關(guān)于客運專線接觸網(wǎng)支柱和基礎(chǔ)研究

王宏櫻

（中鐵一院集團 南方工程咨詢監(jiān)理有限公司，廣東　　珠?！?19000）

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關(guān)于客運專線接觸網(wǎng)支柱和基礎(chǔ)研究

王宏櫻

（中鐵一院集團 南方工程咨詢監(jiān)理有限公司，廣東珠海519000）

摘要：客運專線接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的主動脈，其功能是通過與受電弓在運行中的良好接觸將電能傳給電力機車。為保證向電力機車或動車組供電的可靠性，對接觸網(wǎng)的支柱和基礎(chǔ)要求極高。筆者通過對各種接觸網(wǎng)支柱的分析比較，提出了適合客運專線接觸網(wǎng)的支柱和基礎(chǔ)選型方案，為今后設(shè)計、施工提供參考。

關(guān)鍵詞：客運專線；接觸網(wǎng)；支柱

客運專線運行速度高、行車密度大，對供電能力和供電質(zhì)量的要求極高，其接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的主動脈，功能是通過與受電弓在運行中的良好接觸將電能傳給電力機車。客運專線路基為雙線并行，兩側(cè)設(shè)有電纜槽，接觸網(wǎng)支柱及基礎(chǔ)設(shè)置在電纜槽外殼以內(nèi)，不能破壞路基的整體性，且接觸網(wǎng)支柱側(cè)面限界Cx=3.1 m，這就要求接觸網(wǎng)支柱截面不易過大，支柱截面過大會使相應(yīng)的基礎(chǔ)外緣侵入電纜槽，將影響路基的整體美觀。

1　　接觸網(wǎng)支柱選型和技術(shù)經(jīng)濟比較的研究

根據(jù)客運專線特點，接觸網(wǎng)支柱應(yīng)采用截面較小的環(huán)形截面支柱或H字形鋼柱。由于高速運行的列車引起的空氣流體壓力，對其旁側(cè)的接觸網(wǎng)支柱影響很大，因此采用環(huán)形截面支柱比H字形截面支柱更有優(yōu)勢，對各種環(huán)形等徑預應(yīng)力混凝土柱、圓鋼管柱、H型鋼柱及其基礎(chǔ)作技術(shù)經(jīng)濟比較見表1所示。

客運專線可采用的接觸網(wǎng)支柱型號及配套的基礎(chǔ)比較如下：

（1）環(huán)形等徑預應(yīng)力混凝土支柱，這種支柱容量達到80 kNm～100 kNm時，支柱截面直徑為400 mm，帶法蘭的環(huán)形預應(yīng)力混凝土支柱重量約2.1 t。

（2）圓形鋼管支柱，分等徑圓形鋼管柱和錐形鋼管柱兩類，在路基上均可采用機械鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。圓錐形鋼管柱與等徑圓形鋼管柱相比，具有可防止腕臂抱箍下滑，且美觀的特點。等徑和圓錐形鋼管柱容量均可達到80 kNm～100 kNm，圓形鋼管柱底直徑只須350 mm就可滿足強度和撓度的要求，重量分別為0.59 t和0.68 t。其特點是：體積小、重量輕、安裝方便且美觀，使用壽命長，這點是環(huán)形等徑混凝土支柱無法比擬的。

表1　幾種支柱的技術(shù)經(jīng)濟比較表

（3）H型鋼柱與圓形鋼管柱相比，重量大，抗扭曲遠不如圓形鋼管，且柱底座與鉆孔灌注樁基礎(chǔ)很難匹配，灌注樁直徑達到ф800時才能滿足其安裝要求，且預留螺栓有方向性，預留螺栓難度較大。

（4）橋梁上的接觸網(wǎng)支柱，應(yīng)采用輕型鋼結(jié)構(gòu)支柱。高速鐵路橋梁是現(xiàn)澆連續(xù)梁，不是一般常用的簡支梁，所以接觸網(wǎng)支柱只能在橋梁面上預留安裝，而不同于一般鐵路橋接觸網(wǎng)支柱安裝在橋墩上，要求橋上接觸網(wǎng)支柱要輕且截面小，而結(jié)構(gòu)式鋼柱重量雖輕，但截面較大，不滿足現(xiàn)澆連續(xù)梁橋面系的要求。故只能采用圓形鋼管柱和H型鋼柱。

綜合上述比較，圓形鋼管柱和H型鋼柱比環(huán)形等徑混凝土支柱投資較大，圓形鋼管柱和H型鋼柱的優(yōu)點是重量輕，而采用的鉆孔灌注混凝土基礎(chǔ)相同，故在路基上采用環(huán)形等徑混凝土支柱投資較省，得出以下三種支柱選型方案：

（1）路基區(qū)段采用Φ350環(huán)形等徑鋼筋混凝土柱，橋上采用Φ350等徑圓鋼管柱（熱軋無縫鋼管）；

（2）路基區(qū)段和橋上均采用 Φ350等徑圓鋼管柱；

（3）路基區(qū)段和橋上均采用H型鋼柱（熱軋H型鋼）。

2　　接觸網(wǎng)支柱容量（彎矩）計算和支柱撓度（變形）控制范圍的研究

客運專線接觸網(wǎng)支柱側(cè)面限界大，導線張力大，沒有小曲線，對支柱的變形控制較高。接觸網(wǎng)支柱容量計算時，風荷載標準應(yīng)按50年一遇的風壓采用，除風荷載體型系數(shù)按支柱構(gòu)造形式取值外，風壓高度變化系數(shù)應(yīng)按沿線實際地形地貌（如田野、山谷、市區(qū)）分別取值計算，對于橋上接觸網(wǎng)鋼柱除考慮第一振型的影響外，還應(yīng)考慮脈動影響系數(shù)。接觸網(wǎng)支柱撓度（變形）的控制目前國內(nèi)以柱頂撓度不大于L%為標準，客運專線取接觸網(wǎng)支柱腕臂底座處水平位移控制在50 mm內(nèi)。支柱撓度計算公式應(yīng)考慮變位的迭加，計算公式如下：

經(jīng)計算：接觸網(wǎng)支柱不考慮增高時，當支柱腕臂底座處水平位移達到50 mm時，柱頂撓度未達到L%，而接觸網(wǎng)支柱增高后，則柱頂撓度超過L%，可見控制接觸網(wǎng)支柱腕臂底座處水平位移不受接觸網(wǎng)支柱高度影響。

3　　接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)類型的設(shè)計特點和施工工藝的研究

客運專線整體路基不允許在其上采取人工大開挖基坑，接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)也應(yīng)設(shè)計成截面小，并能使用機械施工的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，見圖1所示。

圖1接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)截面圖

客用專線可采用的接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)類型比選如下：

（1）采用機械鉆灌注樁基礎(chǔ)，其優(yōu)點：灌注樁直徑(ф700)小、可采用機械鉆孔、開挖時不破壞路基整體性，且灌注樁基礎(chǔ)頂預留地腳螺栓與環(huán)形預應(yīng)力混凝土支柱底法蘭盤安裝方便。

（2）圓形鋼管支柱，分等徑圓形鋼管柱和錐形鋼管兩類，在路基上均可采用機械鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

（3）H型鋼柱與圓形鋼管柱相比，重量大，抗扭曲遠不如圓形鋼管，且柱底座與鉆孔灌注樁基礎(chǔ)很難匹配，灌注樁直徑達到ф800時才能滿足其安裝要求，且預留螺栓有方向性，預留螺栓難度較大。

（4）鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的施工，由于采用履帶式旋挖鉆機，一般在道床成形未鋪軌前施工較容易控制基礎(chǔ)質(zhì)量，但對接觸網(wǎng)平面布置有一定的限制，如果在鋪軌后施工基礎(chǔ)，履帶式旋挖鉆機無法進場，只能將其安裝在平板車施工。

（5）橋梁上的接觸網(wǎng)支柱，應(yīng)采用輕型鋼結(jié)構(gòu)支柱，高速鐵路橋梁是現(xiàn)澆連續(xù)梁，不是一般常用的簡支梁，所以接觸網(wǎng)支柱只能在橋梁面上預留安裝，而不同于一般鐵路橋接觸網(wǎng)支柱安裝在橋墩上，故要求橋上接觸網(wǎng)支柱要輕且截面小，這樣支柱底座預留容易實現(xiàn)，且對橋面系其他設(shè)施影響較小。

4　　接觸網(wǎng)下錨支持結(jié)構(gòu)及相應(yīng)基礎(chǔ)的研究

路基上接觸網(wǎng)下錨支柱采用打拉線形式，拉線基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁形式，這樣可與支柱基礎(chǔ)形式達到統(tǒng)一，而在橋上設(shè)置下錨柱時，應(yīng)考慮橋面系的結(jié)構(gòu)特征和受力特點，建議采用雙肢柱結(jié)構(gòu)，把下錨底座與腕臂底座分別設(shè)置在不同的肢上，雙肢柱又互為連接共同承受下錨產(chǎn)生的彎矩，雙肢柱是順線路設(shè)置（見圖2所示），其特點是減小了垂直線路方向的尺寸，加大了順線路方向的尺寸，使橋梁受力更加合理，也滿足接觸網(wǎng)下錨的受力要求。

圖2橋梁面上接觸網(wǎng)雙肢下錨圖

5　　結(jié)束語

對接觸網(wǎng)的支柱和基礎(chǔ)選型要根據(jù)線路特點和技術(shù)要求，區(qū)分路基和橋梁等區(qū)段的不同條件，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟比較及施工難易等，確定選擇合理的接觸網(wǎng)支柱和基礎(chǔ)。

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中圖分類號：U225.4

文獻標識碼：B

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.06.022

收稿日期：2016-3-19

作者簡介：王宏櫻(1981-)，男，漢族，甘肅白銀人，大學本科，工程師，主要從事電氣化鐵路咨詢、監(jiān)理工作。