王 猛，狄 謹(jǐn)，陳民武，姚鴻洲，李正川

（1.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400044；2.重慶市鐵路（集團(tuán)）有限公司，重慶 410120；3.西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031；4.重慶中車長客軌道車輛有限公司，重慶 401133；5.中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 410120）

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，京津冀、粵港澳、珠三角、長三角、成渝等超大城市群和大都市圈的經(jīng)濟(jì)總量、人口規(guī)模、城市范圍迅速擴(kuò)大，多種軌道交通換乘、融合、貫通等網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營十分迫切。市域鐵路是連接都市圈中心城區(qū)與周邊城鎮(zhèn)，為通勤客流提供快速度、大運(yùn)量、公交化運(yùn)輸服務(wù)的軌道交通系統(tǒng)［1］。將市域鐵路運(yùn)營納入城市公共交通系統(tǒng)，可推動大都市區(qū)軌道交通有效銜接，加快實(shí)現(xiàn)便捷換乘，更好地適應(yīng)通勤需求［2］。

國內(nèi)市域鐵路采用交流（AC 25 kV）供電技術(shù)，城市地鐵多采用直流（DC 1 500 V）供電技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營主要分為樞紐換乘、多點(diǎn)換乘、延長貫通、雙流制貫通等方式［3-7］。其中，雙流制貫通運(yùn)營具有投資節(jié)省、速度快、通道節(jié)約、運(yùn)營效率高、乘客體驗(yàn)好等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)市域鐵路與城市地鐵融合貫通。

本文在分析國外雙流供電技術(shù)的基礎(chǔ)上，以市域鐵路江跳線為例，進(jìn)行其與重慶地鐵5號線貫通運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)研究。

1 國內(nèi)外雙流供電技術(shù)應(yīng)用情況

國外典型雙流供電案例見表1。表1中，日本東京圈都市區(qū)筑波快線［8-9］和西班牙馬塞高速鐵路［10-14］采用的雙流供電技術(shù)，僅解決了交直2 種供電制式的切換問題，且車輛只在本線運(yùn)營，沒有與其他線路貫通運(yùn)營，不需要考慮本線以外其他線路的限界、信號、軸重、運(yùn)輸組織等因素，因此這2 條線路不是跨線與城市地鐵貫通運(yùn)營的準(zhǔn)確案例。法國的南特—沙托布里揚(yáng)鐵路和羅訥—阿爾卑斯省鐵路是通過車載司機(jī)操作屏信息或線路信號指示牌提示，司機(jī)人工操作的方式進(jìn)行供電制式切換，操作復(fù)雜。另外，歐洲的德國、瑞士、意大利等國也存在多流供電的線路［15-17］，但多屬于貨運(yùn)鐵路改造項(xiàng)目，且采取降弓換電的方式，對于客運(yùn)貫通運(yùn)營的參考意義不足。

表1 國外雙流供電典型案例

此前國內(nèi)雙流制貫通技術(shù)并未完全攻克，沒有成功案例。如重慶銅（梁）璧（山）線于2010 年開展雙流制貫通地鐵1 號線可行性研究［18］，后因技術(shù)障礙終止雙流制研究，該項(xiàng)目已按交流供電的市域鐵路實(shí)施。雙流制技術(shù)在國內(nèi)貫通運(yùn)營的主要障礙是市域列車限界超限、軸重超重；交直2 種供電接觸網(wǎng)如何鏈接、轉(zhuǎn)換及電磁干擾等問題沒有解決。

2 市域鐵路貫通運(yùn)營邊界條件

國內(nèi)市域鐵路與軌道交通的接駁多采用樞紐換乘和單點(diǎn)換乘方式。要實(shí)現(xiàn)市域鐵路與城市地鐵貫通運(yùn)營的突破，就必須對貫通運(yùn)營的邊界條件進(jìn)行全面分析，系統(tǒng)地提出解決方案。

2.1 限界

市域鐵路江跳線限界按車輛、建筑二限界設(shè)計(jì)［19］，城市地鐵5 號線限界按車輛、設(shè)備和建筑三限界設(shè)計(jì)［20］。因交流供電安全保護(hù)距離原因，市域鐵路交流接觸網(wǎng)高度大于城市地鐵直流接觸網(wǎng)高度。江跳線若與地鐵5號線貫通運(yùn)營，江跳線服役的雙流制車輛的限界應(yīng)符合地鐵限界的要求，車輛輪廓線及最大動態(tài)包絡(luò)線還應(yīng)符合GB146.1—1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界》的要求。

地鐵5 號線洞內(nèi)采用剛性接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度距軌面4 220 mm；洞外采用柔性接觸網(wǎng)，高架線路和地面線路的接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度距軌面4 600 mm，車輛段接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度距軌面5 000 mm，地鐵車輛落弓高度為3 980 mm。雙流制車輛的受電弓最低工作高度應(yīng)小于4 220 mm，考慮150 mm 的安全距離，落弓高度應(yīng)小于4 070 mm。

為保證乘客舒適性，江跳線車輛內(nèi)凈空高應(yīng)與地鐵5號線車輛的內(nèi)凈空高2 200 mm保持一致。

2.2 軸重

江跳線軸重按照市域鐵路結(jié)構(gòu)荷載18 t軸重設(shè)計(jì)，雙線貫通運(yùn)營主要受地鐵5號線橋梁及高架車站設(shè)計(jì)荷載和軸重的限制。雙流制車輛軸重不能大于地鐵5號線結(jié)構(gòu)最大可承受荷載和軸重。

經(jīng)過對地鐵5 號線全線復(fù)核，需要對紅巖村嘉陵江大橋進(jìn)行檢算，評判在增加新的軌道荷載情況下，結(jié)構(gòu)荷載能否滿足雙流制車輛增加軸重的要求。該橋設(shè)計(jì)為鋼桁梁高低塔公軌兩用斜拉橋，如圖1 所示。圖中：P1—P5 為橋塔編號。該橋設(shè)計(jì)時(shí)采用地鐵A 型車6節(jié)車輛編組，車輛軸重15 t。

圖1 紅巖村嘉陵江大橋橋型布置示意圖

檢算模擬增加0.5 t 軸重和增加1.0 t 軸重2 種情況下橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)有限位移理論建立該橋的三維有限元模型，對于弦桿、腹桿、斜桿、橫梁、縱梁和橋塔等采用三維梁單元模擬，斜拉索采用桁架單元模擬，上下層橋面板采用等效單元模擬。分析計(jì)算6 輛編組雙流制車輛15.5 t 和16 t 軸重荷載下，橋梁各構(gòu)件受力情況和安全性，結(jié)果如下。

（1）15.5 t 軸重的6 輛編組列車，索力占比為2.53%～7.48%；16 t 軸重的6 輛編組列車，索力占比為2.70%～7.98%。索力增加值占原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)組合值的比例為0.66%，斜拉索設(shè)計(jì)滿足軌道運(yùn)行安全性要求。

（2）最不利軌道活載作用下，P3 橋塔最大應(yīng)力增加值為0.03 MPa，P4橋塔為0.02 MPa，橋塔截面全截面受壓，滿足規(guī)范對橋塔應(yīng)力的要求。

（3）最不利軌道活載作用下，主桁桿件應(yīng)力增加幅值小于1.6%，桿件應(yīng)力小于容許應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。

（4）在最不利軌道荷載16 t軸重作用下，軌道荷載單獨(dú)作用下橋梁豎向撓跨比為1/3 024，梁端轉(zhuǎn)角最大值為1.04‰，橋梁剛度較大，剛度指標(biāo)滿足軌道運(yùn)營的要求。

通過對該橋模擬增加軸重的檢算可知，在列車16 t 軸重作用下橋梁主要指標(biāo)滿足規(guī)范要求，但其安全系數(shù)較15.5 t軸重作用下低。為確保列車貫通運(yùn)營安全，雙流制車輛設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行軸重的減重設(shè)計(jì)，將軸重控制在15.5 t以內(nèi)。

2.3 供電

市域鐵路采用單相工頻AC 25 kV 供電；地鐵5號線采用DC 1 500 V 供電。貫通運(yùn)營應(yīng)采用適用2 種供電方式雙流制車輛，并設(shè)交直流供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段。

2.4 信號和列控系統(tǒng)

現(xiàn)階段鐵路車輛運(yùn)行控制系統(tǒng)主要是CTCS-2級和CTCS-3級。地鐵主要是基于通信的車輛自動控制系統(tǒng)——CBTC 系統(tǒng)［21-22］。貫通運(yùn)營列車應(yīng)實(shí)現(xiàn)跨線調(diào)度和指揮。

2.5 接軌站

接軌站應(yīng)設(shè)折返線，在不影響原有線路正常運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)車輛折返和貫通運(yùn)營功能，并滿足兩線間聯(lián)絡(luò)線岔聯(lián)鎖、信號、通信等設(shè)備管理權(quán)限明晰等要求。

2.6 運(yùn)輸組織

市域鐵路江跳線與地鐵5 號線貫通運(yùn)營，涉及市鐵路集團(tuán)和市軌道集團(tuán)2 個(gè)運(yùn)營主體。需要對貫通運(yùn)營的調(diào)度、乘務(wù)、應(yīng)急、接軌站管理、票務(wù)清分等進(jìn)行研究。

3 貫通運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)

3.1 車輛限界適應(yīng)性控制技術(shù)

江跳線雙流制車輛按直流和交流2 種供電方式開展限界設(shè)計(jì)［23］。雙流制車輛車頂安裝AC 25 kV高壓設(shè)備，車輛在市域鐵路和地鐵線路上運(yùn)行，但在地鐵線路上運(yùn)行時(shí)應(yīng)滿足地鐵5號線最小接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度距軌面4 220 mm的限界要求。

江跳線雙流制車輛的長度、寬度、高度及車門數(shù)量、地板高度等與地鐵5 號線As 型車輛保持一致，雙流制車輛布置示意圖如圖2所示。

圖2 雙流制車輛布置示意圖

雙流制車輛中的Mp 車（帶受電弓動車）須安裝高壓設(shè)備，因交流受電弓絕緣子高400 mm，直流受電弓絕緣子高80 mm，若受電弓直接安裝在與As 型車輛斷面相同的車頂上，受電弓工作高度將超過地鐵接觸網(wǎng)限高。經(jīng)研究，在雙流制車輛的Mp車車頂設(shè)計(jì)新型下沉平臺式結(jié)構(gòu)，該車與As型車的車體斷面形狀對比如圖3 所示。從圖3 看出：與As型車相比，Mp車受電弓安裝座距軌面距離降低了235 mm。這個(gè)數(shù)值主要是由直流段接觸網(wǎng)限高和受電弓最小工作高度及車輛內(nèi)凈空高決定。

圖3 車體斷面形狀對比（單位：mm）

采用下沉平臺式結(jié)構(gòu)安裝受電弓的雙流制車輛斷面與As型車輛對比如圖4所示。從圖4看出：雙流制車輛受電弓安裝座距軌面距離降低了235 mm，車輛受電弓落弓高度控制在4 030 mm，滿足高度應(yīng)小于4 070 mm 的要求；在直流工況下升弓190 mm達(dá)到最小工作高度時(shí)，接觸網(wǎng)導(dǎo)線不高于4 220 mm 限高且車輛內(nèi)凈空高保持了2 200 mm 的高度；車輛設(shè)備輪廓不高于受電弓落弓后最大輪廓，車輛最大動態(tài)包絡(luò)線不超出受電弓限界，符合地鐵5號線車輛限界、設(shè)備限界和建筑限界；相應(yīng)地Mp 車車體斷面與風(fēng)道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，風(fēng)道斷面面積不小于地鐵As型車輛風(fēng)道面積。

圖4 不同車輛斷面對比

雙流制車輛采用下沉平臺式結(jié)構(gòu)，解決了車輛內(nèi)凈空高和限界問題。

3.2 雙流制車輛軸重減重技術(shù)

通常交流A 型車軸重約17 t，直流As 型車軸重為15 t。雙流制車輛在直流As 車輛基礎(chǔ)上增加車載變壓器、四象限變流器、高壓供電及保護(hù)等交流設(shè)備，增加軸重2.5 t，車輛軸重約為17.5 t。根據(jù)2.2 節(jié)地鐵5 號線軸重檢算結(jié)果，需要將雙流制車輛軸重控制在15.5 t以內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)雙流制車輛減重，主要從均衡設(shè)備布局和優(yōu)化各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等輕量化方面進(jìn)行研究。

3.2.1 設(shè)備均衡布置

按常規(guī)設(shè)備配置，市域鐵路交流車輛變壓器置于Mp 車車下，由于交流高壓供電設(shè)備均布置于Mp車，導(dǎo)致Mp車嚴(yán)重超出軸重要求。

通過對雙流制車輛各系統(tǒng)設(shè)備整體配重規(guī)劃，將底架高壓設(shè)備和變壓器分車均衡布置，使整列列車重量最大限度均勻分配至各節(jié)車輛上，從而達(dá)到降低軸重的目的。雙流制車輛變壓器置于M 車（動車）車下，再通過車輛平衡計(jì)算，調(diào)整車下設(shè)備布置。在設(shè)備重量分配過程中嚴(yán)格把控軸重偏差和輪重偏差。市域交流車輛與設(shè)備均衡布置雙流制車輛的Mp 車和Mc/Tc 車（帶司機(jī)室的半動車）、M車車下設(shè)備布置對比分別如圖5—圖7所示。

圖5 Mp車下設(shè)備布置

圖6 Mc/Tc車下設(shè)備布置

圖7 M車下設(shè)備布置

3.2.2 車輛輕量化設(shè)計(jì)

輕量化設(shè)計(jì)是車輛的重要研究方向［24］。在不降低設(shè)計(jì)強(qiáng)度和功能的前提下，江跳線雙流制車輛就主要設(shè)備與系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和選型上實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)源頭控制各零部件重量，從制造過程管控重量偏差。每列車總體減重約2 265 kg，平均每輛車減重約377.5 kg。

1）車體輕量化

通過車體有限元建模分析，進(jìn)行車體鋁結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵部位優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)［25］。車體底架、側(cè)墻、車頂?shù)雀鞔蟛考捎媚K化鋁合金結(jié)構(gòu)。底架設(shè)備直接安裝于底架滑槽上，取消設(shè)備安裝過渡吊，銑掉車體多余的滑槽。整列車體減重約360 kg。

2）轉(zhuǎn)向架輕量化

雙流制車輛齒輪箱采用輕質(zhì)金屬箱體，降低車輛的簧下重量。構(gòu)架采用吊掛結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)，線纜及軟管采用集中上車的方式。整列轉(zhuǎn)向架最終減重約200 kg。

3）車輛內(nèi)裝結(jié)構(gòu)輕量化

主要針對地板、線槽、中頂板、側(cè)墻板、防寒材等內(nèi)裝結(jié)構(gòu)件進(jìn)行輕量化。地板面板和背板中間采用鋁蜂窩填充，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。線槽采用中空鋁質(zhì)型腔，減輕線槽壁厚，并開減重孔。中頂板與骨架一體設(shè)計(jì)。側(cè)墻板采用鋁質(zhì)骨架與面板結(jié)合，在固定點(diǎn)設(shè)置安裝座與車體連接。防寒材采用預(yù)氧絲棉等輕量化措施。整列內(nèi)裝結(jié)構(gòu)最終減重約780 kg。

4）司機(jī)室駕駛設(shè)施輕量化

司機(jī)臺骨架優(yōu)選輕質(zhì)材料，采用焊接工藝。司機(jī)臺內(nèi)預(yù)埋的補(bǔ)強(qiáng)件采用分段、分塊的形式設(shè)置；雨刮器刮臂和遮陽簾骨架采用輕質(zhì)金屬型材；司機(jī)座椅選用輕質(zhì)金屬加強(qiáng)筋的材料和結(jié)構(gòu)，達(dá)到司機(jī)室駕駛設(shè)施輕量化的目的。整列最終減重約25 kg。

5）車門、空調(diào)系統(tǒng)輕量化

門機(jī)構(gòu)采用鋁質(zhì)安裝底板，門板采用鋁型材結(jié)構(gòu)，面板采用鋁質(zhì)蒙皮，內(nèi)部用鋁蜂窩材質(zhì)填充?？照{(diào)機(jī)組殼體采用薄板設(shè)計(jì)，通過壓筋、加筋等方式保證整體剛度。制冷系統(tǒng)采用小管徑管路、波紋翅片等高效換熱器，減小換熱器體積、重量。通風(fēng)系統(tǒng)采用輕質(zhì)金屬風(fēng)機(jī)和鑄鋁扇葉。整列車門、空調(diào)系統(tǒng)最終減重約480 kg。

6）車輛牽引系統(tǒng)輕量化

牽引設(shè)備箱主體框架采用不銹鋼材質(zhì)，門板采用鋁合金材料。牽引設(shè)備箱體關(guān)鍵梁均采用抗彎截面系數(shù)較大的方管、U型梁，避免采用實(shí)心梁。牽引變壓器通過采用新一代輕量化技術(shù)，將其重量減輕約6%。牽引電抗器采用低密度的繞組，銅排嚴(yán)格按照電路載流量要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。整列牽引系統(tǒng)最終減重約420 kg。

3.2.3 車輛整車質(zhì)量分布

通過對雙流制車輛車下設(shè)備進(jìn)行均衡布置和各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)輕量化設(shè)計(jì)之后，江跳線雙流制車輛整車質(zhì)量分布見表2。從表2 看出：Mp 車、Mc/Tc 車、M 車重量統(tǒng)計(jì)值分別為61 745，60 798 和61 750 kg，軸重分別為15 436.25，15 199.50 和15 437.50 kg，滿足車輛最大軸重15.5 t 以下的要求。

表2 整車質(zhì)量分布

3.3 區(qū)間不停車交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)

交直流轉(zhuǎn)換段設(shè)置應(yīng)符合市域鐵路貫通運(yùn)營城市地鐵的客運(yùn)服務(wù)特征。通過比較站內(nèi)停車與區(qū)間停車的交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這2 種技術(shù)均需停車、降弓、斷電、放電、切換、升弓、啟動等步驟，需要接觸網(wǎng)供電制式、軌道電路同時(shí)聯(lián)動且需時(shí)較長，不符合市域鐵路高密度公交化客運(yùn)需求。

因此，將區(qū)間不停車交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)作為主要研究方向。包括：交直流轉(zhuǎn)換段的接觸網(wǎng)、軌道電路固定鏈接和鋪設(shè)，僅由車輛完成交直流供電的轉(zhuǎn)換。在正常運(yùn)行工況下，轉(zhuǎn)換段內(nèi)雙流制車輛自動切除牽引供電，以惰行方式通過（120 km·h-1≥車速v≥30 km·h-1）。車輛不設(shè)置磁鋼感應(yīng)設(shè)備，利用地面信標(biāo)提供位置信息［26］，協(xié)助車輛完成交直流自動切換功能［27］。

3.3.1 系統(tǒng)分離區(qū)設(shè)置

綜合考慮江跳線的線路條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，交直流轉(zhuǎn)換區(qū)設(shè)置于石林寺—九龍園區(qū)間。接觸網(wǎng)交直流轉(zhuǎn)換段的系統(tǒng)隔離區(qū)采用4臺分相絕緣器將接觸網(wǎng)分成3個(gè)區(qū)域，如圖8（a）所示，正線接觸網(wǎng)設(shè)置78m 的系統(tǒng)分離區(qū)，系統(tǒng)分離區(qū)長度大于車輛最遠(yuǎn)雙弓距離，如圖8（b）所示。圖中：①—④為分相絕緣器安裝位置。

圖8 交直流轉(zhuǎn)換段系統(tǒng)分離區(qū)設(shè)置（單位：m）

圖8中：ab段和cd段為電轉(zhuǎn)換區(qū)，正常運(yùn)行工況下為無電區(qū)，可通過閉合隔離開關(guān)帶電，每段長度為29 m，由G1 和G3 常開電動隔離開關(guān)分別與直流接觸網(wǎng)和交流接觸網(wǎng)相連；bc 段為始終接地?zé)o電區(qū)，長度為20 m，由G2 常閉電動隔離開關(guān)與大地相連。

貫通運(yùn)營時(shí)市域鐵路列車采用2 個(gè)獨(dú)立的供電單元供電。車輛通過交直流轉(zhuǎn)換區(qū)時(shí)，采用不降弓，全自動切換的方式完成交直流供電轉(zhuǎn)換。

當(dāng)車輛由于初速度不夠誤停交直流轉(zhuǎn)換段時(shí)，可將G1 和G3 開關(guān)合上，無電區(qū)由78 m 縮減為20 m，通過升弓降弓分別取流牽引的原則將車輛自行駛出無電區(qū)。

當(dāng)車輛供電單元故障后誤停交直流轉(zhuǎn)換段時(shí)，采用后車救援方式。若故障車從直流供電端進(jìn)入停在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段b點(diǎn)之前時(shí)，后車掛上前車可直接加速后惰行通過轉(zhuǎn)換段；若故障車輛停在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段b 點(diǎn)之后時(shí)，后車掛上前車后先退回至b 點(diǎn)再加速后惰行通過轉(zhuǎn)換段。若故障車從交流供電端進(jìn)入系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段，按c點(diǎn)位置確定后車救援方式。

車輛由交流側(cè)通過交直流轉(zhuǎn)換段時(shí)的暫態(tài)過程如圖9 所示。從圖9 看出：交流接觸網(wǎng)空載電壓峰值為38.90 kV，車輛斷開斷路器過程中產(chǎn)生了一定過電壓現(xiàn)象；交流區(qū)段最大瞬時(shí)電壓為40.85 kV；當(dāng)車輛進(jìn)入無電區(qū)，由于已斷開主回路，高壓側(cè)電荷的大量釋放，車輛在無電區(qū)無明顯過電壓現(xiàn)象；當(dāng)車輛離開無電區(qū)時(shí)，接觸網(wǎng)電壓迅速上升至1 633 V，并無明顯暫態(tài)過電壓現(xiàn)象；閉合斷路器，通過交直流轉(zhuǎn)換段后車輛恢復(fù)取流，此時(shí)接觸網(wǎng)產(chǎn)生了一定過電壓且峰值為1 807 V。

圖9 車輛從交流側(cè)到直流側(cè)暫態(tài)過程

車輛由直流側(cè)通過交直流過渡段時(shí)的暫態(tài)過程如圖10 所示，該暫態(tài)過程分析與車輛由交流側(cè)通過時(shí)的分析過程類似。

圖10 車輛從直流側(cè)到交流側(cè)暫態(tài)過程

可見，在正常運(yùn)行工況下雙流制車輛過交直流過渡段雖造成了一定程度的暫態(tài)過程，但電壓波動范圍仍滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［28］。

3.3.2 鋼軌絕緣節(jié)設(shè)置

交流供電時(shí)采用大地回流，直流供電時(shí)采用鋼軌回流。車輛通過交直流轉(zhuǎn)換區(qū)時(shí)，為保證車輛回流正常，需在軌道設(shè)置絕緣節(jié)滿足交直流供電模式下車輛不同的回流工況［29］。根據(jù)列車回流軸位置，系統(tǒng)分離區(qū)鋼軌絕緣節(jié)的設(shè)置如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)分離區(qū)鋼軌絕緣節(jié)設(shè)置（單位：m）

當(dāng)車輛從交流區(qū)段進(jìn)入到直流區(qū)段時(shí)，為了滿足車輛在無電區(qū)救援時(shí)回流需要，交流區(qū)段的鋼軌考慮在第1 個(gè)分段絕緣器對應(yīng)鋼軌位置再增加25 m，確保當(dāng)車輛的后一動力單元受電弓帶電（AC 25 kV）時(shí)，鋼軌可以正?；亓鳎恢绷鲄^(qū)段的鋼軌在第3個(gè)分段絕緣器處后退16 m，確保當(dāng)車輛的前一動力單元受電弓帶電（DC 1 500 V）時(shí)，鋼軌可以正常回流。絕緣段鋼軌的長度為8 m。

當(dāng)車輛從直流區(qū)段進(jìn)入到交流區(qū)段時(shí)采用上述相同的回流方式。

車輛通過交直轉(zhuǎn)換段鋼軌電位分布特性與不設(shè)置絕緣節(jié)時(shí)對比如圖12 所示。從圖12 看出：無電區(qū)鋼軌絕緣節(jié)改變了系統(tǒng)回流結(jié)構(gòu)和參考地電位，交流區(qū)段和直流區(qū)段牽引回流相互干擾降低，使得直流區(qū)段鋼軌電位下降，直流區(qū)段鋼軌電位直流分量最大值由35.12 V 降低為19.96 V。電壓波動范圍符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

圖12 交直流轉(zhuǎn)換區(qū)鋼軌電位分布特性

3.3.3 車輛段交直流鄰近接觸網(wǎng)電磁干擾

為滿足車輛段內(nèi)交流工況和直流工況檢修作業(yè)，車輛段接觸網(wǎng)需交直流2 種供電方式。車輛段內(nèi)，交流接觸網(wǎng)采用27.5 kV 開閉所單邊供電方式；直流牽引供電系統(tǒng)采用110/35 kV 兩級電壓供電方式，牽引變電所設(shè)有1 套12 脈波牽引整流機(jī)組，直流接觸網(wǎng)由混合牽引變電所供電。車輛段雙制式切換供電系統(tǒng)示意如圖13所示。

圖13 車輛段雙制式切換供電系統(tǒng)示意圖

車輛段內(nèi)的雙周/3 月檢庫內(nèi)接觸網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)雙制式切換供電，不同供電方式下相鄰股道空間電場分布特性如圖14 所示。從圖14 看出：在垂直接觸線方向上，隨著水平距離減小，電場強(qiáng)度呈現(xiàn)增大趨勢，在接觸線處達(dá)到最大值；當(dāng)交流、直流電場并存時(shí)，空間電場強(qiáng)度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖14 車輛段接觸網(wǎng)空間電場分布特性

3.3.4 雙流制車輛受流原理

雙流制車輛適應(yīng)AC 25 kV 和DC 1 500 V 這2種供電制式，車輛主要參數(shù)對比見表3。

表3 車輛主要參數(shù)對比

雙流制車輛能夠?qū)崿F(xiàn)交流饋電專用電路、直流饋電專用電路跨線運(yùn)行［30］。在Mp車車頂安裝有交流與直流相互切換電路的設(shè)備。交直切換供電設(shè)備示意圖如圖15所示。

圖15 交直切換供電設(shè)備示意圖

（1）交流供電段受流過程：受電弓→真空斷路器→交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)→交流熔斷器→變壓器→變流器→牽引電機(jī)（輔助逆變器）。

（2）直流供電段受流過程：受電弓→真空斷路器→交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)→直流熔斷器→高速斷路器→變流器（輔助逆變器）→牽引電機(jī)。

（3）在交直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段，車輛不降弓，交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)根據(jù)地面信標(biāo)提示，切換到無電工位。瞬時(shí)的通風(fēng)、照明由車輛自備蓄電池供電。

3.4 信號聯(lián)鎖技術(shù)

地鐵5號線采用國產(chǎn)化互聯(lián)互通的CBTC 列控系統(tǒng)?？紤]到江跳線與國鐵線路從線網(wǎng)規(guī)劃和管理體制上暫無貫通運(yùn)營需求，江跳線列控系統(tǒng)直接選擇CBTC 系統(tǒng)，有利于和地鐵5號線貫通運(yùn)營。同時(shí)，預(yù)留CTCS-2 和CBTC 雙列控系統(tǒng)的車載設(shè)備位置，為后續(xù)與國鐵貫通運(yùn)營提供條件［31］。

信號聯(lián)鎖控制如圖16 所示。從圖16 看出：在跳磴站將2#和5#道岔納入5 號線聯(lián)鎖控制，1#和6#道岔納入江跳線聯(lián)鎖控制；在分界點(diǎn)處，分別設(shè)置兩線的入口防護(hù)信號機(jī)，兩線聯(lián)鎖系統(tǒng)通過接口實(shí)現(xiàn)相互間的安全信息交互。

圖16 江跳線與5號線聯(lián)鎖分界

3.5 接軌站設(shè)計(jì)技術(shù)

以重慶地鐵5 號線跳磴站作為貫通運(yùn)營的接軌站進(jìn)行研究。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為高架2 層站，按雙島4 線布置。5 號線與江跳線的站務(wù)、設(shè)備等用房為兩線共用。跳磴站結(jié)構(gòu)立面如圖17所示。

圖17 跳磴站結(jié)構(gòu)立面

跳磴站的配線園博中心5 號線在內(nèi)側(cè)，江跳線在外側(cè)，在進(jìn)站端設(shè)置2 組單渡線實(shí)現(xiàn)兩線互通；江跳線貫通車輛通過1#和2#道岔及其渡線，轉(zhuǎn)入5號線；從5號折返車輛通過5#和6#道岔及渡線進(jìn)入江跳線。跳磴站的配線布局，具備兩線軌道互通的基本條件及各自獨(dú)立運(yùn)營條件，如圖18所示。地鐵5號線采用直流車輛，不考慮跨線運(yùn)營，其在本站站后折返。

圖18 跳磴站平面線位布置

3.6 運(yùn)輸組織方案

多運(yùn)營主體乘務(wù)主要分為輪乘模式和包乘模式。利益結(jié)算主要分為租車模式、租線模式和對等租車模式。江跳線與地鐵5號線是單向貫通，即江跳線配屬雙流制車輛進(jìn)入地鐵5 號線運(yùn)營，地鐵5號線直流車輛不進(jìn)入江跳線，貫通運(yùn)營乘務(wù)采用輪乘模式。乘務(wù)管理由2 個(gè)運(yùn)營主體共同擬定電客車司機(jī)貫通車輛交接車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各自負(fù)責(zé)所轄司機(jī)的管理。鑒于2 個(gè)運(yùn)營主體同屬1 個(gè)財(cái)政體系，貫通段結(jié)算約定了無償使用雙流制車輛，2 個(gè)主體以接軌站為節(jié)點(diǎn)計(jì)算收入和成本。不改變原有地鐵管理模式和清分體系，不用單獨(dú)清算貫通車輛乘客進(jìn)出站信息。

調(diào)度權(quán)限劃分以軌行區(qū)聯(lián)絡(luò)線分界信號機(jī)為界，各自負(fù)責(zé)管轄范圍內(nèi)的行車組織，江跳線貫通至地鐵5 號線的車輛由地鐵5 號線調(diào)度負(fù)責(zé)指揮，如圖19所示。乘客1 次購票2 條線路均可通達(dá)，不用換乘，不用出站，最大限度方便乘客。

圖19 華巖中心站聯(lián)鎖區(qū)與江跳線跳磴站聯(lián)鎖區(qū)控制范圍

4 結(jié)語及展望

通過關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)重慶市域鐵路貫通運(yùn)營進(jìn)入地鐵5 號線全線，成為中國第1 個(gè)市域鐵路貫通運(yùn)營城市地鐵項(xiàng)目，突破了各層級軌道線網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)相互分離、建設(shè)時(shí)序不一致、區(qū)域跨制式軌道交通貫通運(yùn)營的難點(diǎn)。采用雙流制技術(shù)，使跨制式軌道交通貫通運(yùn)營、不同運(yùn)營主體協(xié)同運(yùn)輸成為可能。市域鐵路和城市地鐵互聯(lián)互通有力地促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升乘客出行效率和體驗(yàn)。

研究的雙流制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方案適用于在高架或地面區(qū)間實(shí)施，若需在地下區(qū)間實(shí)施系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)限界安全距離還應(yīng)深入研究。

雙流制技術(shù)未來應(yīng)在交直流轉(zhuǎn)換段接觸網(wǎng)鏈接絕緣材料和車輛軸重減重方面持續(xù)深入研究，以利于更大范圍推廣。