高架橋接觸網(wǎng)支柱位置對(duì)比分析

裴麗君，陳 凱

0 引言

南京城軌南京南站至機(jī)場(chǎng)段工程（南起祿口機(jī)場(chǎng)，北至南京南站）全長(zhǎng)約34.9 km，其中高架段長(zhǎng)約16.3 km，過渡段長(zhǎng)約0.8 km，地下段長(zhǎng)約17.8 km；共設(shè)置8 座車站，其中高架車站3 座，地下車站5 座；平均站間距為4.9 km，最大站間距為祿口機(jī)場(chǎng)站至祿口新城南站，長(zhǎng)約7.972 km，最短站間距為將軍路站至佛城西路站，長(zhǎng)約2.851 km。地下線路占全線51%，高架段及過渡段占全線49%。該線作為聯(lián)系祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)與南京南站兩大樞紐及南京主城區(qū)的重要通道，系展示南京城市形象和景觀環(huán)境的關(guān)鍵窗口。

1 國(guó)內(nèi)地鐵輕軌支柱設(shè)置

目前，國(guó)內(nèi)同等技術(shù)條件下，地鐵高架橋區(qū)段接觸網(wǎng)支柱設(shè)置情況統(tǒng)計(jì)見表1。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)地鐵相關(guān)情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地鐵軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)只有在建的重慶地鐵六號(hào)線采用中間合架立支柱（雙肩挑）方案，未經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)。高架橋段接觸網(wǎng)支柱基本設(shè)置在線路兩側(cè)。

表2 列出了接觸網(wǎng)支柱設(shè)于2 條線路間的基本參數(shù)設(shè)置。從表2 可以看出，輕軌/有軌電車的供電系統(tǒng)要求的載流量小，接觸網(wǎng)線索少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線索對(duì)支持結(jié)構(gòu)的作用力小，因此相對(duì)可以減小支柱容量，減小支柱的外徑，從而提高支柱的觀感，并且輕軌接觸網(wǎng)導(dǎo)線少，下錨地點(diǎn)少，也有利于協(xié)調(diào)接觸網(wǎng)支柱的布置，以改善景觀效果。

2 接觸網(wǎng)支柱設(shè)置方案

2.1 接觸網(wǎng)支柱位于線路兩側(cè)方案

接觸網(wǎng)支柱位于線路兩側(cè)（圖1）時(shí)，在電氣上，左、右線接觸網(wǎng)在機(jī)械、電氣上完全獨(dú)立，在V 形天窗檢修模式下，上下行帶電體之間的距離大于2 500 mm，完全能夠滿足接觸網(wǎng)的安全距離要求。當(dāng)一條線路某一處接觸網(wǎng)發(fā)生故障、事故時(shí)，對(duì)另一線路接觸網(wǎng)無影響，事故范圍??；在進(jìn)行故障、事故搶修及平時(shí)正常檢修時(shí)，另一線路接觸網(wǎng)不用停電，可通過行車組識(shí)進(jìn)行反行、安排好列車間隔，達(dá)到不間斷上下行旅客的輸送，故障、事故影響范圍小。

南京地鐵六號(hào)線線路存在小曲線半徑，接觸網(wǎng)分開設(shè)置，可以大大減小接觸網(wǎng)支柱的半徑以及容量，達(dá)到外形美觀的效果，同時(shí)也減小了對(duì)橋梁的荷載，有利于橋梁專業(yè)的設(shè)計(jì)。

接觸網(wǎng)上下行錨段關(guān)節(jié)匹配，能達(dá)到統(tǒng)一、整齊，方便運(yùn)營(yíng)管理。

在接觸網(wǎng)通過道岔、交叉渡線等特殊區(qū)段，過渡方案簡(jiǎn)單，支柱布置統(tǒng)一，全線均位于線路兩側(cè)。

表1 地鐵高架橋區(qū)段接觸網(wǎng)支柱設(shè)置統(tǒng)計(jì)表

表2 接觸網(wǎng)支柱設(shè)于兩線間基本情況表

圖1 支柱位于線路兩側(cè)示意圖

2.2 接觸網(wǎng)支柱中間（雙肩挑）合架方案

接觸網(wǎng)支柱一般位于2 條線路中間，接觸網(wǎng)的懸掛方式采用雙肩挑，即左、右線接觸網(wǎng)懸掛安裝在同一支柱上。采用上下行合架懸掛方式，支柱數(shù)量減少，景觀效果相對(duì)較好，如圖2 所示。

圖2 支柱中間合架懸掛方案示意圖

如果在兩線間設(shè)立合架支柱，上下行在中間立柱上的2 套腕臂絕緣子間的距離較小。在某一股道的接觸網(wǎng)停電搶修，另外一股道接觸網(wǎng)帶電時(shí)，帶電腕臂結(jié)構(gòu)對(duì)不帶電一側(cè)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員會(huì)造成安全隱患，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)更換合架支柱上的絕緣子、腕臂結(jié)構(gòu)、支持結(jié)構(gòu)時(shí)，帶電體對(duì)檢修人員以及所攜帶的檢修工具、材料等的安全距離是達(dá)不到要求的，運(yùn)行維護(hù)以及搶修中存在安全隱患。所以一旦出現(xiàn)事故和故障，上下行必須同時(shí)停電檢修，事故狀況下停電范圍大，行車組織和列車運(yùn)行交路須做相應(yīng)的變化。

接觸網(wǎng)線材每隔一定長(zhǎng)度需設(shè)置錨段關(guān)節(jié)下錨以保持線材張力的恒定。高架段接觸網(wǎng)線材較多，上下行各7 條線，其中有2 條承力索、2 條接觸線、2 條輔助饋線（預(yù)留安裝空間）和1 條架空地線。如果采用單支柱雙肩挑的懸掛方式，下錨跨數(shù)是上下行獨(dú)立懸掛時(shí)的2 倍，過長(zhǎng)距離的下錨裝置和下錨拉線等布置復(fù)雜、凌亂，影響高架橋的美觀。

支柱設(shè)于線路中間，在雷雨天氣人員通過線路中間的疏散平臺(tái)時(shí)，存在一定的安全隱患。

道岔、交叉渡線等特殊區(qū)段過渡方案復(fù)雜，如圖3 所示，該區(qū)段支柱必須設(shè)置于線路兩側(cè)，那么全線支柱布置方式不統(tǒng)一，反而造成局部景觀效果差。而且架空地線、輔助饋線跨越接觸線，在一定程度上增加了接觸網(wǎng)的復(fù)雜性和施工難度。

圖3 特殊區(qū)段接觸網(wǎng)布置方案示意圖

采用兩側(cè)立柱時(shí)，支柱容量一般不大于10 t·m，轉(zhuǎn)換柱容量最大約為15 t·m，支柱外徑350 mm。采用中間合架立柱方案時(shí)，左右線接觸網(wǎng)線材均懸掛于一根支柱上，相比較兩側(cè)立柱方式而言，支柱懸掛線材增加1 倍，支柱容量相應(yīng)加大，對(duì)橋梁載荷要求提高。經(jīng)過計(jì)算，最大支柱容量約為17 t·m（小曲線半徑外側(cè)）。

2.3 支柱中間獨(dú)立懸掛方案

如果支柱在線路中間獨(dú)立設(shè)置，如圖4 所示。該方案上下行接觸網(wǎng)機(jī)械電氣獨(dú)立，支柱采用單肩挑懸掛方式，支柱容量小，外形相對(duì)美觀。

圖4 接觸網(wǎng)中間獨(dú)立懸掛方案示意圖

與中間合架方案同樣存在安全隱患及運(yùn)營(yíng)搶修問題，導(dǎo)線與支柱相對(duì)于兩側(cè)獨(dú)立懸掛方案沒有數(shù)量的區(qū)別，且主要影響高架區(qū)間美觀的接觸網(wǎng)線材，還是位于線路上方，并沒有發(fā)生根本性的變化。根據(jù)現(xiàn)有補(bǔ)償下錨空間要求，下錨支柱必須錯(cuò)開布置，因此下錨跨度增大，高架橋局部美觀性較差。

3 3 種方案對(duì)比分析

縱觀國(guó)內(nèi)城軌接觸網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)模式，在正常情況下，接觸網(wǎng)采用垂直天窗進(jìn)行維護(hù)，即一般情況下左右線皆停電進(jìn)行檢修，而在發(fā)生事故以及需要大修，例如廣州地鐵1 號(hào)線的柔改剛工程、深圳地鐵1 號(hào)線的斷線事故以及南京地鐵弓網(wǎng)事故下，接觸網(wǎng)必須保證旅客及時(shí)疏散或者正常運(yùn)輸，這時(shí)候就需要采用“V”形天窗的搶修維護(hù)或者運(yùn)行。在V 形天窗的檢修模式下，左右線的接觸網(wǎng)必須要保證維護(hù)人員的安全，即接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)要滿足不帶電側(cè)接觸網(wǎng)對(duì)帶電側(cè)接觸網(wǎng)的最小安全距離要求。

由于接觸網(wǎng)無備用，其安全可靠性成為設(shè)計(jì)重點(diǎn)。參考《電業(yè)安全工作規(guī)程》（DL409-91）中對(duì)交流10 kV 及以下臨近帶電電力線路工作的安全距離要求，在接觸網(wǎng)一行停電另一行檢修的情況下，檢修人員以及所攜帶工具、材料等對(duì)帶電體的安全距離應(yīng)大于1 m。

參考EN50122-1 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在DC 1 500 V接觸網(wǎng)中，人員站立面可接近接觸網(wǎng)帶電部件的限界要求為：人員應(yīng)該距離帶電體的水平距離要大于1.5 m，高度應(yīng)大于2.75 m。這個(gè)要求只是對(duì)熟練技術(shù)工人的要求，對(duì)于新網(wǎng)工來說，其水平距離應(yīng)大于2.25 m，垂直高度應(yīng)大于3.5 m。

結(jié)合國(guó)內(nèi)的檢修運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，為了安全起見，接觸網(wǎng)專業(yè)借鑒 EN50122-1 的規(guī)定，困難情況下?lián)屝薨踩嚯x應(yīng)不小于1.5 m。

從接觸網(wǎng)本身的投資情況來看，線路兩側(cè)設(shè)置支柱比中間設(shè)置支柱增加工程投資約25 萬(wàn)元/正線公里。線路兩側(cè)設(shè)置支柱與支柱中間獨(dú)立懸掛方案工程投資相當(dāng)。

縱比干線鐵路電氣化接觸網(wǎng)，干線鐵路動(dòng)輒幾百公里，支柱的投資遠(yuǎn)比城軌接觸網(wǎng)所占的比重要大，但是考慮到供電的靈活性以及V 形天窗檢修、事故搶修的需要，接觸網(wǎng)支柱仍然設(shè)置在線路兩側(cè)，這說明在安全方面的投入，遠(yuǎn)比工程投資的意義要大，而且城軌接觸網(wǎng)支柱減少的費(fèi)用在接觸網(wǎng)投資中僅占很小的比例，比發(fā)生事故以后的機(jī)會(huì)成本以及社會(huì)影響的重要程度要小得多。接觸網(wǎng)的高架支柱一般都是用吊車進(jìn)行調(diào)整及安裝的，支柱放在兩側(cè)比放在中間容易施工調(diào)整。

從3 個(gè)方案的示意圖中可以看出，支柱中間獨(dú)立懸掛的方案，橋梁專業(yè)需要對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加寬，具體加寬寬度及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，由于涉及橋梁專業(yè)知識(shí)，在此不做敘述。中間獨(dú)立懸掛方案相對(duì)于線路兩側(cè)設(shè)置方案沒有節(jié)約投資，相對(duì)于雙肩挑方案景觀效果較差，而且還對(duì)橋梁以及線路設(shè)計(jì)提出了一定的要求，故在國(guó)內(nèi)并無運(yùn)用案例。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，支柱中間獨(dú)立懸掛方案，對(duì)運(yùn)營(yíng)搶修存在影響，且國(guó)內(nèi)沒有成熟的施工、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)工程，六號(hào)線機(jī)場(chǎng)段在2013 年底開通，為2014 青奧會(huì)服務(wù)，工期只有不到3 年的時(shí)間，對(duì)接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工都提出了較高的要求，因此最好能借鑒國(guó)內(nèi)類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)；接觸網(wǎng)支柱布置于線路兩側(cè)方案，能夠良好保證接觸網(wǎng)的功能要求，運(yùn)營(yíng)維護(hù)安全方便，只是景觀效果稍差；根據(jù)南京地鐵6號(hào)線機(jī)場(chǎng)段的工程條件，結(jié)合接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，從安全可靠性、供電的靈活性以及工程實(shí)施方面等多方面綜合考慮，推薦接觸網(wǎng)支柱設(shè)置于線路兩側(cè)，上下行接觸網(wǎng)獨(dú)立懸掛的安裝方案。

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[3] Kie?ling, Puschmann, Schmieder.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].中鐵電氣化局集團(tuán)譯.北京：中國(guó)電力出版社，2004.