京九鐵路電氣化工程跨線建筑物下接觸網(wǎng)特殊設(shè)計(jì)方案研究

范海江，趙紅玉，王 蓓

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

京九鐵路位于我國(guó)中東部地區(qū)，京滬、京廣兩大鐵路干線之間，起自北京西，經(jīng)霸州、衡水、聊城、菏澤、商丘、阜陽(yáng)、麻城、九江、南昌、向塘、吉安、贛州、龍川至東莞，途經(jīng)北京市、天津市、河北省、山東省、河南省、安徽省、湖北省、江西省、廣東省等七省兩市，它作為南北主要鐵路大通道，北端通過(guò)北京、天津樞紐與京山、京原、京秦、京蘭等主要鐵路干線相連，中部與石德、邯濟(jì)、新菏兗日、隴海、阜淮、寧西、銅九、武九、浙贛、贛龍、贛韶等線交會(huì)，并通過(guò)津霸、麻武聯(lián)絡(luò)線分別與京滬、京廣鐵路相通，南接廣梅汕、廣深等鐵路干線，是貫穿我國(guó)中東部魚骨形鐵路交通網(wǎng)的脊梁，在全國(guó)鐵路網(wǎng)中處于十分重要的地位。該線電氣化工程包括北京西站(不含)至東莞站(不含)線路全長(zhǎng)2312.405 km，其中北京西(不含)至樂化段電氣化改造工程2008年8月開工建設(shè)，2009年12月開通運(yùn)營(yíng)，至今接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)情況良好。

既有鐵路電氣化接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)中不可避免地遇到各種各樣凈空較低的跨線建筑物(包括上跨的鐵路橋、公路橋、下承式鋼桁梁橋、天橋、高架候車室等)，跨線建筑物下的接觸網(wǎng)是薄弱點(diǎn)，處理方案始終是電氣化改造項(xiàng)目的重難點(diǎn)之一，如果處理措施不得當(dāng)將會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響，并會(huì)有安全隱患?？缇€建筑物處的接觸網(wǎng)方案根據(jù)跨線建筑物的不同而不同。接觸網(wǎng)在跨線橋下布置示意見圖1。

根據(jù)《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2005)規(guī)定，接觸線距軌面最低高度在跨線建筑物范圍內(nèi)正常情況不應(yīng)小于5 700 mm，困難情況不應(yīng)小于5 650 mm，特殊情況不應(yīng)小于5 330 mm。但隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)鐵路運(yùn)輸事業(yè)提出了更高的要求，根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(鐵道部令第29號(hào))規(guī)定“雙層集裝箱運(yùn)輸?shù)木€路接觸線最低點(diǎn)高度不小于6 330 mm”，根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，既有鐵路保證接觸線最低點(diǎn)高度6 330 mm，困難的情況下，報(bào)有關(guān)部門批準(zhǔn)后可采用6 250 mm。接觸網(wǎng)帶電體與固定接地體之間的靜態(tài)距離正常值為300 mm，困難值為240 mm。

圖1 接觸網(wǎng)在跨線橋下布置示意

圖1中s表示承力索與跨線建筑物結(jié)構(gòu)體間的最小距離。設(shè)計(jì)中在動(dòng)態(tài)條件下如果s不能滿足最小空氣絕緣間隙的要求，首先應(yīng)考慮降低承力索的懸掛高度，同時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)縮小跨距，以獲得滿意的最短吊弦長(zhǎng)度。當(dāng)最短吊弦過(guò)短時(shí)，可使用安裝高度約為70 mm的滑動(dòng)吊弦取代標(biāo)準(zhǔn)吊弦，但這些措施會(huì)影響接觸網(wǎng)彈性，彈性不均勻?qū)⒁鸾佑|線的磨損不均勻，減少了接觸線的使用壽命，因而滑動(dòng)吊弦一般只適用于120 km/h以下的線路。

進(jìn)一步減小架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)的安裝空間時(shí)可采用雙接觸線或3條接觸線而不再使用承力索。由于這種接觸網(wǎng)系統(tǒng)的彈性降低，接觸線只有很小的抬升，因此該懸掛方式能適應(yīng)凈空很低的跨線建筑物。在凈空極小時(shí)，可在橋梁兩側(cè)的接觸網(wǎng)中插入中性段，此方式下接觸線的接地使接觸線與建筑結(jié)構(gòu)之間的最小允許凈空等于動(dòng)態(tài)抬升加上機(jī)械安全凈空，但在機(jī)車通過(guò)這樣的橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)每次都要操作一次牽引機(jī)車的主斷路器，其性質(zhì)類似于過(guò)電分相。

當(dāng)接觸網(wǎng)的帶電部位與橋梁之間采用最小凈空時(shí)，由于橋下的鳥類或冬天形成的冰柱可能造成閃絡(luò)現(xiàn)象而導(dǎo)致接觸網(wǎng)故障，為避免此種現(xiàn)象的發(fā)生，承力索應(yīng)使用收縮絕緣套管加以保護(hù)。在凈空校驗(yàn)絕緣距離和接觸線最低高度時(shí)，要考慮接觸懸掛的動(dòng)態(tài)抬升、環(huán)境溫度的影響、接觸網(wǎng)施工誤差以及工務(wù)維修時(shí)的抬道等因素，在校驗(yàn)承力索與接地體最小距離時(shí)，應(yīng)考慮覆冰的影響。還需考慮接觸線的磨損，接觸線磨損20%時(shí)會(huì)減小接觸線在承力索上的荷載并導(dǎo)致承力索位置的進(jìn)一步抬高。

當(dāng)橋梁下接觸網(wǎng)的高度和支持裝置型式確定后，則可進(jìn)行相鄰跨的接觸線坡度設(shè)計(jì)。接觸網(wǎng)系統(tǒng)高度降低下的過(guò)渡跨和中心跨距布置見圖2。

過(guò)渡跨和中心跨的坡度是有差別的，根據(jù)最高允許行車速度，接觸網(wǎng)在過(guò)渡跨及中心跨內(nèi)的最大坡度見表1。在任何過(guò)渡跨及中心跨中接觸線的最低點(diǎn)都不應(yīng)低于在橋梁跨內(nèi)的最低點(diǎn)。

圖2 接觸網(wǎng)系統(tǒng)高度降低下的過(guò)渡跨和中心跨距布置

表1 跨線橋下接觸線坡度選用

2 接觸網(wǎng)通過(guò)跨線建筑物的控制因素

2.1 通行雙層集裝箱區(qū)段接觸線距軌面高度

根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》第155條，“雙層集裝箱運(yùn)輸?shù)木€路，接觸線距軌頂面的高度不小于6 330 mm［1］。

2.2 25 kV帶電體距跨線建筑物底部的靜態(tài)空氣絕緣間隙

根據(jù)《鐵路電力牽引設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2005)第5.3.2條“25 kV帶電體距跨線建筑物底部的靜態(tài)空氣絕緣間隙，正常值為500 mm，困難值為300 mm?！?/p>

2.3 接觸線的馳度

根據(jù)《鐵路電力牽引設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2005)第5.1.8條“各類懸掛的接觸線弛度均不宜大于250 mm?！?/p>

2.4 導(dǎo)線被抬起的最高位置距接地體的瞬時(shí)間隙

根據(jù)《鐵路電力牽引設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2005)第5.3.2條“導(dǎo)線被抬起的最高位置距接地體的瞬時(shí)間隙正常值為200 mm，困難值為160 mm?！?/p>

2.5 最高導(dǎo)線高度

根據(jù)《鐵路電力牽引設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2005)第5.1.4條“接觸線距軌面的最高高度不應(yīng)大于6 500 mm?！?/p>

3 跨線建筑物下的接觸懸掛通過(guò)方式

京九鐵路電氣化改造工程鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)范圍近1 000 km，按照通行雙層集裝箱設(shè)計(jì)，最高運(yùn)營(yíng)速度160 km/h，全線共計(jì)跨線建筑物約50座，其中跨線建筑物最低僅為6.7 m，以下介紹幾種典型的跨線建筑物下接觸網(wǎng)特殊設(shè)計(jì)方案。

3.1 降低結(jié)構(gòu)高度通過(guò)

當(dāng)跨線橋凈空高度較高，但在保持正常結(jié)構(gòu)高度時(shí)又無(wú)法保證絕緣距離的情況下，可采用此種方案，見圖3。該方案的特點(diǎn)是降低結(jié)構(gòu)高度，同時(shí)保持正常的腕臂結(jié)構(gòu)，適應(yīng)較高的行車速度。需要根據(jù)結(jié)構(gòu)高度調(diào)整后的設(shè)計(jì)值，在斜腕臂的相應(yīng)位置上安裝1根輔助管，并將承力索固定在輔助管上。京九鐵路電氣工程菏關(guān)高速公路上跨京九鐵路等跨線建筑物采用了此種設(shè)計(jì)方案，跨線建筑物凈高為7.53 m，寬度為7.6 m，此區(qū)段鐵路設(shè)計(jì)速度160 km/h。此處接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度選取6.45 m，結(jié)構(gòu)高度0.9 m，跨線建筑物兩側(cè)支柱間距離為45 m，最低導(dǎo)線高度滿足6.33 m［4-6］。

圖3 接觸網(wǎng)降低結(jié)構(gòu)高度通過(guò)(單位:mm)

3.2 承力索絕緣通過(guò)，接觸線帶電通過(guò)

該方式通過(guò)降低建筑物兩側(cè)接觸懸掛點(diǎn)的結(jié)構(gòu)高度及接觸線懸掛高度，在保證接觸線最低點(diǎn)高度、承力索與接觸線間必要的空氣絕緣間隙情況下，承力索在建筑物兩側(cè)用絕緣子斷開，鏈形懸掛的承力索在建筑物下無(wú)電，接觸線帶電通過(guò)跨線建筑物。要求兩絕緣子之間不得安裝吊弦且不得設(shè)置橫向電連接。承力索與建筑物之間的間隙僅要求在規(guī)定的行車速度通過(guò)時(shí)，承力索不碰撞建筑物即可。絕緣子靠近建筑物端與建筑物邊緣的距離應(yīng)考慮在隨溫度變化承力索的竄動(dòng)，該值的大小根據(jù)建筑物所在的半個(gè)錨段的長(zhǎng)度，計(jì)算出由正常溫度至最高或最低溫度時(shí)的偏移量，即為絕緣子端距建筑物邊緣的距離。因此該方式與鏈形懸掛帶電直接通過(guò)相比，要求的建筑物凈空稍低，為滿足較高的行車速度，一般情況下采用此種方式要求跨線建筑物順線路方向的寬度較小，一般不大于8 m，如圖4所示。京九鐵路電氣工程邢貢聯(lián)絡(luò)線鐵路上跨京九鐵路采用了此種設(shè)計(jì)方案，跨線建筑物凈高為6.8 m，寬度為5.86 m，此區(qū)段鐵路設(shè)計(jì)速度120 km/h。此處接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度選取6.4 m，跨線建筑物兩側(cè)支柱間距離為40 m，最低導(dǎo)線高度為6.33 m［7-9］。

圖4 跨線建筑物下接觸懸掛方案示意(單位:mm)

3.3 承力索在低凈空橋兩側(cè)下錨不通過(guò)，接觸線帶電通過(guò)

當(dāng)跨線橋高度進(jìn)一步降低，無(wú)法安裝承力索時(shí)，采用此安裝方式，適用于其寬度小于6 m時(shí)。一般在低凈空橋兩側(cè)前各立1組硬橫梁，承力索下錨在硬橫梁上，接觸線直接通過(guò)，即橋下接觸懸掛為簡(jiǎn)單懸掛。為了保證懸掛的載流量，應(yīng)通過(guò)架空線或電纜等將兩斷頭承力索連起來(lái)。兩吊弦安裝在承力索下錨絕緣子外側(cè)，且設(shè)置橫向電連接。如圖5所示。京九鐵路電氣工程邯濟(jì)鐵路上跨京九鐵路采用了此種設(shè)計(jì)方案，跨線建筑物凈高為6.7 m，寬度為5 m，此區(qū)段鐵路設(shè)計(jì)速度120 km/h。此處接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度選取6.4 m，跨線建筑物兩側(cè)支柱間距離為40 m，最低導(dǎo)線高度滿足6.33 m要求。

圖5 承力索在跨線建筑物兩側(cè)斷開

3.4 跨線建筑物下安裝彈性支撐［10］

當(dāng)跨線建筑物寬度大于6 m，接觸線帶電通過(guò)，鏈形懸掛承力索下錨不通過(guò)。該方式是在通過(guò)在跨線建筑物下安裝彈性支撐，由于它具有懸掛和定位的作用，可解決吊弦間距過(guò)大導(dǎo)致的弛度過(guò)大而最高行車速度可達(dá)130 km/h。安裝方式如圖6所示。京九鐵路電氣工程日東高速公路上跨京九鐵路采用了此種設(shè)計(jì)方案，跨線建筑物凈高為6.76 m，寬度為27.6 m，此區(qū)段鐵路設(shè)計(jì)速度120 km/h。此處接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度選取6.4 m，跨線建筑物兩側(cè)支柱間距離為40 m，最低導(dǎo)線高度滿足6.33 m要求，公路橋下安裝了2處彈性支撐。

圖6 跨線建筑物下安裝彈性支撐

3.5 其他特殊方案

跨線建筑物寬度低于6.7 m，接觸網(wǎng)無(wú)法通過(guò)，需要線路專業(yè)對(duì)跨線建筑物下方線路落道以滿足掛網(wǎng)需要，通過(guò)落道后滿足掛網(wǎng)要求。京九鐵路電氣工程新菏兗日鐵路上跨京九鐵路采用了此種設(shè)計(jì)方案，跨線建筑物落道前凈高為6.5 m，寬度為8.7 m，此區(qū)段鐵路設(shè)計(jì)速度120 km/h，線路采用道砟落道0.2 m，同時(shí)對(duì)落道地段換鋪矮型軌枕，以滿足橋下凈高要求，線路落道后接觸網(wǎng)采用了本文3.4中的方案，接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度選取6.4 m，跨線建筑物兩側(cè)支柱間距離為40 m，最低導(dǎo)線高度滿足6.33 m要求。

部分跨線建筑物寬度較寬或在高架候車室下方。由于跨線建筑物較寬接近甚至超過(guò)最大允許跨距，應(yīng)充分利用跨線建筑下的結(jié)構(gòu)安裝腕臂結(jié)構(gòu)，如在高架候車室下方安裝吊柱或利用高架候車室支柱懸掛腕臂結(jié)構(gòu)。

4 平面布置注意事項(xiàng)

平面布置時(shí)應(yīng)盡量將跨線建筑物置于跨中布置，并采用相對(duì)較小的跨距及盡量采用小錨段設(shè)計(jì)，如果有中心錨結(jié)時(shí)應(yīng)將中心錨結(jié)盡量靠近跨線建筑物布置，用以避免由于冰柱將導(dǎo)線短接等外因引起接觸網(wǎng)斷線，以縮小事故范圍、有效減少搶修時(shí)間。跨線建筑下一般不應(yīng)設(shè)置錨段關(guān)節(jié)、中心錨結(jié)等。

采用承力索不通過(guò)跨線建筑物方案時(shí)，一般在跨線建筑兩端設(shè)置1組硬橫梁，承力索在硬橫梁上下錨，橫梁設(shè)置位置距離跨線建筑物邊緣2～5 m為宜，為保證接觸網(wǎng)載流，斷開的承力索應(yīng)用電纜將其連通。

所有跨線建筑物在其跨越接觸網(wǎng)部分均需要設(shè)置防護(hù)網(wǎng)柵，防護(hù)網(wǎng)柵兩端需設(shè)置高壓安全警示牌。

為避免行人將跨線建筑物兩側(cè)的接觸網(wǎng)上絕緣子擊碎，可按照合成絕緣子替代瓷絕緣子設(shè)計(jì)。

承力索在跨線建筑物下應(yīng)加裝貫通的絕緣套管，范圍應(yīng)向外延長(zhǎng)5 m。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了既有跨線建筑物下接觸網(wǎng)特殊設(shè)計(jì)原則方案，以及幾種在京九鐵路電氣化改造工程中的典型案例。對(duì)全線近50座既有低凈空跨線建筑物采用不同處理方案，解決了低凈空跨線建筑物接觸網(wǎng)通過(guò)問(wèn)題，不但節(jié)約了工程投資，而且簡(jiǎn)化了施工程序。實(shí)踐證明上述方案切實(shí)可行。

電氣化改造工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在工程設(shè)計(jì)中，一定要深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查需要接觸網(wǎng)特殊設(shè)計(jì)的低凈空跨線建筑物，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體情況，因地制宜。不但要遵循設(shè)計(jì)規(guī)范，而且要有利于工程實(shí)施［9］。一般應(yīng)采用多方案比選，以確定最經(jīng)濟(jì)、可靠的設(shè)計(jì)方案。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵道部令第29號(hào)，鐵路技術(shù)管理規(guī)程［S］.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10009—2005，鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10621—2009，高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［4］梁英.接觸網(wǎng)通過(guò)既有低凈空跨線建筑物懸掛問(wèn)題［J］.鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù)，2009(4).

［5］梁長(zhǎng)吉.京滬線電氣化改造低凈空施工方案［J］.電氣化鐵道，2006(6).

［6］馬華德.浙贛線低凈空橋接觸網(wǎng)懸掛方案［J］.電氣化鐵道，2007(5).

［7］劉長(zhǎng)志.跨線建筑物下接觸網(wǎng)懸掛設(shè)計(jì)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(12).

［8］孫海富.京滬鐵路電氣化低凈空跨線建筑物改造方案研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(9).

［9］李桃.京滬鐵路電氣化改造上跨建筑物的處理方案［J］.鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù)，2006(3).

［10］何慶甫，辛志紅.低凈空建筑下的接觸網(wǎng)通過(guò)方案［J］.電氣化鐵道，2008(1).