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地铁隧道里,那些“不会生锈”的构件

地铁隧道里,那些“不会生锈”的构件 金利德GOLDLEAD
2026-11-11
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导读:复合材料在轨道交通中的六类典型应用

在轨道交通领域,复合材料用得最多的地方是地铁轨线设施。电缆支架、疏散平台、DC1500V 供电轨的支座及防护构件、复合轨枕,构成了它最主要的应用清单。

这些部位有一个共同的处境:地铁车站与隧道的主体结构钢筋、隧道内的金属管线与各类构件,长期处在潮湿又带电的环境里,腐蚀几乎不可避免。改用复合材料电缆支架、地铁护罩与疏散平台之后,区间隧道的金属锈蚀问题、以及各类设备带来的电化腐蚀问题基本得到解决;运营维护的工作量降了下来,运营安全性也明显提升。


1.电缆支架

英吉利海峡隧道是常被引用的一个例子。其中的 FRP 复合材料电缆槽总长达 450 公里,总重量超过 2200 吨。耐蚀、防火、高强、绝缘,几项要求已经叠得很满,外形还偏复杂;最终选定的仍是 FRP 复合材料拉挤型材,效果令人满意。

国内常见的玻璃钢电缆支架走的是 SMC 工艺。SMC 全称 Sheet Mould Compound,即片状模塑料:以树脂糊浸渍玻璃纤维,制成片状的不饱和聚酯增强模塑料,再由玻璃纤维(GF)、不饱和树脂(UP)、填料(MD)及低收缩添加剂等各种助剂配成。

把这样一张片材送进模具、高温压制,出来的就是 SMC 玻璃钢电缆支架——一种热固性复合材料。

原料上,它采用 R2O 含量小于 0.8% 的无碱玻璃纤维,属铝硼硅酸盐成分,化学稳定性、电绝缘性能与强度都很好,既是电绝缘材料,也是玻璃钢的增强材料。

正因如此,SMC 电缆支架的电气性能与耐腐蚀性能都很突出:轻质高强,工程设计容易、灵活,机械性能可与部分金属材料相媲美;成品表面光洁度高,配合低收缩添加剂之后,外观质量更为理想。

1、天然绝缘:支架绝缘性能好,本身无需接地;优质树脂配以阻燃材料,耐电弧特性与耐漏电起痕指数(PTI)都高。

2、表面光滑:摩擦系数小,电缆敷设时不会被硌伤、擦伤。

3、超耐腐蚀:酸、碱、盐环境中均不腐蚀、不锈蚀、不霉蛀。

4、抗弯性强:不蠕变;潮湿、高热、高寒环境下机械强度仍保持 95% 以上,长期负载也不变形,因而能承受更多电缆、拉出更长的悬空距离。

5、避免涡流:电流通过电缆会生成磁场,材料的高绝缘性切断了磁场与支架形成闭合回路的路子,环流也就不会出现。

6、轻质高强:重量约为钢支架的 1/4、混凝土支架的 1/10,运输和施工都省事。

7、阻燃防火:耐热也耐寒,阻燃性能好;燃烧速度一级 25,烟密度小于等于 500,氧指数达到 29 以上,-40 到 150 摄氏度范围内均可使用。

8、寿命超长:地下 50 年、地上 25 年,经久耐用,安全环保无毒。

9、环保防盗:材料无毒,又没有回收价值,被盗问题从根上解决。

2.地铁护罩

地铁与轻轨的供电轨道俗称第三轨,是带电的。给它加一层防护罩,目的很直接:防止各类人员意外受伤,同时确保电源系统安全供电——所以材质大多选用绝缘材料。

地铁取电大致分两种方式。一类是接触网:车顶上方架起许多电缆,列车靠车顶受电弓接触电缆取电。另一类是传统的供电轨:轨道装在铁道侧面,多数被绝缘罩半盖着,列车转向架旁伸出的受电杆一接触它,电力就到了车上。

供电轨通常只有一条,故称第三轨;个别线路会设两条,也就是第四轨。但那样的轨道设计过于复杂,维护也繁杂,因此很少见。


3.地铁疏散平台

疏散平台的第一道门槛是防火。复合材料导热系数低,即便到了火场温度,仍要保有足以支撑乘客安全疏散的机械强度。

第二道门槛是可设计性。这类材料的性能可以按工况组合:针对轨道交通的实际使用方式,把高强度、高刚度、电绝缘性、防火性、耐腐蚀性、耐老化性、耐疲劳性调到一个平衡点上,同时还得满足平台表面的防滑摩擦要求。

4.供电轨的支座及防护构件

支座与防护装置要在高电压下工作,绝缘强度是必须守住的底线。供电方式延伸到地下线路之后,防火要求随之向电缆支架看齐。此外,列车受电靴与供电轨之间要保持良好的动态接触,构件还必须有足够的机械强度与抗冲击能力。

北京地铁 5 号线在这一块用了大量复合材料。该线采用上接触方式:地面及高架段以复合材料绝缘子支撑,绝缘子由玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂模塑料高温模压成型。

隧道段潮湿,改用整体绝缘支座。整体绝缘支架以 SMC 片状模塑料(玻璃纤维增强不饱和聚酯片材)为料,在高温高压下用金属对模模压成型,玻璃纤维含量一般可达 30%。

5 号线全线还铺设了玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料制成的防护罩及防护罩支架。支架装于接触轨上,承载能力相当高,用料与整体绝缘支架一致,同样由聚酯片材压制;防护罩则采用连续拉挤工艺制造。


5.复合轨枕

复合轨枕在国外的铺设历史已有多年。加拿大实现了批量生产;日本用合成木材 FFU 复合轨枕铺设多年,并把这类材料应用到大号码高速道岔的复合岔枕上。

FFU 以玻璃长纤维增强的聚氨酯树脂发泡体为基材,强度高、耐久性好。它的另一重好处是重量轻、加工方便,现场调整容易,能维持高精度轨道在车辆高速行驶时的稳定;用它替代木材,也减少了对森林资源的消耗。


6.走道格栅、护栏格栅

走道格栅与护栏格栅多用复合材料拉挤型材:外形整齐,耐腐蚀,基本免维护。价格比普通碳钢格栅高一些,却低于不锈钢格栅——这也是它在国外应用普遍的原因。



关于山东金利德机械股份有限公司

文中这些复合材料构件,来自复合材料装备线。山东金利德机械股份有限公司就是这样一家装备制造商。

公司始创于 2004 年,位于山东省济南市章丘区济东智造新城,专注复合材料高端装备制造与高性能复材领域,为全球客户提供智能化拉挤成型解决方案。产品覆盖液压式、伺服液压式与履带式拉挤生产线、拉挤缠绕生产线、复合材料增强筋(锚杆)设备及拉挤模具,业务覆盖航空航天、新能源、低空领域、医疗、轨道交通等方向。

从厂区设计与产线规划,到“设备 + 工艺 + 材料”一体化方案,再到全球 24 小时技术响应,山东金利德复合材料装备制造商。



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山东金利德机械股份有限公司成立于2004年,系中国复合材料工业协会理事单位,中国建筑机械协会理事单位。主要业务涉及复合材料拉挤设备、高性能复合材料。
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金利德GOLDLEAD 山东金利德机械股份有限公司成立于2004年,系中国复合材料工业协会理事单位,中国建筑机械协会理事单位。主要业务涉及复合材料拉挤设备、高性能复合材料。
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