但施工難度相對常規懸掛方式較大，施工周期略長，需強化安全管控措施，加強施工組織。本項目所用的剛性懸掛在國內屬第一次大規模應用，還需結合施工經驗及靜、動態驗收暴露出的問題，在實踐過程中形成運營、檢修、應急搶修規程等指導性意見，彌補該方案運營維護管理難度較大的弱勢。

4 實施情況

2020年4月12日晚，首件試裝在彭莫山隧道開展，在3小時天窗點內共完成180米接觸網剛性懸掛匯流排安裝，經現場復核，整體技術指標達標。2020年8月底完成全部工程，長度共20公里。

2020年9月24日，第一次開展120km/h動態檢測，檢測共發現一級硬點共35個。9月25日至9月28日，集中力量對膨脹關節及中間接頭進行了調整。9月29日檢測，一級硬點降到9個，減少26個。經整改，在10月14日動態檢測中，原9個處所硬點全部消缺。

2020年11月進行月度例行動態檢測時，新出現硬點10個，經分析，原因為受季節轉換，溫度變化較大影響，膨脹接頭產生形變量較大，引起膨脹關節處部分調整不到位的部件出現位置偏差，產生卡滯，影響線路平順性。反應出剛性懸掛脫離地鐵全封閉、溫差小的良好環境，在國鐵應用過程中存在適應性問題，需加大調整力度及精度。為此，對全線進行全面排查，查看膨脹接頭刻度尺與溫升曲線進行對比，判斷膨脹接頭有無卡滯現象，對存在卡滯的處所進行懸掛點調整或更換產品處理。截止目前，運行情況較好。

5 結束語

不同于新建鐵路線路，既有鐵路改造經常會碰到新工程標準與舊建設條件不匹配的情況，若采用常規保守方案來應對現場苛刻的施工條件，往往會在其他方面有所將就。若想找到一個最優方案，需敢于創新，酌情研究采用非常規方案，對于可能出現的問題，采取措施、彌補不足，提高適應性即可，以達到最優化解決問題的目的。

本項目借鑒城市地鐵懸掛系統，采用的剛性懸掛在路內屬第一次大規模應用，結合實際運營及月度動態檢測暴露出的問題，摸索完善了適用于國鐵項目的剛性懸掛施工方案，為后期集團公司益湛線電氣化改造乃至全國其他各老舊隧道電化改造提供了寶貴經驗；在實踐過程中逐漸形成的相關維護經驗，為全路制定剛性懸掛運營、檢修及應急搶修規程提供了寶貴參考。