鐵路區(qū)間路基電纜槽設(shè)置方法分析

張宗堂

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

鐵路區(qū)間路基電纜槽設(shè)置方法分析

張宗堂

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)營(yíng)和在建電氣化鐵路的現(xiàn)狀，對(duì)200 km/h及以下客貨共線電氣化鐵路區(qū)間路基常用接觸網(wǎng)支柱進(jìn)行分析歸納，提出電氣化鐵路區(qū)間直線地段標(biāo)準(zhǔn)路基面寬度建議值；對(duì)區(qū)間路基電纜槽設(shè)置的4種方案，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析；給出路肩設(shè)置電纜槽時(shí)路基面寬度及加寬值的計(jì)算公式，指出了最佳設(shè)置方案，并計(jì)算出最佳組合設(shè)置方案的路基面寬度值，給出I級(jí)重型200 km/h及160 km/h鐵路路基面設(shè)計(jì)圖式，以期為相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的修編提供參考。

鐵路路基；電纜槽；設(shè)置方法

1 概述

現(xiàn)行鐵路標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)電纜槽的設(shè)置方式做出明確的統(tǒng)一規(guī)定，運(yùn)營(yíng)和近幾年正在修建的200 km/h及以下客貨共線電氣化鐵路，電纜槽的設(shè)置方式各不相同、同時(shí)路基面的寬度也不盡相同。2010年鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院發(fā)布了《鐵路路基電纜槽》通用參考圖(通路(2010)8401)，通用參考圖適用于200 km/h(含線下預(yù)留)及以上客貨共線和客運(yùn)專(zhuān)線區(qū)間路基范圍的電纜槽、電纜井、過(guò)軌等設(shè)計(jì)[1]。

200 km/h及以下客貨共線鐵路區(qū)間路基段電纜槽的設(shè)置方式、路基面寬度的計(jì)算確定很有必要進(jìn)行系統(tǒng)的研究，使設(shè)計(jì)更加統(tǒng)一、規(guī)范，為相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的修編提供依據(jù)。

2 電氣化鐵路路基面寬度的確定

對(duì)采用大型養(yǎng)路機(jī)械的電氣化鐵路，接觸網(wǎng)支柱大都采用橫腹桿式支柱或環(huán)形等徑支柱，橫腹桿式支柱在路肩處寬度0.63 m[2]、環(huán)形等徑支柱直徑0.35 m、 0.4 m[3]最為常見(jiàn)。

《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001—2005)條文說(shuō)明4.2.3做出如下說(shuō)明“對(duì)采用大型養(yǎng)路機(jī)械的電氣化鐵路，其路基面寬度需滿(mǎn)足以下要求：電氣化線路接觸網(wǎng)立柱內(nèi)側(cè)距線路中心線不少于3.1 m[4]，接觸網(wǎng)立柱直徑0.5 m，接觸網(wǎng)立柱外側(cè)距路肩邊緣的距離不小于0.25 m。根據(jù)以上要求計(jì)算確定的路基面最小寬度為：?jiǎn)尉€鐵路不小于7.7 m；雙線鐵路200 km/h不小于12.1 m，160 km/h不小于11.9 m(其他不小于11.7 m)”[5-6]。

以上要求對(duì)環(huán)形等徑支柱沒(méi)有問(wèn)題，但對(duì)于普遍使用的橫腹桿式支柱就顯不足，接觸網(wǎng)采用橫腹桿式支柱時(shí)，路肩處寬度按0.7 m計(jì)算確定的路基面最小寬度為：?jiǎn)尉€鐵路不小于8.1 m；雙線鐵路200 km/h不小于12.5 m、160 km/h不小于12.3 m(其他不小于12.1 m)，表1為根據(jù)以上要求計(jì)算確定的大型養(yǎng)路機(jī)械的電氣化鐵路直線地段標(biāo)準(zhǔn)路基面寬度。

表1 大型養(yǎng)路機(jī)械的電氣化鐵路直線地段標(biāo)準(zhǔn)路基面寬度

電氣化鐵路電纜槽設(shè)置在塹頂或路堤坡腳外，較為經(jīng)濟(jì)，但受地形起伏影響，遠(yuǎn)離線路，施工、養(yǎng)護(hù)不便，降低了系統(tǒng)的安全性；電纜槽設(shè)置在路肩，施工維護(hù)方便、系統(tǒng)的安全性高，但引起路基加寬多、投資增加大，故電纜槽設(shè)置位置需系統(tǒng)全面研究。

結(jié)合運(yùn)營(yíng)和在建電氣化鐵路電纜槽設(shè)置情況，以及對(duì)接觸網(wǎng)、電力、通信、信號(hào)專(zhuān)業(yè)充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究了以下電纜槽設(shè)置方案。

3 鐵路區(qū)間路基電纜槽設(shè)置方案

3.1方案一：電纜槽設(shè)置于路肩與接觸網(wǎng)支柱縱向同線、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)預(yù)留孔洞

電纜槽設(shè)置方式見(jiàn)圖1。

圖1 方案1區(qū)間雙線直線地段電纜槽設(shè)置示意(單位：m)

優(yōu)點(diǎn)：路基面不需加寬、投資??；

不足體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)接觸網(wǎng)專(zhuān)業(yè)

①接觸網(wǎng)采用橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱配直埋基礎(chǔ)。若電纜槽與接觸網(wǎng)支柱設(shè)在同一直線上，為使電纜貫通敷設(shè)，須在支柱上預(yù)留孔洞，經(jīng)與支柱設(shè)計(jì)方溝通，由于影響支柱容量且路肩面及以下部分為支柱關(guān)鍵受力點(diǎn)，不允許在支柱路肩面以下部位預(yù)留孔洞。同時(shí)，接觸網(wǎng)支柱更換時(shí)，由于電纜槽干擾，無(wú)法新立支柱，須局部幫寬路肩，在電纜槽外側(cè)挖坑、立柱。

②接觸網(wǎng)采用橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱配法蘭盤(pán)基礎(chǔ)。若電纜槽與接觸網(wǎng)支柱設(shè)在同一直線上，為使電纜貫通敷設(shè)，須在基礎(chǔ)上預(yù)留孔洞。可在基礎(chǔ)路肩面以下部分預(yù)留φ300 mm圓形孔1處，孔的底部與電纜槽底面平齊。須采用帶法蘭盤(pán)橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱，該型號(hào)支柱未納入鐵標(biāo)，與現(xiàn)行《電氣化鐵路接觸網(wǎng)預(yù)應(yīng)力混凝土支柱第1部分橫腹桿式支柱》(TB/T 2286.1—2008)和鐵路工程建設(shè)通用參考圖電氣化鐵路《橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土接觸網(wǎng)腕臂支柱》(通化(2006)1202—I)不符[7]。

③接觸網(wǎng)采用環(huán)形等徑預(yù)應(yīng)力混凝土支柱配直埋基礎(chǔ)。接觸網(wǎng)支柱外徑一般為350 mm或400 mm，無(wú)預(yù)留孔洞條件。

④接觸網(wǎng)采用環(huán)形等徑預(yù)應(yīng)力混凝土支柱配法蘭盤(pán)基礎(chǔ)。接觸網(wǎng)支柱外徑一般為350 mm或400 mm，法蘭盤(pán)基礎(chǔ)中地腳螺栓采用環(huán)形等距布置，無(wú)預(yù)留孔洞條件。

(2)通信專(zhuān)業(yè)

光纜直徑尺寸為：如考慮在接觸網(wǎng)基礎(chǔ)或支柱上預(yù)留孔洞用于穿放光纜，則孔洞的最小直徑為100 mm；光纜標(biāo)準(zhǔn)制造長(zhǎng)度的標(biāo)稱(chēng)值為2 000 m或3 000 m，即每盤(pán)光纜長(zhǎng)度為2 000 m或3 000 m。目前通信光纜施工多為人工布放，采用直線肩扛方式，不能將光纜在地面拖拽，如穿過(guò)接觸網(wǎng)支柱預(yù)留的孔洞，每盤(pán)光纜需穿洞40次或60次，施工難度大。在穿幾個(gè)洞之后，主要依靠外力拉扯光纜，這對(duì)光纜的衰減特性影響很大[8]。

(3)信號(hào)專(zhuān)業(yè)

①按照目前的信號(hào)施工要求，區(qū)間信號(hào)電纜采用整盤(pán)配置，電纜長(zhǎng)度根據(jù)信號(hào)設(shè)備位置確定，一般情況下信號(hào)電纜長(zhǎng)度為700～1 400 m。接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)約50 m一處，如采用在接觸網(wǎng)基礎(chǔ)上預(yù)留孔洞的方式敷設(shè)電纜，每約50 m信號(hào)電纜需從預(yù)留孔穿過(guò)，給信號(hào)電纜施工、維護(hù)帶來(lái)較大困難，且穿電纜過(guò)程中須拖拽電纜，有可能損傷電纜外皮。已發(fā)生過(guò)由于電纜外皮損壞電纜放電引起的火災(zāi)事故。

②自動(dòng)閉塞區(qū)段信號(hào)電纜較多，如采用雙側(cè)敷設(shè)電纜的方式(即線路兩側(cè)均預(yù)留信號(hào)電纜槽)，信號(hào)電纜數(shù)量一般在6～9根，如采用單側(cè)敷設(shè)電纜的方式(即僅在雙線鐵路的一側(cè)敷設(shè)電纜槽)，信號(hào)電纜數(shù)量一般在12～15根，單根電纜直徑約為40～50 mm。如采用在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)下預(yù)留孔洞的方式，需要預(yù)留8根φ100 mm的防護(hù)管(可采用排管)。

(4)電力專(zhuān)業(yè)

鐵路區(qū)間電纜主要為10 kV貫通線電纜[9]，需于接觸網(wǎng)柱基礎(chǔ)處預(yù)留孔洞時(shí)，孔洞應(yīng)大于200 mm×200 mm；10 kV三芯電纜每盤(pán)長(zhǎng)度一般控制在800～1 000 m，若在接觸網(wǎng)柱基礎(chǔ)處預(yù)留孔洞敷設(shè)電纜，每根電纜需穿網(wǎng)柱基礎(chǔ)約16～20次；10 kV單芯電纜每盤(pán)長(zhǎng)度一般控制在3 000 m，每根電纜需穿網(wǎng)柱基礎(chǔ)約60次。因此，電纜經(jīng)接觸網(wǎng)柱基礎(chǔ)預(yù)留孔洞敷設(shè)將造成電纜敷設(shè)、檢修、維護(hù)等工作的困難。

3.2方案二：電纜槽設(shè)置于路肩與接觸網(wǎng)縱向同線、接觸網(wǎng)支柱處繞行

本方案中無(wú)接觸網(wǎng)支柱地段電纜槽設(shè)置方式見(jiàn)圖1，有接觸網(wǎng)支柱時(shí)電纜槽設(shè)置方式見(jiàn)圖2。

優(yōu)點(diǎn)：避免了接觸網(wǎng)穿孔，較經(jīng)濟(jì)。

不足：通信光纜允許的最小靜態(tài)彎曲半徑15D，允許的最小的動(dòng)態(tài)彎曲半徑30D[10]，D為光纜外徑，普通光纜外徑為20～50 mm。最小的靜態(tài)繞行半徑0.5～0.75 m，最小的動(dòng)態(tài)繞行半徑1.0～1.5 m。

三芯貫通線電纜直徑一般為58～68.9 mm，電纜彎曲半徑不應(yīng)小于電纜直徑的15倍，最小的繞行半徑0.9～1.1 m。

(1) 電纜槽向線路內(nèi)側(cè)繞行，會(huì)侵入限界，養(yǎng)護(hù)維修困難；繞行段位于道床道砟下，大機(jī)養(yǎng)護(hù)會(huì)對(duì)電纜槽造成破壞，對(duì)電纜、光纜正常使用形成安全隱患[11]。

(2)電纜槽向線路外側(cè)繞行，每處接觸網(wǎng)支柱繞行段路基面需加寬，形成一處突出，不利于機(jī)械化施工、且路基壓實(shí)質(zhì)量難保證，坡面不平整、不美觀，且給坡面防護(hù)增加了難度。

3.3 方案三：電纜槽設(shè)置于路肩接觸網(wǎng)支柱外側(cè)

為了避免電纜槽與接觸網(wǎng)支柱的干擾，便于各種光纜電纜的施工維護(hù)，電纜槽設(shè)置于路肩，縱向同線位于接觸網(wǎng)支柱外側(cè)，見(jiàn)圖2。

圖2 區(qū)間雙線直線地段電纜槽設(shè)置示意(單位：m)

區(qū)間雙線直線地段設(shè)置電纜槽后路基面寬度

W′=[3.1+B+0.5×(C-B)+

路基面加寬值按公式(2)計(jì)算。曲線地段加寬值和曲線加寬不重復(fù)計(jì)列，按二者中的大值加寬路基面。

式中W′——雙側(cè)設(shè)置電纜槽后路基面寬度，m；

W1——路基面加寬值，m；

W——路基面寬度標(biāo)準(zhǔn)值(表1中的值)，m；

B——接觸網(wǎng)支柱寬度，m；

C——接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)寬度，m；

E——電纜槽結(jié)構(gòu)寬度，m；

D——線間距，m。

單線區(qū)間直線地段設(shè)置電纜槽(和接觸網(wǎng)同側(cè)、路基面雙側(cè)等寬)后路基面寬度

時(shí)速200 km及以下電氣化鐵路接觸網(wǎng)支柱普遍采用橫腹桿式支柱和環(huán)形等徑支柱、直埋式，橫腹桿式支柱在路肩處寬度0.63 m，環(huán)形等徑支柱直徑0.35 m、0.4 m最為常見(jiàn)，基礎(chǔ)(坑)寬度按1 m考慮，表2是電纜槽位于路肩接觸網(wǎng)支柱外側(cè)時(shí)的路基面理論計(jì)算寬度。

表2 電纜槽位于路肩接觸網(wǎng)支柱外側(cè)時(shí)路基面寬度理論計(jì)算值 m

注：1.單線路基面寬度為左右半寬等寬值；2.括號(hào)內(nèi)數(shù)值為通信、信號(hào)、電力電纜槽均位于路肩，電纜槽寬0.72 m時(shí)路基面寬度值。

從表2可以看出，環(huán)形等徑支柱比橫腹桿式支柱路基面加寬均小0.1～0.15 m；采用橫腹桿式支柱時(shí)，通信信號(hào)合槽設(shè)置(電纜槽寬0.47 m、不設(shè)電力電纜槽)200 km/h以下鐵路路基面均加寬0.35 m，通信信號(hào)合槽、電力分槽設(shè)置(電纜槽寬0.72 m)200 km/h以下鐵路路基面均加寬0.6 m；200 km/h鐵路單雙線均加寬0.65 m。

優(yōu)點(diǎn)：避免了電纜槽與接觸網(wǎng)支柱的干擾、便于施工和維護(hù)。

不足：路基面加寬較多，投資增加大。

3.4 方案四：組合設(shè)置

組合設(shè)置方案是電纜槽設(shè)置在路肩及附近，滿(mǎn)足施工、維護(hù)方便，與橋隧電纜槽連接便捷[12]，同時(shí)又避免全線路基加寬、能很好地兼顧經(jīng)濟(jì)性而提出的。具體設(shè)置方法如下：

單線不加寬路基面，在接觸網(wǎng)支柱對(duì)側(cè)路肩設(shè)置電纜槽；

雙線路塹不加寬路基面、在雙側(cè)側(cè)溝平臺(tái)設(shè)置電纜槽，路堤加寬路基面(160 km/h及以下線路雙側(cè)各加寬0.1 m；200 km/h雙側(cè)各加寬0.15 m)、改陡雙側(cè)護(hù)肩坡度(由1∶1.5改為1∶0.50)，雙側(cè)設(shè)置電纜槽。

按以上原則接觸網(wǎng)支柱采用橫腹桿式支柱設(shè)置電纜槽，計(jì)算的路基面寬度見(jiàn)表3，200 km/h路基面見(jiàn)圖3～圖5，160 km/h路基面詳圖見(jiàn)圖6～圖8。

表3 設(shè)置電纜槽的電氣化鐵路直線地段路基面寬度

圖3 200 km/h雙線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位： m)

圖4 200 km/h雙線土質(zhì)路塹標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位：m)(適用軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖石及土質(zhì))

圖5 200 km/h單線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位：m)

圖6 160 km/h雙線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位：m)

圖7 160 km/h雙線土質(zhì)路塹標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位：m)(適用軟質(zhì)巖石、強(qiáng)風(fēng)化的硬質(zhì)巖石及土質(zhì))

圖8 160 km/h單線路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意(單位：m)

優(yōu)點(diǎn)：充分利用了單線單側(cè)設(shè)置接觸網(wǎng)的特點(diǎn)，將電纜槽設(shè)置于接觸網(wǎng)對(duì)側(cè)路肩，路基面不加寬；雙線路塹路基面不加寬，電纜槽設(shè)置于雙側(cè)側(cè)溝平臺(tái)；只加寬雙線路堤，且加寬值較小，經(jīng)濟(jì)合理。

不足：要求單線鐵路接觸網(wǎng)盡可能一側(cè)設(shè)置，以方便電纜槽的設(shè)置，雙線路堤、路塹過(guò)渡處，電纜槽需上跨或下穿排水溝。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)方案一電纜槽位于路肩與接觸網(wǎng)支柱縱向同線、在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)預(yù)留孔洞，雖然不加寬路基面、節(jié)省投資，但接觸網(wǎng)、電力、通信、信號(hào)專(zhuān)業(yè)均存在技術(shù)缺陷和施工維護(hù)困難；

方案二電纜槽位于路肩與接觸網(wǎng)支柱縱向同線、在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)處繞行，有安全隱患、可操作性差；

方案三電纜槽位于接觸網(wǎng)支柱外側(cè)路肩，雖整體美觀、方便施工和維護(hù)，但路基面加寬值大、投資增加多；

方案四電纜槽組合設(shè)置，只是加寬雙線路堤，且加寬較小，雖有不足，但在現(xiàn)有技術(shù)條件下均能很好解決，可操作性強(qiáng)，技術(shù)條件好，經(jīng)濟(jì)合理，推薦采用電纜槽組合設(shè)置方案。

(2)研究制定區(qū)間路基地段電纜槽設(shè)置相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)是十分必要的，也是鐵路路基標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的組成部分。

(3)區(qū)間路基地段電纜槽的設(shè)置與接觸網(wǎng)、電力、通信、信號(hào)等多專(zhuān)業(yè)相關(guān)，設(shè)計(jì)、施工階段均需很好的協(xié)調(diào)配合統(tǒng)籌兼顧。

[1] 鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.鐵路工程建設(shè)通用參考圖(通路(2010)8401)，鐵路路基電纜槽[S].北京：鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2010.

[2] 鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.鐵路工程建設(shè)通用參考圖(通化(2007)1202—Ⅰ)，電氣化鐵路橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土接觸網(wǎng)腕臂支柱[S].北京：鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2010.

[3] 鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院.鐵路工程建設(shè)通用參考圖(通化(2007)1201 Ⅰ—Ⅱ)，電氣化鐵路環(huán)形等徑預(yù)應(yīng)力混凝土接觸網(wǎng)支柱[S].北京：鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，2010.

[4] 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].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006．

[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10001—2005，鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

[6] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)函[2005]285號(hào) 新建時(shí)速200 km客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

[7] 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．

[8] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2006．

[9] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10008—2007 鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007．

[10] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10006—2005 鐵路運(yùn)輸通信設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005．

[11] 沙海柱，李魯.鐵路大型站場(chǎng)既有線接觸網(wǎng)改造施工的特點(diǎn)與對(duì)策[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(12)：93-96．

[12] 鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程建設(shè)通用參考圖(肆信(01)1008)，電纜管道人(手)孔圖[S].武漢：鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院，2001.

Analysis of cable ditch setting method of running subgrade of railway

Zhang Zongtang

(China Railway First Survey & Design Institute Group LTD; Xi’an 710043， China)

With reference to China’s current railway standards， the current situation of operational and under-construction electrified railway， the recommended value of standard width of subgrade surface on tangent electrified railway line is proposed with analysis and induction of the common catenary mast for the electrified line section where passenger train and freight train travel on the same line at the speed less than 200km/h.The system advantages and disadvantages of the four settings of cable channel in subgrade are contrasted and analyzed， the formula to calculate the width of subgrade and the value of widening is provided with the optimized setting method， where cable channel is located on the shoulder， and the width of the subgrade surface of the best combination setting is calculated. Meanwhile， the design drawing of the subgrade surface of Class I heavy haul railway is presented to serve as a reference for revision of relevant standards．

Subgrade of railway; Cable channel; Setting method

2014-01-04；

：2014-01-09

張宗堂(1968—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道工程專(zhuān)業(yè)，工程碩士，E-mail:zhang_zt@126.com。

1004-2954(2014)10-0039-05

U213.1

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.10.010