市域鐵路貫通運營城市地鐵關(guān)鍵技術(shù)研究

王 猛，狄 謹，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）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)計研究院有限責任公司，重慶 410120）

隨著經(jīng)濟快速發(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)濟總量、人口規(guī)模、城市范圍迅速擴大，多種軌道交通換乘、融合、貫通等網(wǎng)絡(luò)化運營十分迫切。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、大運量、公交化運輸服務(wù)的軌道交通系統(tǒng)［1］。將市域鐵路運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)化運營主要分為樞紐換乘、多點換乘、延長貫通、雙流制貫通等方式［3-7］。其中，雙流制貫通運營具有投資節(jié)省、速度快、通道節(jié)約、運營效率高、乘客體驗好等優(yōu)點，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，進行其與重慶地鐵5號線貫通運營關(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，且車輛只在本線運營，沒有與其他線路貫通運營，不需要考慮本線以外其他線路的限界、信號、軸重、運輸組織等因素，因此這2 條線路不是跨線與城市地鐵貫通運營的準確案例。法國的南特—沙托布里揚鐵路和羅訥—阿爾卑斯省鐵路是通過車載司機操作屏信息或線路信號指示牌提示，司機人工操作的方式進行供電制式切換，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］，但多屬于貨運鐵路改造項目，且采取降弓換電的方式，對于客運貫通運營的參考意義不足。

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，該項目已按交流供電的市域鐵路實施。雙流制技術(shù)在國內(nèi)貫通運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換乘方式。要實現(xiàn)市域鐵路與城市地鐵貫通運營的突破，就必須對貫通運營的邊界條件進行全面分析，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［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［20］。因交流供電安全保護距離原因，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《標準軌距鐵路機車車輛限界》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，雙線貫通運營主要受地鐵5號線橋梁及高架車站設(shè)計荷載和軸重的限制。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)計時采用地鐵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)計標準組合值的比例為0.66%，斜拉索設(shè)計滿足軌道運行安全性要求。

（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，剛度指標滿足軌道運營的要求。

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。為確保列車貫通運營安全，雙流制車輛設(shè)計時應(yīng)進行軸重的減重設(shè)計，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］。貫通運營列車應(yīng)實現(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行的情況下，實現(xiàn)車輛折返和貫通運營功能，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 運輸組織

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

3 貫通運營關(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［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行，但在地鐵線路上運行時應(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達到最小工作高度時，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 車車體斷面與風道結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整，風道斷面面積不小于地鐵As型車輛風道面積。

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，再通過車輛平衡計算，調(diào)整車下設(shè)備布置。在設(shè)備重量分配過程中嚴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

輕量化設(shè)計是車輛的重要研究方向［24］。在不降低設(shè)計強度和功能的前提下，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)和選型上實現(xiàn)輕量化設(shè)計，從設(shè)計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，進行車體鋁結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計及關(guān)鍵部位優(yōu)化以實現(xiàn)輕量化設(shè)計目標［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，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。側(cè)墻板采用鋁質(zhì)骨架與面板結(jié)合，在固定點設(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）司機室駕駛設(shè)施輕量化

司機臺骨架優(yōu)選輕質(zhì)材料，采用焊接工藝。司機臺內(nèi)預(yù)埋的補強件采用分段、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；司機座椅選用輕質(zhì)金屬加強筋的材料和結(jié)構(gòu)，達到司機室駕駛設(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)機組殼體采用薄板設(shè)計，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。通風系統(tǒng)采用輕質(zhì)金屬風機和鑄鋁扇葉。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，銅排嚴格按照電路載流量要求進行設(shè)計。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)備進行均衡布置和各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)輕量化設(shè)計之后，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營城市地鐵的客運服務(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、軌道電路同時聯(lián)動且需時較長，不符合市域鐵路高密度公交化客運需求。

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 段為始終接地無電區(qū)，長度為20 m，由G2 常閉電動隔離開關(guān)與大地相連。

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

當車輛由于初速度不夠誤停交直流轉(zhuǎn)換段時，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)。

當車輛供電單元故障后誤停交直流轉(zhuǎn)換段時，采用后車救援方式。若故障車從直流供電端進入停在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段b點之前時，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 點之后時，后車掛上前車后先退回至b 點再加速后惰行通過轉(zhuǎn)換段。若故障車從交流供電端進入系統(tǒng)轉(zhuǎn)換段，按c點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)段最大瞬時電壓為40.85 kV；當車輛進入無電區(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；當車輛離開無電區(qū)時，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)標準［28］。

3.3.2 鋼軌絕緣節(jié)設(shè)置

交流供電時采用大地回流，直流供電時采用鋼軌回流。車輛通過交直流轉(zhuǎn)換區(qū)時，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）

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

當車輛從直流區(qū)段進入到交流區(qū)段時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)安全標準。

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，電場強度呈現(xiàn)增大趨勢，在接觸線處達到最大值；當交流、直流電場并存時，空間電場強度滿足國家標準要求。

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（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。

（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)地面信標提示，切換到無電工位。瞬時的通風、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)。考慮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號線貫通運營。同時，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；在分界點處，分別設(shè)置兩線的入口防護信號機，兩線聯(lián)鎖系統(tǒng)通過接口實現(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)計技術(shù)

以重慶地鐵5 號線跳磴站作為貫通運營的接軌站進行研究。結(jié)構(gòu)設(shè)計為高架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)，在進站端設(shè)置2 組單渡線實現(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立運營條件，如圖18所示。地鐵5號線采用直流車輛，不考慮跨線運營，其在本站站后折返。

圖18 跳磴站平面線位布置

3.6 運輸組織方案

多運營主體乘務(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入地鐵5 號線運營，地鐵5號線直流車輛不進入江跳線，貫通運營乘務(wù)采用輪乘模式。乘務(wù)管理由2 個運營主體共同擬定電客車司機貫通車輛交接車作業(yè)標準，各自負責所轄司機的管理。鑒于2 個運營主體同屬1 個財政體系，貫通段結(jié)算約定了無償使用雙流制車輛，2 個主體以接軌站為節(jié)點計算收入和成本。不改變原有地鐵管理模式和清分體系，不用單獨清算貫通車輛乘客進出站信息。

調(diào)度權(quán)限劃分以軌行區(qū)聯(lián)絡(luò)線分界信號機為界，各自負責管轄范圍內(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)度負責指揮，如圖19所示。乘客1 次購票2 條線路均可通達，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，實現(xiàn)重慶市域鐵路貫通運營進入地鐵5 號線全線，成為中國第1 個市域鐵路貫通運營城市地鐵項目，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)時序不一致、區(qū)域跨制式軌道交通貫通運營的難點。采用雙流制技術(shù)，使跨制式軌道交通貫通運營、不同運營主體協(xié)同運輸成為可能。市域鐵路和城市地鐵互聯(lián)互通有力地促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，提升乘客出行效率和體驗。

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)間實施，若需在地下區(qū)間實施系統(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。