巴南高鐵剛性懸掛接觸網設計方案研究

摘" 要：隨著鐵路網的不斷擴展，部分西北地區、西南地區新建鐵路長大隧道及無人區占比大，而剛性懸掛對隧道內軌面以上凈空面積要求小，對運維要求低。該文聚焦于巴南高鐵剛性懸掛接觸網，旨在通過科學合理的設計與優化，提升接觸網的穩定性和可靠性，以滿足高速鐵路列車的運行要求。研究過程中，以巴南高鐵線路的具體條件為基礎，綜合分析線路特點、列車運行速度、受流質量等因素，提出剛性懸掛接觸網的選型、布置原則及關鍵技術參數。研究旨在科學合理地總結巴南高鐵剛性懸掛接觸網設計方案，為后續鐵路項目實施提供參考。

關鍵詞：巴南高鐵；剛性懸掛接觸網；設置方案；受流質量；實施

中圖分類號： U225.1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）06-0121-04

Abstract： With the continuous expansion of the railway network， some new railway tunnels and no man's land in the northwest and southwest regions account for a large proportion， while rigid suspension requires small clearance area above the rail surface within the tunnel and low requirements for operation and maintenance. This article focuses on the rigid suspension catenary of the Banan High-speed Railway， and aims to improve the stability and reliability of the catenary through scientific and reasonable design and optimization to meet the operating requirements of high-speed railway trains. During the research process， based on the specific conditions of the Banan high-speed railway line， factors such as line characteristics， train operating speed， and current receiving quality were comprehensively analyzed， and the selection， layout principles and key technical parameters of the rigid suspension catenary were proposed. This study aims to scientifically and rationally summarize the rigid suspension catenary design plan for the Banan High-speed Railway and provide reference for the implementation of follow-up railway projects.

Keywords： Banan High-speed Railway; rigid suspension catenary; setting plan; current receiving quality; implementation

1895年，美國巴爾的摩地區電氣化鐵路引入了一種創新的接觸網懸掛方式——剛性懸掛接觸網，這一技術的引入是電氣化鐵路的重要里程碑。隨后，在奧地利Sittenberg隧道中，長達4.7 km的剛性懸掛接觸網得以架設，其中ICE-S型測試列車在該系統上實現了高達300 km/h的測試速度。

在國內，剛性懸掛接觸網系統已成為鐵路和地鐵建設中的重要組成部分。具體來說，廣州地鐵3號線和深圳地鐵11號線等地鐵線路均采用了這種先進的剛性懸掛設計。這些線路在設計之初就考慮到了高速運行的需求，其最高設計速度達到了120 km/h，為乘客提供了更加快捷、舒適的出行體驗。

隨著技術的不斷進步，剛性懸掛接觸網系統的設計速度也在逐步提升。例如，在北京大興機場線以及廣州地鐵18和22號線中，這一系統的設計速度已經提升至了160 km/h。

這些應用主要集中于傳統的城市軌道交通項目及設計速度不超過160 km/h的客、貨運鐵路中，特別是在凈空受限的工點。

近期，巴南高鐵桂花隧道開始為期一年的剛性懸掛接觸網系統試用，其剛性懸掛區段的設計速度為200 km/h。這一試用的主要目的在于評估剛性懸掛接觸網在高速鐵路環境中的性能，從而為高速鐵路剛性懸掛技術的研究積累實踐經驗。

1" 剛性懸掛技術概述

1.1" 剛性懸掛的定義與特點

巴南高鐵剛性懸掛接觸網系統主要由吊柱、輕量化彈性腕臂（旋轉底座、硅橡膠絕緣子、水平腕臂）、大慣性匯流排、彈性定位線夾及接觸線組成。

剛性懸掛接觸網系統具有可靠性高、維護簡便、隧道內凈空要求低的特點，在無人區、長大隧道可以減少運營維護，降低土建工程造價，具有較大的使用前景。

1.2" 剛性懸掛技術的優勢分析

1.2.1" 可靠性高

1）腕臂裝置。在柔性區段的接觸網系統中，腕臂裝置由多個關鍵組件構成，包括腕臂底座、絕緣子、平腕臂、斜腕臂、套管雙耳、承力索座、定位管、定位器以及一系列相關組件。這些部件共同協作，確保接觸網的穩定性和可靠性。

在剛性區段的接觸網系統中，為了進一步優化性能和提高效率，腕臂裝置經歷了結構上的改進和優化，以適應剛性區段的特殊需求。這種設計上的創新進一步提升了接觸網系統的整體性能和可靠性。相較于柔性區段，剛性區段的腕臂裝置減少了約60%的零部件，這一設計不僅簡化了結構，還顯著降低了故障發生的可能性。這一改進不僅提高了系統的整體可靠性，還降低了維護和更換成本，為電氣化鐵路的安全、高效運行提供了有力保障。

2）載流能力。在柔性懸掛系統中，承力索與接觸線是電流傳輸的主要通道，確保電力能夠穩定、高效地傳輸至列車。這種設計確保了電流傳輸的可靠性和安全性。在一些特殊應用場景下，如重載鐵路和部分高速鐵路，還額外增加了加強線以增強電流的傳輸能力。

剛性懸掛系統雖然其電流載體僅限于接觸線和匯流排，但其載流能力卻顯著超越柔性懸掛系統，體現了其獨特的優勢和高效性。

3）張力系統。柔性懸掛系統中，承導線的張力隨著速度目標等級的提升而逐步增加。隨著張力的升高，導線強度等級也相應地從低等級逐步提升至中等級和高等級，同時導線材質也由銅銀合金轉變為銅鎂合金、銅錫合金以適應更高的強度要求。然而，隨著張力的不斷升高，導線所受的拉力也隨之增大，這增加了導線發生斷線事故的風險。

與之形成對比的是，剛性懸掛系統無須考慮張力因素，因此不存在因張力過大而導致的斷線風險，這一特性使得剛性懸掛系統在某些對安全性和穩定性要求極高的應用場景中展現出顯著的優勢。

4）錨段關節。剛性接觸網系統中，錨段關節的設計主要分為2種方向：一種是基于機械結構的過渡型錨段關節，另一種則是利用膨脹接頭技術的錨段關節。這2種設計各具特色，共同保障了剛性接觸網的穩定運行。

在巴南高鐵桂花隧道的剛性懸掛系統中，上行線路選用了機械式過渡錨段關節，而下行線路則采用了膨脹接頭錨段關節。無論哪種形式，相較于柔性接觸網的錨段關節，它們的構造和設計均顯得更為簡潔和直接，復雜程度顯著降低。這一特點使得剛性接觸網在維護和運營過程中具有更高的效率和可靠性。

1.2.2" 維護簡便

結構簡單：剛性懸掛設計簡潔，部件連接牢靠，便于快速安裝和拆卸（圖1）。

維修工作量小：剛性懸掛的懸吊裝置具備雙向調節功能，便于調整拉出值和導高，降低了日常維護和事故搶修的工作量。

無張力懸掛：剛性懸掛系統處于無張力自然懸掛狀態，消除了因張力變化導致的故障風險，減少了維修需求。

無突發斷線風險：剛性懸掛不依賴于張力裝置，從而消除了因張力變化引起的突發斷線問題，提高了系統的穩定性和可靠性。

維護成本低：由于維修工作量小、穩定性高，剛性懸掛的維護成本相對較低，有助于降低鐵路運營的整體成本。

1.2.3" 隧道內凈空要求低

在高速鐵路系統中，柔性懸掛結構的設計高度通常為1 600 mm，而剛性懸掛結構由于無承力索且匯流排馳度小，跨距短，安裝高度可達800 mm甚至更低。因此剛性懸掛相較于柔性懸掛在隧道內的凈空方面有更低的需求。

2" 高速鐵路剛性懸掛系統設計與分析

2.1" 高速鐵路動態驗收對接觸網系統的要求

高速鐵路動態驗收主要對接觸網的幾何參數、弓網受流參數及接觸網平順性指標進行檢測。

幾何參數主要對接觸線高度、坡度及拉出值、相互位置進行檢測。

弓網受流參數主要為弓網動態接觸力及燃弧指標。

接觸網平順性指標主要包括硬點檢測、接觸線高差檢測。

2.2" 巴南高鐵概述

新建漢中至巴中至南充鐵路，南充至巴中段位于四川省東北部，正線起自新建巴中東站，出站后向西經巴中市經開區、巴州區、恩陽區，南充市儀隴縣、南部縣、蓬安縣、順慶區，在鄰近南充北站區間新設強家灣線路所，之后分方向正線疏解引入在建成達萬鐵路南充北成達萬場達州端咽喉至設計終點，強南聯絡線疏解引入既有蘭渝鐵路。

南充北站蘭渝場蘭州端咽喉。巴南高鐵正線全長147.772 km。全線設車站6座，新建蓬安西、儀隴、馬鞍、巴中西和巴中東5座車站，近期在既有蘭渝鐵路南充北站接軌，遠期在成達萬鐵路南充北站接軌，設計速度250 km/h。

2.3" 巴南高鐵桂花隧道剛性懸掛系統設計

跨距長度：剛性懸掛范圍內，跨距一般為8 m，最大一般不超過8.5 m。

拉出值：直線區段一般為±250 mm，類之字型布置，拉出值施工誤差為±20 mm。

關節布置：上行采用錨段關節形式剛性懸掛，下行采用膨脹接頭形式剛性懸掛。

導線高度及結構高度：接觸線懸掛點高度：5 500 mm；柔性區間結構高度：一般為1 600 mm。

相鄰允許跨距比：其相鄰跨距比一般不大于1.25∶1（關節處除外）。

錨段長度：新建正線接觸網錨段長度一般不超過500 m，在錨段的中部設置中心錨結，中心錨結采用“V”型拉線方式。

懸掛點允許高差：普通懸掛點導線高度允許誤差為±5 mm，相臨跨距導線高度偏差不大于±5 mm；錨段關節處懸掛點導線高度誤差為±2 mm，相鄰跨距導線高度偏差不大于±1 mm。

接地：剛性懸掛區段成排支柱設架空地線集中接地，零星支柱及設備通過接地端子或既有槽道與綜合接地連接，接地要求應該滿足TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設計規范》第5.3.3條的規定。

支持裝置：采用吊柱+水平懸吊裝置。

電連接設置：關節處、剛柔過渡處設置電連接，電連接載流截面應滿足最大電流的要求。

剛柔過渡：上行采用關節式剛柔過渡，下行采用貫通式剛柔過渡。

巴南高鐵剛性懸掛中間柱示意圖如圖2所示。

2.4" 巴南高鐵動態檢測結果

單列動車組上行檢測期間，最高試驗速度 223.1 km/h，各速度級下實測硬點最大值為 470.4 m/s2，弓網動態接觸力最大值為194 N、最小值為46 N，最大燃弧時間為49 ms，燃弧率最大值為 0.72%，燃弧次數最大值為0.35次/160 m。

下行檢測期間，最高試驗速度219.4 km/h，各速度級下實測硬點最大值為480.2 m/s2，弓網動態接觸力最大值為198 N、最小值為44 N，最大燃弧時間為43 ms，燃弧率最大值為0.56%，燃弧次數最大值為0.29次/160 m。

重聯動車組上行檢測最高速度為200 km/h，硬點最大值為 205.8 m/s2，弓網動態接觸力最大值為174 N、最小值為50 N，最大燃弧時間為83 ms，燃弧率為1.41%，燃弧次數為0.43次/160 m。

下行檢測最高速度為 200 km/h，硬點最大值為 225.4 m/s2，弓網動態接觸力最大值為160 N、最小值為 49 N，最大燃弧時間為84 ms，燃弧率為1.57%，燃弧次數最大值為0.48次/160 m。

各項檢測結果均符合TB 10761—2013《高速鐵路工程動態驗收技術規范》數值要求。

3" 結束語

巴南高鐵剛性懸掛接觸網區段動態監測結果滿足規范要求及設計參數，但在施工調試中困難較大，主要為設計文件要求普通懸掛點導線高度允許誤差為±5 mm，相臨跨距導線高度偏差不大于±5 mm；錨段關節處懸掛點導線高度誤差為±2 mm，相鄰跨距導線高度偏差不大于±1 mm。

在實際施工中，受施工人員及測量精度要求，對于誤差要求較難把控。

在今后設計中，需根據運行時速及本次適用長期觀測結果，對施工誤差要求進行修正、完善。

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作者簡介：陳立國（1993-），男，工程師。研究方向為鐵路接觸網。