劉 崗

(中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)所，天津 300250)

1 接觸軌工程概況

北京市軌道交通大興線正線線路全長(zhǎng)21.8 km,其中高架段及過(guò)渡段長(zhǎng)約4.35 km,其余為地下段。全線共設(shè)11座車站,其中地下站10座,高架站1座(西紅門站),另在南兆路站設(shè)車輛段1座。全線電化線路機(jī)車行進(jìn)方向的左側(cè)均鋪設(shè)接觸軌,在道岔、車站、人防門等特殊區(qū)段接觸軌需斷開或換邊鋪設(shè)。供電系統(tǒng)采用10 kV開閉所雙環(huán)網(wǎng)供電方式。

電動(dòng)車組編組為3動(dòng)3拖,受電方式為DC750V接觸軌上接觸受電方式,接觸軌采用鋼鋁復(fù)合接觸軌,最高行車速度為80 km/h。

2 接觸軌形式及受流方式的確定

鋼鋁復(fù)合接觸軌與低碳鋼接觸軌相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)：載流量大、供電距離長(zhǎng)、耐腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)。

目前國(guó)內(nèi)采用接觸軌的軌道交通工程均采用鋼鋁復(fù)合接觸軌,因此不再對(duì)低碳鋼軌及鋼鋁復(fù)合接觸軌進(jìn)行比較。

傳統(tǒng)的接觸軌受流方式主要有3種,即：上部受流、下部受流和側(cè)部受流。側(cè)部受流除重慶地鐵的跨座式地鐵為類似側(cè)部受流方式外,目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)其他實(shí)例,側(cè)部受流方式的最大優(yōu)勢(shì)是對(duì)側(cè)面的限界要求較小,在國(guó)外通常用于限界條件較差的舊線改造工程。按照目前現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),采用B1型車輛的受流方式只有上部受流和下部受流兩種方式,因此側(cè)部受流方式不在此做深入地討論。上、下部受流方式技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。

表1 上部受流方式和下部受流方式的綜合技術(shù)性能比較

通過(guò)表1可以看出,上、下部?jī)煞N受流方式在經(jīng)濟(jì)比較方面沒(méi)有較大差別,在技術(shù)的成熟性方面也是相當(dāng),只是在某些功能方面略有差異,主要集中在運(yùn)營(yíng)安全和系統(tǒng)兼容性兩個(gè)方面,從提高運(yùn)營(yíng)安全的角度出發(fā),采用下部受流方式則更加適宜,而當(dāng)重點(diǎn)考慮與北京地鐵既有線的兼容性則上部受流方式更為適宜。相比較而言,上接觸受流方式安裝簡(jiǎn)單,受流質(zhì)量平穩(wěn)可靠,適于隧道內(nèi)安裝。

北京地鐵4號(hào)線采用了鋼鋁復(fù)合接觸軌上部安裝方式,大興線與4號(hào)線在公益西橋站南側(cè)接軌并貫通運(yùn)營(yíng),為實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)和車輛資源共享,保持與4號(hào)線的一致性,因此,北京地鐵大興線工程接觸軌系統(tǒng)采用了DC750V上接觸受流方式的鋼鋁復(fù)合軌系統(tǒng)。

3 鋼鋁復(fù)合軌的功能及技術(shù)特點(diǎn)

供電系統(tǒng)通過(guò)鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)將電能持續(xù)不斷地輸送給列車,以保證列車安全正常運(yùn)行。由于接觸軌系統(tǒng)是無(wú)備用的供電裝置,受氣象條件等影響比較大,因此,保證接觸軌系統(tǒng)的運(yùn)行可靠是地鐵列車安全正常運(yùn)行的必要條件。

接觸軌系統(tǒng)包括鋼鋁復(fù)合軌、接觸軌接頭、端部彎頭、電纜連接板、中心錨結(jié)、端部彎頭及接觸軌防護(hù)系統(tǒng)。

3.1 接觸軌的形式

大興線采用了ASS5100型接觸軌,其技術(shù)參數(shù)見表2。

ASS5100型接觸軌的不銹鋼帶是由1Cr17不銹鋼材料預(yù)加工制成，其組成成分中17%的鉻保證了接觸軌具有優(yōu)良的耐腐蝕性和抗電腐蝕性。其接觸面的有效寬度為65 mm。鋁軌體的材質(zhì)為鋁合金6063 T6。采用冷壓機(jī)械復(fù)合成型,不銹鋼帶預(yù)加工成“C”字形,并在磨耗層兩側(cè)沿縱向留有1排相同間距的小孔,將鋁合金壓嵌入不銹鋼帶預(yù)先加工好的孔洞中,形成榫接。鋼鋁復(fù)合工藝如圖1所示。復(fù)合時(shí)將不銹鋼帶緊壓在鋁軌上,并通過(guò)實(shí)施間隙檢測(cè),確保鋼鋁結(jié)合面最大間隙不大于0.2 mm。

表2 大興線鋼鋁復(fù)合接觸軌技術(shù)參數(shù)

圖1 鋼鋁復(fù)合工藝示意

3.2 接觸軌安裝位置

接觸軌安裝在列車行進(jìn)方向的左側(cè),在有道岔等特殊區(qū)段,為保證可靠供電的要求,換邊敷設(shè)布置。接觸軌中心線至相鄰走行軌內(nèi)側(cè)工作邊的水平距離為(700±5)mm,接觸軌軌頂面至走行軌軌面連線的垂直距離為(140±5)mm。

3.3 接觸軌安裝方式

在整體道床、減震器扣件道床、明挖及暗挖隧道浮置板道床區(qū)段采用接觸軌與短軌枕合架方式安裝,接觸軌通過(guò)絕緣支座安裝固定在加長(zhǎng)短軌枕上,絕緣支座與加長(zhǎng)短軌枕之間通過(guò)預(yù)埋于軌枕內(nèi)的尼龍?zhí)坠苡寐菁y道釘進(jìn)行固定,接觸軌與絕緣支座之間采用扣板連接,扣板與接觸軌之間留有0.5 mm的間隙,以利于接觸軌在溫度變化時(shí)沿縱向自由伸縮。道岔區(qū)、斷軌的端部彎頭處、梯形軌枕、圓形隧道浮置板道床等區(qū)段，由于軌道不具備接觸軌合架的條件,而采用脹錨螺栓將整體絕緣支架直接固定在道床上。在車輛段木軌枕區(qū)段,用木螺紋道釘直接將整體絕緣支座固定在加長(zhǎng)木枕上。預(yù)留尼龍?zhí)坠芗凹娱L(zhǎng)木枕的布置原則一般為每7根或6根軌枕布置1個(gè),跨距不大于4 600 mm。圖2為大興線現(xiàn)場(chǎng)接觸軌安裝照片。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)接觸軌安裝

3.4 接觸軌的錨段設(shè)置

鋼鋁復(fù)合軌2組膨脹接頭之間的膨脹伸縮補(bǔ)償段稱之為一個(gè)錨段。錨段長(zhǎng)度通過(guò)接觸軌的膨脹伸縮補(bǔ)償范圍計(jì)算來(lái)確定,膨脹伸縮間隙通過(guò)如下公式計(jì)算

s=α×ΔT×L

式中s——接觸軌膨脹伸縮間隙；

α——鋼鋁復(fù)合接觸軌的綜合熱膨脹系數(shù)；

ΔT——溫差(地面段計(jì)算溫度范圍：-25～+85 ℃；隧道內(nèi)計(jì)算溫度范圍：0～+85 ℃)；

L——錨段長(zhǎng)度。

南京賽彤的膨脹接頭最大膨脹間隙為200 mm,通過(guò)上述分析并考慮相應(yīng)的產(chǎn)品誤差及安裝誤差等綜合因素,計(jì)算結(jié)果為地面及高架區(qū)段采用70 m為一錨段,地下隧道內(nèi)采用105 m為一錨段,隧道進(jìn)出口內(nèi)的最后2個(gè)錨段應(yīng)按地面段考慮。

3.5 接觸軌接頭

接觸軌接頭分為正常接頭和膨脹接頭2種。正常接頭通過(guò)同材質(zhì)的魚尾板安裝在成品接觸軌之間以及接觸軌端部與端部彎頭之間,中間接縫密貼,連接可靠。膨脹接頭安裝在長(zhǎng)軌與長(zhǎng)軌之間。由于環(huán)境溫度的變化或運(yùn)行中電流傳輸都會(huì)造成接觸軌長(zhǎng)度的變化。接觸軌長(zhǎng)度的變化造成的縱向應(yīng)力要補(bǔ)償。因此需要安裝膨脹接頭在機(jī)械和電氣特性兩方面連接2根長(zhǎng)軌中間的空隙。膨脹接頭分成3段接觸軌,中間軌較短,兩側(cè)軌較長(zhǎng),長(zhǎng)軌與短軌之間通過(guò)魚尾板連接,連接處接觸軌對(duì)角按30°切角(即膨脹接頭處接觸軌的接縫為斜角),以保證受流器能夠順利通過(guò)膨脹接頭,2根長(zhǎng)軌上開長(zhǎng)孔,以長(zhǎng)孔的尺寸補(bǔ)償溫度變化引起的膨脹行程。接觸軌的電氣連接依靠安裝在膨脹接頭底部可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)的鍍銀軟橢圓銅排來(lái)實(shí)現(xiàn),保證電氣連接可靠,而且不會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。膨脹接頭的總長(zhǎng)為1 600 mm,膨脹接頭的間隙根據(jù)安裝曲線確定。

3.6 接觸軌標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度

根據(jù)這2個(gè)錨段長(zhǎng)度以及連接處魚尾板盡量設(shè)置于2個(gè)支撐點(diǎn)之間的原則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軌配軌,從而減少鋸軌,避免浪費(fèi)。根據(jù)計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度為16.7 m及17.5 m。

在地面及高架區(qū)段：錨段長(zhǎng)度70 m=16.7 m+17.5 m+17.5 m+16.7 m+1.6 m(膨脹接頭長(zhǎng)度)。

在地下區(qū)段：錨段長(zhǎng)度105 m=16.7 m+17.5 m×4+16.7 m+1.6 m(膨脹接頭長(zhǎng)度)。

通過(guò)以上2個(gè)算式可以看出,通過(guò)配軌,基本杜絕了接觸軌鋸軌,最大限度地提高了接觸軌的利用率。

3.7 中心錨結(jié)設(shè)置

接觸軌每個(gè)錨段中部均設(shè)置中心錨結(jié),保證錨段內(nèi)接觸軌在溫度變化時(shí)能夠均勻地向兩側(cè)伸縮。當(dāng)線路坡度小于20‰時(shí),錨段中部設(shè)置1組中心錨結(jié),當(dāng)線路坡度大于等于20‰而小于40‰時(shí),應(yīng)設(shè)置2組中心錨結(jié),當(dāng)線路坡度大于等于40‰時(shí),應(yīng)設(shè)置3組中心錨結(jié)。每一套中心錨結(jié)是由4個(gè)不銹鋼鑄件和2套不銹鋼緊固件組成,鑄件通過(guò)螺栓、螺母從兩側(cè)緊緊夾在接觸軌的底座上,從而起到防竄的作用。

3.8 接觸軌斷軌設(shè)置

接觸軌自然斷開稱之為斷軌,根據(jù)作用不同斷軌分為電不分段和電分段2種形式。

電不分段主要指接觸軌自然斷開,在接觸軌斷軌處,接觸軌端部均需安裝端部彎頭,正線區(qū)段安裝高速端部彎頭,其余區(qū)段安裝低速端部彎頭,兩斷軌間用電纜進(jìn)行電氣連接,斷口大小根據(jù)具體情況確定。接觸軌需要在以下部位設(shè)置電不分段：道岔處；人防門處；區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處；平交道口處；車庫(kù)庫(kù)房?jī)?nèi)。

正線電分段應(yīng)滿足正常運(yùn)營(yíng)情況下雙邊供電、一個(gè)變電所解列時(shí)構(gòu)成大雙邊供電的原則；車輛段和停車場(chǎng)電分段應(yīng)滿足供電需要,同時(shí)考慮接觸軌檢修需要設(shè)置。兩斷軌間電氣不連接,斷口長(zhǎng)度為14 m。接觸軌需要在以下部位設(shè)置電分段：在設(shè)有牽引變電所的正線車站的車輛進(jìn)站惰行側(cè)；正線與停車線、折返線之間；正線與車輛段、停車場(chǎng)之間；車輛段各供電分區(qū)之間。

車場(chǎng)內(nèi)供電分區(qū)需結(jié)合段內(nèi)各線路功能進(jìn)行設(shè)置,以利于段內(nèi)行車的運(yùn)營(yíng)組織和線路的維修管理。

在接觸軌的布置中,應(yīng)體現(xiàn)少斷軌原則。根據(jù)線路的實(shí)際情況,盡量選用道岔、人防門等處的斷軌做電分段。

3.9 端部彎頭設(shè)置

為保證列車集電靴平滑搭接或離開接觸軌,在接觸軌的端部設(shè)置具有適量縱向坡度的端部彎頭。正線采用高速?gòu)濐^,坡度為1∶50,長(zhǎng)5.1 m；低速(低于35 km/h)通過(guò)區(qū)段可采用低速?gòu)濐^,坡度為1∶30,長(zhǎng)3.4 m。端部彎頭是由接觸軌加工而成的,其連接魚尾板的端部沒(méi)有坡度,與接觸軌有同樣的截面和高度公差,從而與接觸軌之間連接密貼,不會(huì)形成高低差,保證受流器順利通過(guò)。每一個(gè)端部彎頭的尾部都經(jīng)過(guò)預(yù)彎,坡度更大一些,這樣能保證端部彎頭具有更好的自熄弧特性。

3.10 電連接

在以下部位設(shè)置電連接：正線除電分段外,其余所有斷軌之間須設(shè)電連接；輔助線與正線之間的銜接處通過(guò)隔離開關(guān)設(shè)電連接；車輛段庫(kù)內(nèi)兩停車段之間的接觸軌斷軌須設(shè)電連接；電連接與接觸軌的連接點(diǎn)一般距接觸軌端部應(yīng)大于端部彎頭的長(zhǎng)度。

正線電分段處,兩側(cè)接觸軌經(jīng)8×240 mm2電纜均與饋電開關(guān)連接,饋電開關(guān)的另一側(cè)經(jīng)6×400 mm2電纜接至牽引變電所直流開關(guān)柜,電分段兩側(cè)饋電開關(guān)柜出線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān),以實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電的要求。電連接在接觸軌的連接點(diǎn)一般距接觸軌端部彎頭端部6 600 mm處。

3.11 接觸軌防護(hù)系統(tǒng)

全線均安裝接觸軌防護(hù)罩,防護(hù)罩由防護(hù)板和防護(hù)板支架組成,防護(hù)罩與接觸軌同側(cè)安裝,防護(hù)板通過(guò)螺栓安裝在防護(hù)支架上,防護(hù)支架通過(guò)螺栓固定在接觸軌上,并與接觸軌支撐底座錯(cuò)開布置,防護(hù)支架間距一般為2.18 m。在接觸軌端部彎頭處,防護(hù)罩通過(guò)落地防護(hù)支架固定于支撐底座上。防護(hù)板和防護(hù)板支架均為玻璃纖維增強(qiáng)樹酯采用高溫模壓或拉擠工藝制成,具有在2 m左右間距時(shí),120 kg的重物放上及移開后不發(fā)生斷裂或破碎,并能返回到原來(lái)的形狀和位置的機(jī)械特性,防止緊急狀態(tài)下人踩踏時(shí)發(fā)生事故。圖3為大興線接觸軌防護(hù)罩安裝現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖3 接觸軌防護(hù)罩安裝現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

隨著鋼鋁復(fù)合接觸軌技術(shù)的不斷發(fā)展及其在國(guó)內(nèi)多條軌道交通線路上的采用,鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)良好的景觀效果、系統(tǒng)免維護(hù)性能方面得到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛好評(píng),已成為國(guó)內(nèi)軌道交通主流供電制式之一。

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