城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)對預(yù)埋槽道的預(yù)埋要求及建議

劉曉光

中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司電氣化設(shè)計院分公司 天津 300250

剛性懸掛接觸網(wǎng)的防災(zāi)、抗災(zāi)能力強、運營成本低、可靠性高、維修簡單、事故狀態(tài)失效破壞范圍小，剛性懸掛非常適合在長大隧道內(nèi)使用。目前國內(nèi)廣州、深圳、北京、上海、鄭州、成都、濟南等大部分新建線路地下段采用架空剛性接觸網(wǎng)方案。

目前國內(nèi)隧道內(nèi)剛性接觸網(wǎng)、電纜支架等管線及設(shè)備一般采用后錨固方式現(xiàn)場鉆孔安裝，現(xiàn)場作業(yè)過程中會對混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，并且會產(chǎn)生噪音及粉塵，對施工作業(yè)人員構(gòu)成健康威脅。由于施工質(zhì)量及錨栓自身質(zhì)量無法保證，曾多次出現(xiàn)錨栓脫落等事故，對線路運營安全構(gòu)成較大隱患。

預(yù)埋槽道作為一種固定設(shè)備與器材的產(chǎn)品，在國外諸多項目已應(yīng)用多年，不僅能夠消除施工過程中對隧道的損傷，具有技術(shù)先進性，而且在全生命周期內(nèi)具有成本優(yōu)勢。預(yù)埋槽道技術(shù)的應(yīng)用，是提高我國城市軌道交通建設(shè)水平的一個重要里程碑。

1 剛性接觸網(wǎng)典型安裝形式及受力分析

目前剛性接觸網(wǎng)根據(jù)隧道凈空采用不同的安裝方式，低凈空（凈空＜4600mm）處采用兩根M20錨栓懸吊安裝，高凈空（凈空≥4600mm）處采用4根M16（或M20）錨栓懸吊安裝，典型安裝示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 低凈空段典型安裝方式

圖2 高凈空段典型安裝方式

剛性接觸網(wǎng)受力主要為鉛垂方向、垂直線路方向、順線路方向。以下針對三個方向受力進行簡要分析：

鉛垂方向：懸掛點處鉛垂方向受力主要為匯流排、接觸線、絕緣子、懸吊結(jié)構(gòu)等的自身重力，約為5kN。

垂直線路方向：因匯流排按拉出值安裝，懸掛點處受匯流排彎曲及曲線超高處產(chǎn)生的垂直方向受力，其垂直方向受力較小，最大約1kN。

順線路方向：接觸網(wǎng)施工及后期維護過程中，放線作業(yè)過程中拉動放線小車產(chǎn)生的縱向拉力；受電弓與接觸線之間的摩擦力；高凈空隧道內(nèi)還需考慮活塞風產(chǎn)生的風壓荷載；綜合考慮，順線路方向受力約為3kN。

另外隧道內(nèi)空氣潮濕，經(jīng)長時間運營后，匯流排定位線夾、匯流排表面容易產(chǎn)生銹蝕，造成摩擦系數(shù)增大，匯流排在線夾內(nèi)卡住無法縱向移動，俗稱卡滯，在縱向和橫向產(chǎn)生很大內(nèi)力，導(dǎo)致懸吊螺栓彎曲或絕緣子破壞。以下為匯流排卡滯后現(xiàn)場照片：

圖3 匯流排卡滯后現(xiàn)場照片

2 國內(nèi)地鐵工程預(yù)埋槽道應(yīng)用方案

深圳地鐵9號線是我國城市軌道交通領(lǐng)域第一次引入、設(shè)計預(yù)埋槽道的線路，預(yù)埋槽道鋼材為熱軋形式，材質(zhì)要求為Q235和Q275鋼，設(shè)計標準要求每個連接螺栓位置沿管片徑向拉壓承載力不小于10kN，沿切向承載力不小于8kN。

圖4 深圳9號線預(yù)埋槽道大樣圖

圖5 深圳9號線預(yù)埋槽道產(chǎn)品示意圖

目前國內(nèi)其他城市如長沙、上海、蘭州、濟南等多城市已開始采用預(yù)埋槽道方案，簡要統(tǒng)計如下表：

序號 項目名稱 盾構(gòu)內(nèi)徑（mm）接觸網(wǎng)安裝處槽道形式 備注5900 雙槽道 管片通縫布置8 上海17號線 5900 雙槽道 管片通縫布置9 濟南R3線 5800 雙槽道 管片錯縫布置1 深圳9號線 5400 單槽道2 長沙4號線一期 5400 單槽道3 蘭州1號線 5500 單槽道4 寧波3號線 5500 單槽道5 上海9號線三期 5900 雙槽道 管片通縫布置6 上海13號線二、三期 5900 雙槽道 管片通縫布置7 上海5號線南延伸

采用單槽道預(yù)埋方案時，接觸網(wǎng)可采用4根M12型T形頭螺栓加轉(zhuǎn)換底座的懸吊方案；采用雙槽道預(yù)埋方案時，接觸網(wǎng)可采用8根M12型T形頭螺栓加吊柱的懸吊方案，不同工況下，接觸網(wǎng)典型安裝方式如圖6、圖7所示：

圖6 單槽道時接觸網(wǎng)典型安裝方案

圖7 雙槽道時接觸網(wǎng)典型安裝方案

3 槽道受力分析

目前國內(nèi)各地槽道產(chǎn)品技術(shù)要求及相關(guān)標準規(guī)范中一般只要求徑向拉壓荷載及切向荷載，均未見抗彎指標，如深圳地鐵9號線預(yù)埋槽道設(shè)計標準中要求預(yù)埋槽道應(yīng)能承受“每個連接螺栓位置沿管片徑向拉壓承載力不小于10kN，沿切向承載力不小于8kN”；《上海城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標準化技術(shù)文件》中規(guī)定“每個連接螺栓位置沿任何方向的設(shè)計承載力不小于11.2kN”。根據(jù)槽道廠家提供試驗資料，30/20槽道可承受的最大彎矩為1.09kN·m。

剛性接觸網(wǎng)荷載示意如下：

如采用單槽道預(yù)埋方案，在低凈空段，以凈空為4560mm為例，0點距離隧道頂部約0.4m，接觸網(wǎng)在鉛垂方向、垂直線路方向及順線路方向總荷載約為5kN、1kN、3kN。

則單根螺栓承受鉛垂方向拉力為1.25kN，小于設(shè)計標準的10kN；

承受垂直線路方向剪力為0.25kN，小于設(shè)計標準的8kN；

承受順線路方向剪力為0.75kN，螺栓緊固點所受彎矩約為0.75×0.4=0.3kN·m；

如在高凈空段，以凈空4960mm為例，0點距離隧道頂部約0.8m，螺栓緊固點所受彎矩約為0.75×.8=0.6kN·m。如考慮3倍的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，則槽道在上述情況下需承受的彎矩分別為0.9kN·m、1.8kN·m，在高凈空工況下，已超過30/20槽道可承受的最大彎矩值。

此時，T形頭螺栓與預(yù)埋槽道在緊固點處形成杠桿效應(yīng)，槽道極易產(chǎn)生塑性變形，并破壞混凝土邊沿，根據(jù)在工廠所做的模擬實驗，；如采用雙槽道預(yù)埋方案，接觸網(wǎng)吊柱底座選用雙排螺栓，可以將順線路方向產(chǎn)生的彎矩轉(zhuǎn)換為拉壓力，提高槽道本身及管片的安全性和使用壽命。

由上述分析可知，接觸網(wǎng)對預(yù)埋槽道的作用力主要為彎矩，而槽道自身結(jié)構(gòu)決定了其抗拉、抗剪能力強，而抗彎能力差的特點?？紤]到匯流排經(jīng)長時間運營后可能產(chǎn)生卡滯，匯流排卡滯后其內(nèi)部應(yīng)力遠超3kN，極端情況下會造成T形頭螺栓緊固處槽道塑性變形或混凝土開裂，因預(yù)埋槽道不可修復(fù)替換的特點，對線路運營構(gòu)成安全隱患。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)預(yù)埋槽道生產(chǎn)廠家資料及現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，單槽道預(yù)埋方案可適用于盾構(gòu)內(nèi)徑小于等于5500mm隧道，建議在盾構(gòu)內(nèi)徑大于5500mm時采用雙槽道預(yù)埋方案，并選用Q345B材質(zhì)，根據(jù)盾構(gòu)管片環(huán)寬，可每7-8米預(yù)留一處雙槽，以降低投資。