穗莞深城際鐵路地下區(qū)間限界研究

楊 銘

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063)

城際鐵路具有相對距離短、公交化等特點。穗莞深城際鐵路是珠三角城際交通網(wǎng)內(nèi)第一條開工建設(shè)的線路。設(shè)計階段采用接近地鐵A型車輪廓尺寸的新型城際動車組，運行速度目標值為140～200 km/h，供電方式為AC25 kV接觸網(wǎng)授電。由于其模式既不完全等同于城市軌道交通，又有別于客運專線，相關(guān)限界標準無法直接采用現(xiàn)有的國家標準。

1 城際動車組地下區(qū)間相關(guān)限界計算

穗莞深城際鐵路地下區(qū)間長度達到30.90 km，列車在地下區(qū)間內(nèi)最高運行時速為140 km/h，線路最小曲線半徑為550 m，采用雙塊式無砟軌道，軌道最大超高150 mm。城際動車組的車輛計算長度為22 800 mm，車輛定距16 000 mm，車體高度3 850 mm，車體最大寬度3 100 mm，接觸網(wǎng)掛網(wǎng)高度距離軌面4 700 mm。

依據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157—2003)和《地鐵限界標準》(CJJ96—2003)，針對城際動車組的特點調(diào)整相關(guān)計算公式和相應(yīng)參數(shù)，進行車輛限界和設(shè)備限界的計算。

地下區(qū)間建筑限界的確定需綜合考慮線路、軌道、接觸網(wǎng)等專業(yè)的要求，此外，還需滿足《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003—2005)等有關(guān)規(guī)范內(nèi)對隧道內(nèi)軌面以上凈空橫斷面面積的要求。對于采用盾構(gòu)機施工的圓形隧道，雖本線地下區(qū)間最高速度目標值僅為140 km/h，但考慮到整個珠三角城際網(wǎng)線路較多且建設(shè)周期較長，為避免盾構(gòu)機的閑置和重復采購，故統(tǒng)一采用200 km/h速度等級圓形隧道建筑限界斷面進行施工。地下區(qū)間各類建筑限界見圖1。

圖1 穗莞深城際鐵路地下區(qū)間建筑限界(單位:mm)

2 車輛形式改變對已施工地段的建筑限界校核

穗莞深城際鐵路項目開工建設(shè)后，根據(jù)鐵道部和廣東省合作建設(shè)珠三角城際鐵路的最新精神，城際鐵路需考慮與國有鐵路的互聯(lián)互通，技術(shù)標準參照鐵道部相關(guān)規(guī)范和標準執(zhí)行，車輛形式由城際動車組改變?yōu)閲FCRH2型動車組，其基本參數(shù)見表1。此時，穗莞深地下區(qū)間的土建工程已經(jīng)開工，明挖矩形隧道施工超過460 m，礦山法馬蹄形隧道施工超過1 000 m，多處盾構(gòu)井已完成，已開工的兩個施工標段內(nèi)6臺盾構(gòu)機到位4臺，與之配套的管片廠已建成投產(chǎn)，管片加工累計完成242環(huán)。為避免有大面積廢棄工程，使項目能夠繼續(xù)推進，需對已施工地段的建筑限界進行校核。

在線路和軌道條件不變的前提下進行限界校核工作，需要掌握CRH2型動車組的動態(tài)包絡(luò)線及掛網(wǎng)高度調(diào)整后的接觸網(wǎng)安裝要求。

2.1 CRH2型動車組動態(tài)包絡(luò)線的計算

現(xiàn)行國家標準《標準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界》(GB146.1～146.2—83)以及《高速機車車輛限界暫行規(guī)定》所給出的機車車輛限界均是車輛靜態(tài)情況下的限界控制值。

參照《客運專線機車車輛限界暫行規(guī)定》采用動力學模擬方法計算CRH2型動車組車輛動態(tài)包絡(luò)線，通過對車輛、線路和輪、軌接觸關(guān)系進行建模，模擬車輛在軌道上運行時受外界因素(軌道不平順、風載激擾、未平衡的離心力)影響而產(chǎn)生的振動過程，求解車輛的最大動態(tài)偏移量。隧道內(nèi)直線地段CRH2型動車組動態(tài)包絡(luò)線見圖2。

圖2 隧道內(nèi)直線地段CRH2型動車組動態(tài)包絡(luò)線

2.2 接觸網(wǎng)的安裝

車輛改變?yōu)镃RH2型動車組后，地下區(qū)間接觸網(wǎng)掛網(wǎng)高度由4 700 mm抬高到5 300 mm，接觸網(wǎng)采用柔性懸掛。

柔性懸掛的接觸網(wǎng)可選擇三角腕臂方式和弓形腕臂方式(見圖3、圖 4)。弓形腕臂形式在 140～200 km/h速度等級線路有成功運營經(jīng)驗，但弓網(wǎng)性能不如三角腕臂。三角腕臂雖適用于120～350 km/h時速，對設(shè)計時速方面也沒有約束，但相對弓形腕臂懸掛形式，需要更高的隧道凈空進行安裝。通過綜合比選，推薦采用弓形腕臂形式。

圖3 接觸網(wǎng)三角形腕臂懸掛示意

圖4 接觸網(wǎng)弓形腕臂懸掛示意

接觸網(wǎng)在隧道內(nèi)的安裝需保證各帶電部分距離隧道壁不小于300 mm。根據(jù)以往項目的經(jīng)驗，隧道內(nèi)采用柔性懸掛接觸網(wǎng)時，安裝困難的地方一般為直線區(qū)段反定位中間柱和曲線關(guān)節(jié)處?！惰F路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，隧道內(nèi)最短吊弦長度不宜小于400 mm，反算柔性懸掛工作支結(jié)構(gòu)高度應(yīng)不小于650 mm。據(jù)此計算得出，中間柱受電弓上方凈空距離不小于結(jié)構(gòu)高度加絕緣距離，即950(650+300)mm，關(guān)節(jié)處在此基礎(chǔ)上應(yīng)增加350 mm。柔性懸掛主要控制點見圖5。

圖5 柔性懸掛主要控制點(單位:mm)

柔性懸掛結(jié)構(gòu)較復雜，不僅需要考慮懸掛底座的安裝空間，而且需要考慮柔性懸掛各部分零件之間的配合，需要對具體斷面進行布置后確定建筑限界的大小。

3 已施工地段建筑限界解決方案

依據(jù)第3節(jié)的計算和相關(guān)分析，為滿足CRH2型動車組以140 km/h的速度等級通過已施工地段，對地下區(qū)間建筑限界進行相應(yīng)調(diào)整，詳見圖6。

1)明挖矩形隧道需進行擴挖。軌面以上建筑限界抬高650 mm，以滿足接觸網(wǎng)安裝。寬度方向上在行車方向左增加190 mm，以滿足設(shè)置寬度不小于1 000 mm的救援通道。救援通道高度與軌頂面平。電纜鋪設(shè)采用電纜槽形式。

圖6 調(diào)整后的穗莞深城際地下區(qū)間建筑限界(單位:mm)

2)礦山法馬蹄形隧道需進行擴挖。軌面以上建筑限界抬高到6 588 mm。寬度方向增加到6 520 mm，設(shè)置寬度不小于1 000 mm的救援通道，救援通道高度與軌頂面平。電纜鋪設(shè)采用電纜槽形式。

3)盾構(gòu)法圓形隧道無法進行擴挖，為能繼續(xù)使用已施工的建筑限界斷面，將接觸網(wǎng)掛網(wǎng)高度調(diào)整為距軌頂面5 200 mm，以保證原7 700 mm的內(nèi)徑斷面仍可滿足CRH2動車組以140 km/h的速度通過。在行車方向一側(cè)設(shè)置寬度不小于1 200 mm的救援通道，救援通道高度與軌頂面平。電纜鋪設(shè)采用電纜槽形式。

[1]中華人民共和國鐵道部.GB50157—2003 地鐵限界標準[S].北京:中國鐵道出版社，2003.

[2]中華人民共和國鐵道部.GB146.1～146.2—83 標準軌距鐵路機車車輛限界和建筑限界[S].北京:中國鐵道出版社，1983.

[3]中華人民共和國鐵道部.客運專線機車車輛限界暫行規(guī)定[S].北京:中國鐵道出版社，2005.

[4]中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2005.