寧波地鐵1號線高架段接觸網(wǎng)景觀研究

孫海東，楊　超

(1.寧波市軌道交通集團有限公司， 浙江寧波　315012；2.北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司 ，北京　100037)

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寧波地鐵1號線高架段接觸網(wǎng)景觀研究

孫海東1，楊超2

(1.寧波市軌道交通集團有限公司， 浙江寧波315012；2.北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司 ，北京100037)

為有效改善接觸網(wǎng)對景觀環(huán)境的影響，從景觀效果和技術(shù)方面，對接觸網(wǎng)系統(tǒng)懸掛類型、支柱布置方式、支柱與橋面系結(jié)合情況、支柱的選型、隔離開關(guān)的設(shè)置、補償裝置的選用、上網(wǎng)電纜路徑變化、防腐措施及色彩協(xié)調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)進行重點分析，得出適合寧波地鐵1號線高架段接觸網(wǎng)景觀方案。既滿足接觸網(wǎng)系統(tǒng)使用功能要求，又達到了景觀設(shè)計的效果，建議寧波地鐵后續(xù)線路高架段采用此接觸網(wǎng)景觀方案，并為其他類似工程提供借鑒。

地鐵；接觸網(wǎng)；景觀；方案

1　研究背景

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，高架線路架空接觸網(wǎng)應(yīng)用也越來越廣泛。目前我國在建和已建城市軌道交通線路大多采用了架空接觸網(wǎng)供電方式。而架空接觸網(wǎng)由于支柱和架空接觸網(wǎng)的存在，使得城市軌道交通高架線路的景觀效果受到了一定的影響。如何在滿足架空接觸網(wǎng)技術(shù)要求的前提下，提高接觸網(wǎng)景觀效果，是今后我們研究的發(fā)展方向。

隨著投入運營線路的增多，對接觸網(wǎng)景觀效果進行優(yōu)化的呼聲越來越高，國內(nèi)廠家也積極研制出許多新型產(chǎn)品，以改善景觀效果。同時，各單位也在充分考慮架空接觸網(wǎng)技術(shù)條件的前提下，更新設(shè)計思路，通過采用新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品等手段來提高架空接觸網(wǎng)的景觀效果。同時高架橋、接觸網(wǎng)和聲屏障作為高架區(qū)段軌道交通最直觀的反映，其景觀協(xié)調(diào)性更加受到重視，可以通過改變橋面寬度、改變接觸網(wǎng)支柱形式、調(diào)整接觸網(wǎng)支柱與聲屏障相互位置、提高護欄板等方式改善城市軌道交通高架線路的景觀效果。

因此，接觸網(wǎng)作為軌道交通的一個子系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)運行需要的同時，也間接承載著景觀展示、反映城市特色、融合生態(tài)環(huán)境的任務(wù)[1]。

2　研究內(nèi)容

寧波地鐵1號線是寧波市軌道交通線網(wǎng)的基本骨干線，線路全長45.878 km，其中高架線路26.45 km。高架段根據(jù)環(huán)評要求沿線需設(shè)置不同形式的聲屏障，接觸網(wǎng)支柱與聲屏障及橋梁的結(jié)合設(shè)計是本工程接觸網(wǎng)景觀的研究重點。

主要從以下幾方面進行景觀效果研究：接觸網(wǎng)懸掛類型、接觸網(wǎng)支柱布置方式、接觸網(wǎng)支柱與橋面系結(jié)合情況、接觸網(wǎng)支柱的選型、隔離開關(guān)設(shè)置的位置選擇、補償裝置的選用、上網(wǎng)電纜路徑變化、接觸網(wǎng)防腐措施及色彩協(xié)調(diào)[2]。

3　研究方案

3.1接觸網(wǎng)懸掛類型

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，架空接觸網(wǎng)可分為：柔性架空接觸網(wǎng)和剛性架空接觸網(wǎng)。

剛性架空接觸網(wǎng)的懸掛點間距一般為8～10 m，用于隧道內(nèi)接觸網(wǎng)安裝，對于地面及高架線路，由于上方空曠，必須安裝支架來懸掛支撐件，投資很大，故不適合于隧道外懸掛安裝[3]。

柔性懸掛的跨距一般為30～50 m，接觸網(wǎng)懸掛可采用單支柱安裝旋轉(zhuǎn)腕臂結(jié)構(gòu)形式，投資省，施工方便。因此高架段需采用柔性懸掛方式。

從柔性架空接觸網(wǎng)的懸掛類型看，無論是簡單懸掛還是簡單鏈型懸掛都能夠滿足本線最高80 km/h速度的行車要求，簡單懸掛裝配簡單，懸掛線索數(shù)量少，景觀效果稍好。但相對于簡單鏈型懸掛，簡單懸掛在授流可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面均有不足。根據(jù)本線牽引供電的計算，采用簡單懸掛無法滿足車輛取流的需要。目前，寧波地鐵1號線高架段接觸網(wǎng)的設(shè)計方案推薦采用簡單鏈型懸掛，導(dǎo)線組成為2根輔助饋線+2根接觸線+2根承力索+1根架空地線[4]。

考慮到接觸網(wǎng)景觀的優(yōu)劣與接觸網(wǎng)線索的數(shù)量密切相關(guān)，根據(jù)牽引計算結(jié)果，接觸網(wǎng)可以考慮初、近期不設(shè)置輔助饋線，遠期預(yù)留安裝輔助饋線的條件。

3.2接觸網(wǎng)支柱布置

對于高架區(qū)段接觸網(wǎng)立柱可分為兩側(cè)立柱、中間立柱及門型架3種形式。

兩側(cè)立柱是比較常見的布置方式，我國軌道交通高架橋區(qū)段一般均采用此種方式；中間立柱較為少見，門型架布置應(yīng)用不多。

采用中間立柱的布置方式景觀效果最好，兩側(cè)立柱次之，但是中間立柱方案對高架結(jié)構(gòu)影響較大，并且與本工程線路中間設(shè)置疏散平臺的方案有沖突，接觸網(wǎng)的安裝也存在一些問題。故本線高架段推薦采用兩側(cè)立柱方案，通過與橋面系各系統(tǒng)間的良好結(jié)合，以達到良好的景觀效果。

3.3接觸網(wǎng)支柱與橋面系方案

對于兩側(cè)布置接觸網(wǎng)支柱的高架橋，接觸網(wǎng)支柱可設(shè)置于聲屏障內(nèi)側(cè)或外側(cè)。由于接觸網(wǎng)需要經(jīng)常進行支柱、基礎(chǔ)、地腳螺栓的檢查，調(diào)節(jié)下錨補償量、下錨拉線等工作，當接觸網(wǎng)支柱設(shè)置于聲屏障外側(cè)時，對接觸網(wǎng)自身的檢修、維護不利。另外接觸網(wǎng)的斜腕臂是帶電體，對聲屏障的高度也有限制，所以接觸網(wǎng)設(shè)置在聲屏障外側(cè)的形式很少采用。

目前國內(nèi)城市軌道交通線路一般將接觸網(wǎng)支柱設(shè)置于聲屏障內(nèi)側(cè)。主要方式有3種，針對3種接觸網(wǎng)支柱布置方式，下面從景觀效果、對其他專業(yè)影響、運營維護、施工安裝等幾個方面進行比較，見表1。

表1　3種布置方式對比分析

3.3.1方案概況

為保證高架段的良好景觀，寧波地鐵1號線高架段將對以上3種方式的優(yōu)點進行整合，同時兼顧經(jīng)濟性、美觀性和可實施性。采用對橋梁護欄板、接觸網(wǎng)支柱和聲屏障集中整合的方案，優(yōu)化布置，以壓縮橋梁寬度，節(jié)約投資[5]。

整合以后的接觸網(wǎng)支柱和聲屏障位于橋梁護欄板上方，接觸網(wǎng)支柱位于聲屏障內(nèi)側(cè)，下錨點特殊處理。直線段橋梁等寬，曲線段根據(jù)限界條件整體加寬，全線無局部突出。如圖1所示，接觸網(wǎng)在直線段條件下，支柱位于聲屏障內(nèi)側(cè)。

圖1　橋面系整合之后接觸網(wǎng)布置(單位：cm)

3.3.2接觸網(wǎng)重點研究內(nèi)容

(1)滿足受力的前提下縮小接觸網(wǎng)預(yù)埋件及支柱底板法蘭橫橋向尺寸

根據(jù)受力計算，各種不同曲線條件下支柱容量及荷載情況見表2。

表2　支柱容量及荷載

由表2可知，寧波地鐵1號線高架段最大支柱容量為120 kN·m?？紤]到預(yù)埋件由橋梁施工單位實施，應(yīng)盡量減少預(yù)埋件種類。本工程支柱預(yù)埋件統(tǒng)一為一種，均按最大荷載核算[6]。支柱底板法蘭見圖2。

圖2　最大荷載核算的支柱底板法蘭(單位：mm)

經(jīng)最大荷載核算，支柱底板法蘭垂直線路方向由原來的600 mm縮小至510 mm，各項受力均滿足設(shè)計要求。

(2)下錨補償裝置比選[7]

目前在城市軌道交通中，柔性架空接觸網(wǎng)下錨補償基本有3種補償裝置，即棘輪補償裝置、恒張力彈簧補償裝置和液壓補償裝置。

①棘輪補償裝置具有應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟、補償靈活、強度好、傳動效率高、耐腐蝕性能好等特點，但設(shè)備相對笨重，景觀效果較差。

②液壓補償裝置具有安裝使用方便，調(diào)節(jié)靈活，質(zhì)量輕等優(yōu)點。但是該裝置應(yīng)用較少、易出現(xiàn)漏油、漏氣的現(xiàn)象，受環(huán)境溫度的影響較大，技術(shù)成熟性需要進一步驗證。

③恒張力彈簧補償裝置具有安裝使用方便、占用空間小、調(diào)節(jié)靈活、質(zhì)量輕、外形美觀、與城市景觀的協(xié)調(diào)性較好等特點。但是技術(shù)成熟性有待進一步實踐檢驗，目前供貨商也比較少，產(chǎn)品選擇空間較小。如圖3所示。

圖3　恒張力彈簧補償裝置

寧波作為歷史文化名城，對景觀效果要求較高，綜合考慮，推薦采用棘輪補償裝置。后續(xù)實施階段根據(jù)技術(shù)發(fā)展，適時選擇恒張力彈簧補償裝置。

(3)棘輪補償裝置的優(yōu)化

由于接觸網(wǎng)支柱位于橋梁護欄板之上，對于補償下錨柱來說，墜砣的行程受到一定限制，經(jīng)計算可以將下錨墜砣改為雙串布置以解決此問題[8]。具體計算參數(shù)見表3。

表3　補償下錨墜砣行程計算參數(shù)

經(jīng)計算，橋梁護欄板高度設(shè)計為橋面以上1 300 mm為宜，接觸網(wǎng)的錨段長度不宜大于1 400 m。

(4)全封閉聲屏障處接觸網(wǎng)下錨的處理

接觸網(wǎng)的下錨包括接觸線下錨、承力索下錨、中心錨結(jié)下錨、架空地線對向下錨、輔助饋線對向下錨。在全封閉聲屏障區(qū)段，下錨點的處理可以采用如下兩種方案。

方案1：接觸網(wǎng)單獨組立支柱，其平面布置與聲屏障直立段相同，下錨拉線與聲屏障支柱不發(fā)生沖突，均位于聲屏障內(nèi)側(cè)。

方案2：下錨段接觸網(wǎng)與聲屏障合架，在聲屏障鋼結(jié)構(gòu)上安裝接觸網(wǎng)下錨吊柱，接觸網(wǎng)利用吊柱下錨，并在相鄰跨的聲屏障結(jié)構(gòu)柱上安裝拉線底座。通過對聲屏障鋼結(jié)構(gòu)的受力情況核算，綜合考慮，本工程推薦采用方案1。

3.4接觸網(wǎng)支柱選型

高架橋接觸網(wǎng)支柱一般采用鋼支柱，根據(jù)形式可以分為圓錐形鋼柱、等徑圓鋼柱、H型鋼支柱等[9]。

錐形鋼管柱截面尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，制造簡單，機械化程度高，質(zhì)量容易控制，外形輕盈、線條流暢，景觀效果好。

環(huán)形等徑鋼管柱支柱上下截面一致，裝配簡單，配套零件易于標準化，安裝維修方便，外形簡潔。

H型鋼柱截面尺寸小，結(jié)構(gòu)簡潔、制造簡單、景觀效果好。支柱上下截面一致，裝配簡單，配套零件易于標準化，安裝維修方便。H型鋼柱抗彎強度較大，但抗扭強度較小，且對受力有方向性要求[10]。

通過對3種類型支柱進行分析比較，考慮到圓錐形鋼柱外形美觀、質(zhì)量輕、強度高且受力無方向性、底座安裝穩(wěn)固等特點，且投資較少，故寧波地鐵1號線高架橋上單腕臂柱采用錐形圓鋼柱[11]。

3.5隔離開關(guān)的設(shè)置

無論是以往的接觸網(wǎng)設(shè)計，還是接觸網(wǎng)運營檢修規(guī)程，都未提出接觸網(wǎng)錨段關(guān)節(jié)隔離開關(guān)的具體安裝位置。

目前高架區(qū)段上網(wǎng)隔離開關(guān)的設(shè)置一般架設(shè)在區(qū)間支柱之上，由于是3臺開關(guān)的組合，需要采用2個接觸網(wǎng)支柱組成安裝支架，橋梁側(cè)面景觀效果較差[12]。

寧波地鐵1號線高架線如果采用接觸網(wǎng)上網(wǎng)隔離開關(guān)支柱安裝，對景觀的影響比較明顯，可通過優(yōu)化設(shè)計提高景觀效果。

建議將高架段接觸網(wǎng)上網(wǎng)隔離開關(guān)設(shè)置在柜體內(nèi)，隔離開關(guān)安裝地點由支柱變?yōu)榈孛妫瑢⒐耋w放置在高架橋車站范圍內(nèi)，接觸網(wǎng)電分段處通過電纜敷設(shè)的方式引上，這樣高架橋區(qū)段支柱上避免了隔離開關(guān)的設(shè)置，采取將隔離開關(guān)安裝位置下移的方式避免對景觀的影響。

3.6上網(wǎng)電纜路徑變化

一般城市軌道交通線路的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜經(jīng)由接觸網(wǎng)支柱向上敷設(shè)至接觸網(wǎng)上網(wǎng)點，線索密集、眾多，且沿接觸網(wǎng)支柱外側(cè)敷設(shè)，影響景觀效果。本工程接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜擬采用沿支柱內(nèi)部敷設(shè)方式，從外觀上見不到電纜在支柱上“爬行”，電纜的布置更加整齊，起到美化的效果。但缺點是支柱加工制造工藝復(fù)雜、截面加大，不利于安裝和維護[13]。如圖4所示。

3.7接觸網(wǎng)防腐措施及色彩協(xié)調(diào)

軌道交通接觸網(wǎng)主要設(shè)備材料采用了大量的金屬材料，如果防腐措施不當將發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，因此接觸網(wǎng)材料的防腐問題不僅影響到接觸網(wǎng)的使用壽命，而且會影響到城市景觀。在眾多的接觸網(wǎng)的防腐處理方式中，熱浸鍍鋅性能優(yōu)異，能夠確保鋼鐵制品的防腐壽命在30年以上，建議采用此種方式[14]。

為改善景觀效果，也可以在鍍鋅后的支柱外表面使用防腐、防曬、防風(fēng)的耐久涂料(如PPS 材料或氟碳樹脂涂料等)進行噴涂繪制圖案，但是成本較高且景觀效果及保持時間不可預(yù)期，不推薦使用[15]。

4　結(jié)語

軌道交通作為一種快速公共交通工具，具有安全、舒適、便捷的優(yōu)點，同時作為一個系統(tǒng)繁多的大型的建筑物，它也在很大程度上深刻改變著城市面貌。在國內(nèi)軌道交通系統(tǒng)大規(guī)模開工建設(shè)的背景下，人們已經(jīng)越來越重視其景觀影響。接觸網(wǎng)作為直觀反映軌道交通景觀效果的媒介之一，對景觀處理具有重要的意義。 寧波地鐵1號線高架段通過上述方案的實施，可以有效地改善接觸網(wǎng)對景觀環(huán)境的影響，為今后新線建設(shè)或類似工程建設(shè)提供借鑒。

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Research on OCS Landscape in Elevated Section of Ningbo Metro Line 1

SUN Hai-dong1， YANG chao2

(1.Ningbo Rail Transit Group Co.， Ltd.， Ningbo 315012， China; 2.Beijing Urban Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100037， China)

To effectively improve the environmental impact on the landscape， this paper focuses on key technologies， such as catenary suspension modes， pillar arrangement， binding of pillar with deck system， position of switchgear， selection of compensating device， cable laying method， corrosion prevention and color coordination with respect to visual effect and techniques to find out OCS landscape program applicable to the elevated section of Ningbo metro line 1. The program not only satisfies the functional requirements but also achieve the effect of landscape design. The program is recommended for follow-up elevated sections of Ningbo Metro providing

for other similar projects．

Metro; OCS (Overhead Catenary System); Landscape; Program

2016-02-23；

2016-03-22

孫海東(1982—)，男，工程師，2006年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院，工學(xué)學(xué)士，E-mail：shd125@qq.com。

1004-2954(2016)09-0132-05

U225

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.029