轨道交通牵引供电接触轨系统在盾构区段限界不足时问题分析及处理措施

轨道交通牵引供电接触轨系统在盾构区段限界不足时问题分析及处理措施
发布时间：2023-02-03T06:17:32.572Z 来源：《中国电业与能源》2022年第18期作者：陈伟杰[导读] 城市轨道交通牵引供电系统中接触网主要有柔性接触网
陈伟杰
广州建设管理有限公司广东广州 510000摘要：城市轨道交通牵引供电系统中接触网主要有柔性接触网、刚性接触网和接触轨（又称三轨系统）三种主要形式，其中，接触轨系统以其安装维护方便的优点应用广泛，广州市轨道交通线路如广州地铁四、五、六、十四、二十一号线均采用接触轨下部接触授流方式的三轨供电系统。

但由于接触轨系统安装在隧道下部，轨道旁，安装空间小，限界要求很高，因此现场施工过程中，一旦出现由于前期轨
道施工导致盾构区段限界不足，设计的绝缘支架+钢铝复合轨的形式无法安装的问题，尽管此类问题属于极少数的个别问题，但通过总结相关项目出现限界不足问题分析及对策，可以作为日后同类问题的处理提供重要的参考。

关键词：城市轨道交通；接触轨系统；限界不足；问题分析及处理措施 1 现场问题情况
广州地铁二十一号线、十四号线一期及知识城线均采用接触轨系统，2018年在某区间进行接触轨施工安装时发现右线里程：YDK15+520-YDK15+530（该区域设计曲线半径650m，外轨超高84mm，最高时速90km/h）有三处绝缘支架安装后已紧贴隧道壁，且无法调整接触轨拉出值到设计值。

经过专业测量队对YDK15+524处前后30米断面进行复测，分析发现线路调线调坡后，线路中心与隧道中心偏差过大，偏差范围约20m，最严重点偏差超过200mm。

该区域曲线半径650m，外轨超高84mm，接触轨在曲外安装，共有三处绝缘支架安装后已紧贴隧道壁，无法调整接触轨拉出值到设计值。

目前最严重位置拉出值只能调整到距线路中心1518mm，与设计值相差32mm。

现场测量数据如下：
区间定位点拉出
值
导高
集电靴理想
状态时与接
触轨
中心偏差
集电靴最大
偏移时与接
触轨
中心偏差
备注
某区间y38-191550200032符合要求中部1545200537
不符合区
段，支架
离隧道壁
10mm情况
下调整数
值
y38-1815352001547
中部153********
y38-
171518200
3264
中部153********
y38-1615372001345
中部1542200840
y38-191549200133符合要求
根据专业测量队重新提供的测量数据，限界专业重新放样结果如下图：
放样结果亦表明，由于线路中心与隧道中心偏差过大，隧道壁几乎侵入设备限界范围，大约10米左右接触轨按现有的接触轨绝缘支架安装方案无法调整到设计拉出值，需要研究特殊安装方案。

2 现条件下靴轨匹配性分析
根据车辆对三轨匹配性的分析文件，在列车运行过程中，正常理想状况下，碳滑板和第三轨中心重合。

由于存在轮轨间隙、三轨横向安装误差等因素，还必须对集电靴和第三轨进行横向匹配分析。

保证集电靴和三轨不会发生横向脱离。

本项目第三轨宽度为65 mm，碳滑板宽度设计为60 mm。

当出现表中所示的转向架出现横向位移31.4和从第三轨出现横向向位移5时，则集电靴与三轨发生最大相对位移为31.4+5≈37mm。

此时碳滑板和三轨没有发生横向脱离。

受电靴横向偏移数据如下表：
序号因素位移（mm）1轮对横向制造误差 1.5
2轴向轴承游隙1
3一系弹簧横向定位误
1
差
4
4一系弹簧横向弹性变
形
5簧下部分横向制造误
0.5
差
6受流器横向安装误差2
7轮轨间隙15
8轨道侧磨量3 9轨道横向弹性变形量 2.4合计31.4
靴轨关系示意图
根据现场测量，接触轨拉出值仅能调至1518mm，此时，理想状态下集电靴与接触轨关系如下图，此时碳滑板和三轨没有发生横向脱离。

当集电靴发生最大位移31.4mm时，已超出正常靴轨接触区域，集电靴即将脱出。

因此目前的安装条件，不能保证集电靴的正常工作，存在很大的集电靴脱出风险。

如下图所示：3方案比选及处理措施：
根据上述问题分析，结合现场条件分别提出了两种思路三个方案，思路一为取消绝缘支架设置断口，包括方案①“增加接触轨断口”；思路二为调整支架方式，包括方案②“绝缘支架改型”，方案③“钢支架+绝缘子结构形式”三种特殊安装方案，具体如下：3.1思路一：取消绝缘支架设置断口
方案①：增加接触轨断轨，避开三处严重侵限。

在侵限最严重的10m区域断口接触轨，两边锚段增加高速端部弯头，通过电连接保持电气贯通，可以避开侵限点。

但该里程为区间高速行车段，行车速度在90km/h左右，增加断口可能在端部弯头产生冲击及拉弧等不利影响，靴轨关系较差，增加了运营维护风险点，一般应尽可能避免，本线只有在区间所等必须断开的位置设置断口，若此处增加断口，运营阶段需重点检查维护。

3.2思路二：调整绝缘支架形式，以适应目前安装空间
绝缘支架形式与钢支架加绝缘子的形式在国际上均有应用，运行效果均良好。

绝缘支架形式在国内接触轨线路中应用相对较为普遍，钢支架加绝缘子的运营检修相对较为复杂，对绝缘子的技术规格及维护要求较高，一次性投资较高。

目前制约接触轨支架外形的主要有两个因素：
1、对于集电靴区域(横向距离线路中心线1480~1620mm)的线路导体部件，不高于轨面下28mm；
2、既有盾构圆轮廓，考虑到接触轨导高及拉出值的检修调整裕量，接触轨支架距离隧道壁需保证一定的空隙。

方案②：绝缘支架改型，若在绝缘支架的基础上进行修改，要求的绝缘支架外轮廓如下图：
由于绝缘支架采用SMC模压工艺制作，需要供货商对支架进行调整设计，重新开模试制产品，并进行新产品的型式试验，整个流程预计需要6个月，并且针对极少供货数量的产品开发，有很大概率无法找到供货商供货。

重新开模费用预计20万，型式试验费用预计10万，是制造新支架的主要成本费用。

方案③：钢支架+绝缘子结构形式
若采用同类接触轨线路的钢支架加绝缘子支撑的形式，既有产品放样结果如下图：
既有产品侵限比绝缘支架侵限更严重，考虑改型钢支架：
在集电靴电气间隙及盾构圆形成的限制空间中调整钢支架，从放样上可以实现安装，但是调整裕量只有10mm，对于产品制造的精度以及现场施工的误差要求非常高，目前道床结构高度的误差在15mm范围，施工调整量的误差在5mm范围，现场与放样尺寸稍有偏差便无法满足安装条件。

即使安装满足要求，尚未考虑隧道管片及道床的远期沉降跟变形量，运营后期维护调整的裕量也十分匮乏。

钢支架制造周期相对绝缘支架短，从设计生产到运输试装预计1~2个月，绝缘子可以采购成熟产品，在供货可行性方面优于绝缘支架。

三个方案简单对比如下：
增加断口绝缘支架改型钢支架+绝缘子
优势避开侵限区
域，可直接采
用现有端头调
整锚段
不断轨，靴轨
关系好
不断轨，靴轨关
系好
缺点 增加断口，增
加靴轨冲击及
运营风险点
安装限界空间
极为紧张；
安装后调整裕
量很小；
可能无法供
货；
异形件不利于
运营维护；
安装限界空间极
为紧张；
安装后调整裕量
很小；
异形件不利于运
营维护；
供货周期可调配工程既
有材料使用
6个月，需重
新开模及试验
1~2个月，钢支
架便于加工，绝
缘子可采购既有
产品
费用约3万约30万约2万
经过讨论比选，综合考虑施工工期，现场安装条件，成本造价以及后续运营车辆运行时靴轨关系稳定性等各方面因素，优先采用第三种方案“钢支架+绝缘子结构形式”。

4现场应用情况总结
经过对盾构侵限区段进行了加密复测，以复测数据放样进行钢支架的改型生产，现场安装后，测量数据满足接触轨设计要求，通过电客车的冷热滑试验检测数据显示，热滑过程中电客车通过此限界不足区段时取流正常，没有出现失电现象；接触轨轨面平滑，无突变和跳
动，无硬点，无严重火花出现；相关参数满足设计要求，冷热滑效果良好。

此线路已于2018年开通，截至目前为止运行情况良好，充分验证了接触轨系统在盾构区段限界不足时，采用钢支架+绝缘子结构形式的设计方案满足列车运行要求，为轨道交通建设过程中，遇到同类问题的分析及处理提供了重要的工程应用参考。

参考文献：
[1] 地铁设计规范：GB 50157-2013[S]．北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2] 城市轨道交通技术规范：GB 50490-2009[S]．北京：中国建筑工业出版社，2004.
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[4] 王振云,王振全,李相泉.集电靴与接触轨匹配特性研究[J].现代城市轨道交通,2011(6)：55-60.
[5] 于松伟,杨兴山,韩连祥,张巍. 城市轨道交通供电系统--设计原理与应用[M].成都:西南交通大学出版社,2008.。