郊区接触轨线路特点及其运营维护建议

引言

市郊接触轨线路相对于地下接触轨线路而言,其运行工况、自然环境等方面都存有较大差别,我国在设计及运营维护上无较多先例经验。基于此,本文从运营维护的角度出发,对市郊接触轨线路的设计及建设提出相关的改进建议,权当抛砖引玉。

1市郊接触轨线路特点

1.1线路特点

1.1.1长大区间

市郊居民聚集地、商圈较为分散,线路站间距大,以广州地铁14号线一期(主线)为例,线路总长54.3km,共设置车站13座,最大站间距6.1km。对接触轨等沿线分布的设备来说,长大区间设备量大,人员行走浪费时间多,对设备维护效率提出了更高的要求。

1.1.2高架段长

从经济因素方面考虑,郊区部分线路采用高架桥方式铺设。而高架线路对接触轨系统的影响主要体现在温度变化导致的接触轨、桥梁伸缩问题等方面,所以,对设备性能及安装要求更为严格。

1.1.3运行速度高

郊区线路站间距大,为了更好地提升服务水平,降低市民通勤时间,通常设计较高的列车运行速度。然而,高速运行的列车对受流质量提出了更高的要求,在控制靴轨打火、不正常磨耗等方面更加困难。

1.2设备特点

1.2.1高速端部弯头

接触轨端部弯头为过渡部件,用以引导集电靴平滑可靠过渡到接触轨授流面。在高速行车时,端部弯头选用不当容易造成靴轨之间强烈冲击,形成打火拉弧,危害靴轨设备。

集电靴与端部弯头接触过程实际是两者的冲击碰撞过程,可用以下公式说明:

即:

式中,a为行车速度:α为冲击加速度:F为冲击力。

为降低冲击力,需改变端部弯头的坡度,使其更加平缓。通过仿真计算,120km/h接触轨线路宜采用7.4m高速端部弯头,坡度为1:60。

1.2.2断口设置

接触轨在供电分区边界点、道岔、人防(防淹)门等位置设置机械断口。然而,在满足限界要求的同时,接触轨断口布置还应避免出现整车或单元车失电的情况。以下为单元车失电的模拟分析,列车集电靴与接触轨简化模型如图1所示。

当列车自图1中接触轨左侧向右行驶时,靴轨之间满足以下条件则造成列车右侧单元失电:

此时,列车右侧单元车集电靴全部悬空,可计算失电区长度为:L=L1-l2,列车单元失电的主要影响有:(1)单元车中最后离开接触轨的集电靴断开单元车全部电流,容易产生打火拉弧现象:(2)失电区过长或车速过慢时,单元车电压低于预警阈值,司机室出现列车欠压故障报警信号。

1.3安装特点

1.3.1膨胀接头安装

在高架段安装膨胀接头时,不仅需要考虑接触轨自身的伸缩量,还要考虑高架桥梁的伸缩量,设一定温度变化下桥梁伸缩量为Al1,接触轨伸缩量为Al2,有图2所示两种位置关系。

(1)当膨胀接头跨于桥梁伸缩缝且温度变化时,膨胀接头预设伸缩量应为两者叠加量,即AL=Al2＋Al1:

(2)当膨胀接头不跨于桥梁伸缩缝且当温度变化时,膨胀接头预设伸缩量应为两者相减量,即AL=|Al2-Al1|。

(3)当伸缩缝两侧桥梁长度不同或膨胀接头两侧锚段长度不同时,以上计算方法同样适用,但需根据不同长度选取不同的伸缩量数值。

故在设计膨胀接头安装曲线时,需充分考虑桥梁伸缩的影响。

1.3.2接地扁铝安装

桥梁伸缩对接地扁铝的安装同样提出了不一样的要求,当气温下降时,由于接地扁铝自身以及桥梁的收缩,在扁铝连接处产生较大的拉力,容易造成连接螺栓拉断。需预留相应的伸缩裕度,在跨越桥梁伸缩缝时,还须采用电缆连接的方式。

1.4运营组织特点

郊区线路采用快车、普通车运营组织模式,快车仅停靠部分站点,其越站、过道岔等速度均保持较高。同时,部分快车与前车车距较近,对接触轨授流、温升等有更高要求。

2接触轨运营维护建议

线路速度快、距离长等特点不仅要求接触轨设备具有更高的可靠性,还要求维护维修保养成本进一步下降。所以,无论是从设备选用、工程建设、维修手段等方面均需要有较大的改进。

2.1设备选用建议

在设备厂商大批量生产前,运营单位应及时介入参加相关设计联络会议,从运营维护角度对设备相关功能、参数提出优化建议。以"免拆式定位防护罩"为例,该型防护罩首次在广州地铁14号线、21号线应用,对比老式定位防护罩,该防护罩将绝缘支架紧固螺栓裸露在外,不仅便于巡视观察,更具有节省生产材料、容易成型等优点。

2.2工程建设介入建议

接触轨设备体量大,跨度长,在工程建设大规模开展前,应充分介入并针对关键工序与施工方进行沟通。由于各城市各线路间设备维护维修规程及方式不尽相同,在工程建设时应充分考虑设备接管后的维护维修效率问题。

2.3维护手段建议

运营维护要考虑的另一重要因素是成本,在长大区间、高架段长的线路该矛盾尤为突出。故在确保线路设备可靠的同时,还要考虑采取新技术、新工具对设备进行维护保养。

以"网轨检测"技术为例,传统人工测量及巡视两人一组进行测量时,每晚(3h)可行进约1.5km。然而,使用网轨检测车进行测量巡视时,每晚可行进15~20km,在采集数据的同时,还可利用车载摄像机对接触轨进行视频拍摄,便于后续分析使用。

3结语

随着中国城市化进程的加快,越来越多的城市大量修建地铁,客流的快速增长,对客运服务的安全性、可靠性要求越来越高,但新设备、新技术、高成本的矛盾也日益突出。因此,在线路的设计、建设阶段,应充分考虑运营部门的建议,线路开通后,应充分利用新工具、新思维进行设备维护,进一步控制运营成本,提高运营可靠性。