一種新型鐵路綜合電纜槽的研制及應(yīng)用探討

陳玉泉，裘 韌，張新龍

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一種新型鐵路綜合電纜槽的研制及應(yīng)用探討

陳玉泉，裘 韌，張新龍

在借鑒當(dāng)前廣泛采用的鐵路電纜槽應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合既有普速鐵路特點(diǎn)和現(xiàn)場需求研制一種新型鐵路綜合電纜槽，該電纜槽具有使用年限長、強(qiáng)度高、重量輕、承重性好等優(yōu)點(diǎn)，并具有較完善的防松防盜設(shè)計(jì)，可在既有普速鐵路改造中使用，也適用于設(shè)計(jì)時(shí)速200 km及以上客貨共線鐵路和客運(yùn)專線鐵路。

電纜槽；設(shè)計(jì)使用年限；設(shè)計(jì)荷載；水泥復(fù)合材料；應(yīng)用

0 引言

目前，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km及以上客貨共線鐵路和客運(yùn)專線鐵路（含高速鐵路）區(qū)間路基范圍內(nèi)設(shè)置的電纜槽普通采用鋼筋混凝土綜合電纜槽，該電纜槽整體預(yù)制，通信信號電纜共槽，電力電纜分槽，中間采用隔板隔離，設(shè)置于路肩上。既有普速鐵路主要采用直埋方式敷設(shè)光電纜，部分不具備直埋條件的地段采用SMC復(fù)合材料電纜槽或鋼筋混凝土電纜槽進(jìn)行電纜防護(hù)，橋梁區(qū)段一般采用SMC復(fù)合材料電纜槽或鋼槽?！凹扔芯€綜合管溝建設(shè)方案及實(shí)施規(guī)劃研究”課題中研制了一種新型鐵路綜合電纜槽，該電纜槽采用新材料、新工藝，整體預(yù)制，使用年限長、強(qiáng)度高，可在既有線鐵路改造中使用，也適用于設(shè)計(jì)時(shí)速200 km及以上客貨共線鐵路和客運(yùn)專線鐵路。

1 研究原則及思路

根據(jù)鐵路的發(fā)展趨勢，結(jié)合當(dāng)前鐵路電纜槽的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在新型電纜槽的研究過程中，主要考慮以下原則和思路。

（1）提高設(shè)計(jì)荷載。由于既有鐵路經(jīng)歷多年運(yùn)營和多次改造，線路兩側(cè)均已敷設(shè)了大量光電纜，且大部分鐵路路肩外移至防護(hù)柵欄，相關(guān)維護(hù)單位均要求電纜不得敷設(shè)于防護(hù)柵欄之外。在有砟軌道區(qū)段，線路大修時(shí)可能將軌枕、鋼軌堆放于電纜槽上，若電纜槽設(shè)計(jì)荷載不足，容易造成電纜槽損壞甚至損傷電纜。因此，新型電纜槽的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)滿足其在路肩上設(shè)置要求，不僅需考慮線路養(yǎng)護(hù)維修人員通行及放置小型養(yǎng)路機(jī)械的需求，還應(yīng)考慮承載軌枕和鋼軌的重量。

（2）提高設(shè)計(jì)使用年限。適當(dāng)提高電纜槽的設(shè)計(jì)使用年限不僅可以減少線路改造時(shí)反復(fù)開挖電纜溝的次數(shù)，減小對鐵路運(yùn)營的干擾，還可與路基防護(hù)結(jié)構(gòu)和排水結(jié)構(gòu)的使用年限相匹配，有利于其同步更新改造?！惰F路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的要求如表1所示。

由表1可知，電纜溝槽設(shè)計(jì)使用年限僅為30年，路基防護(hù)結(jié)構(gòu)和200 km/h及以上鐵路路基排水結(jié)構(gòu)使用年限為60年。因此，新型鐵路電纜槽設(shè)計(jì)使用年限提高至60年有利于電纜槽與路基防護(hù)結(jié)構(gòu)及路基排水結(jié)構(gòu)同步安排更新改造，還可減少通信、信號、電力各專業(yè)更新改造反復(fù)開挖電纜溝的次數(shù)。

（3）完善電纜槽和蓋板間的防松防盜設(shè)計(jì)。目前廣泛應(yīng)用的電纜槽與蓋板之間未設(shè)置鎖扣類的防松、防盜裝置，蓋板較容易松開或被掀起，要實(shí)現(xiàn)防松、防盜只能采取水泥砂漿封閉的措施，而電纜槽封閉后不利于電纜的維護(hù)和更換。因此，新型鐵路電纜槽需完善電纜槽和蓋板間的防松、防盜設(shè)計(jì)。

表1 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限

2 新型鐵路電纜槽材質(zhì)的研究

鋼筋混凝土材質(zhì)的電纜槽主要通過使用更高強(qiáng)度等級的混凝土、加大鋼筋截面、增加鋼筋保護(hù)層厚度等方式提高設(shè)計(jì)荷載和設(shè)計(jì)使用年限，并完善電纜槽和蓋板間的防松、防盜設(shè)計(jì)，但采用該方式致使電纜槽非常笨重，不利于運(yùn)輸和施工安裝。

本課題研究結(jié)合現(xiàn)狀和市場調(diào)研，借鑒復(fù)合材料的加工思路，研制了一種新型材料。該材料以特種高強(qiáng)水泥、石英粉、活性粉末和硅質(zhì)材料為主材，以多種無機(jī)礦物纖維經(jīng)嚴(yán)格配比后作為增強(qiáng)材料，并添加一定量的外加劑復(fù)合而成。該材料在纖維增強(qiáng)體高強(qiáng)水泥高密板材加工工藝基礎(chǔ)上，開拓性地引入造紙浸潤、抄取工藝，以及制藥企業(yè)的壓濾、脫水和二次粉碎工藝，并采用鋼鐵企業(yè)連鑄連軋工藝中連續(xù)模壓成型工藝。通過以上全新工藝，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗?jié)B、防火、高塑性等性能。

由于新材料具備更為優(yōu)良的抗?jié)B、抗凍融能力，在電纜槽體中通過增加鋼筋以增加設(shè)計(jì)荷載時(shí)，不需要加厚鋼筋保護(hù)層就可實(shí)現(xiàn)不小于60年的設(shè)計(jì)使用年限。新材料的性能已通過第三方檢驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)新材料的性能、主材和制作工藝，該材料命名為高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料。

普通混凝土（按C30強(qiáng)度等級考慮）密度約為2 500 kg/m3，高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料密度不超過 2 300 kg/m3，質(zhì)量輕于混凝土。同時(shí)該材料強(qiáng)度高，經(jīng)測試，20 mm厚的高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料板材可以達(dá)到60 mm厚普通鋼筋混凝土板材的強(qiáng)度。

3 新型鐵路電纜槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型鐵路綜合電纜槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在充分借鑒鐵路工程建設(shè)通用參考圖《鐵路路基電纜槽》（通路[2017]8401）的基礎(chǔ)上，對電纜槽的型號、結(jié)構(gòu)尺寸以及防松防盜設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1 電纜槽型號

新型鐵路綜合電纜槽根據(jù)既有鐵路的現(xiàn)狀、站間距和車站規(guī)模等因素分為多種型號，便于不同地段根據(jù)實(shí)際情況選用適用的型號，在滿足現(xiàn)場使用條件的前提下減小現(xiàn)場施工安裝的難度。圖1為I型鐵路綜合電纜槽斷面圖。

圖1 Ⅰ型鐵路綜合電纜槽斷面

Ⅰ型鐵路綜合電纜槽適用于區(qū)間路基地段；Ⅱ型鐵路綜合電纜槽適用于中小規(guī)模車站站內(nèi)路基地段，與Ⅰ型槽相比電力電纜槽尺寸不變，通信信號電纜槽寬度增加到450 mm；Ⅲ型鐵路綜合電纜槽適用于較大規(guī)模車站站內(nèi)路基地段，與Ⅰ型槽相比電力電纜槽尺寸不變，通信信號電纜槽寬度增加到550 mm。

3.2 電纜槽結(jié)構(gòu)尺寸

新型鐵路綜合電纜槽采用通信信號電纜共槽、電力電纜分槽，中間用隔板隔離的結(jié)構(gòu)形式。

為提高電纜槽的設(shè)計(jì)荷載，槽體內(nèi)增加鋼筋，鋼筋經(jīng)過鍍鋅防腐處理；為提高設(shè)計(jì)荷載同時(shí)不影響電纜槽容量，新型鐵路綜合電纜槽稍微降低槽體高度并將通信信號電纜槽適當(dāng)加寬；為減輕電纜槽整體重量，便于運(yùn)輸和施工安裝，非承重部分做成凹面，如圖2所示。

3.3 防松防盜設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)電纜槽和蓋板間的防松、防盜，對應(yīng)每種型號的電纜槽設(shè)計(jì)了2種型號的電纜槽蓋板，電纜槽蓋板材質(zhì)與槽體材質(zhì)一致。I-A型蓋板設(shè)計(jì)了防松防盜卡扣，與電纜槽預(yù)留的結(jié)構(gòu)相匹配；I-B型蓋板不設(shè)防松防盜卡扣。I-A型蓋板與I-B型蓋板搭配使用，必須先開啟I-B型蓋板后才能順序開啟I-A型蓋板。蓋板設(shè)計(jì)圖見圖3—圖6，2種蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸一致，區(qū)別只是I-B型蓋板不安裝防松防盜卡扣。

圖2 鐵路綜合電纜槽結(jié)構(gòu)

圖3 I-A型電纜槽蓋板結(jié)構(gòu)

圖4 I-A型電纜槽蓋板尺寸及配筋示意圖

圖5 I-A型電纜槽蓋板A-A截面圖

圖6 I-A型電纜槽蓋板B-B截面圖

I-B型蓋板作為開啟電纜槽蓋板的關(guān)鍵，可選擇50～100 m設(shè)置1塊，采用水泥砂漿封閉，維修或更新改造施工更換電纜時(shí)只需開啟I-B型蓋板后即可輕松開啟其他蓋板。

3.4 其他相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽在泄水孔、接地端子預(yù)留孔、接地端子引接線預(yù)留孔設(shè)計(jì)方面均與鐵路工程建設(shè)通用參考圖《鐵路路基電纜槽》（通路[2017]8401）保持一致。

（2）出于對通信信號光電纜彎曲半徑要求和便于線纜引出的考慮，通信、信號線纜引出預(yù)留孔孔徑按Φ100預(yù)留。

（3）為實(shí)現(xiàn)施工安裝時(shí)電纜槽的快速裝配，在電纜槽對接面的底部預(yù)留2個1/4圓的鑒別銷，方便施工安裝過程的對正，也有利于電纜槽裝配后形成一個緊密的整體。

4 新型鐵路電纜槽應(yīng)用分析

傳統(tǒng)鋼筋混凝土電纜槽與新型高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析見表2。

表2 2種電纜槽對比分析

由表2可知，高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽使用年限長、強(qiáng)度高、重量輕，便于運(yùn)輸和安裝，防松防盜設(shè)計(jì)比鋼筋混凝土電纜槽更為完善，荷載也優(yōu)于鋼筋混凝土電纜槽；高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽設(shè)計(jì)使用年限長達(dá)60年，與路基防護(hù)結(jié)構(gòu)和 200 km/h及以上鐵路路基排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限相同，有利于同步大修更換；高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽均布荷載達(dá)15 kN/m2，集中荷載達(dá)5 kN，在有砟軌道區(qū)段，線路大修時(shí)可承受軌枕、鋼軌的重量。

因此，高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽適用范圍較廣，既適用于設(shè)計(jì)時(shí)速200 km及以上客貨共線鐵路和客運(yùn)專線鐵路（含高速鐵路）路基地段，也適用于既有普速鐵路路基地段。

5 結(jié)語

既有普速鐵路沿線敷設(shè)有大量直埋路內(nèi)外光電纜，在鐵路的更新改造施工中，挖斷在用光電纜將對鐵路運(yùn)輸造成重大影響。采用新型鐵路綜合電纜槽可有效減少電纜溝反復(fù)開挖的次數(shù)，也可大大減少開挖電纜溝的施工配合及安全防護(hù)成本。

新型鐵路綜合電纜槽采用高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料，使用年限長達(dá)60年，強(qiáng)度高、重量輕，設(shè)計(jì)荷載較大，可承受線路大修時(shí)堆放于電纜槽上的軌枕、鋼軌的重量，并進(jìn)行了較為完善的防松防盜設(shè)計(jì)。按照鐵路技術(shù)改造的經(jīng)驗(yàn)，由于各專業(yè)更新改造周期不一致，既有普速鐵路平均每5年進(jìn)行一次技術(shù)改造，在高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽使用年限內(nèi)大約需要進(jìn)行12次電纜溝開挖。高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽的一次投資成本約等于9次電纜溝開挖的成本。因此，在既有普速鐵路建設(shè)高強(qiáng)輕質(zhì)水泥復(fù)合材料電纜槽具有較高的必要性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。

[1] 通路（2017）8401 鐵路工程建設(shè)通用參考圖鐵路路基電纜槽[Z].

[2] 中華人民共和國鐵道部. TB 10005-2010 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2010.

[3] 國家鐵路局. TB 10006-2016 鐵路通信設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2016.

[4] 國家鐵路局. TB 10007-2017 鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2017.

[5] 國家鐵路局. TB 10008-2015 鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2015.

With reference of experience from application of railway cable troughs widely used at the present time, with connection to the characteristics and site requirements of existed conventional railways, a new type of railway integrated cable troughs is developed, and the cable troughs are available with longer service life, high intensity, light weight and good performance for load bearing, provided with anti-loosening and anti-theft design; they are able to be used in conventional railway, both of mixed passenger & freight railway and passenger dedicated railway with design speed of 200 km/above.

Cable trough; design service life; design load; cement composite materials; application

U284.77+4

B

1007-936X(2018)02-0080-03

2017-10-17

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.021

陳玉泉.中鐵通信信號勘測設(shè)計(jì)（北京）有限公司，高級工程師；裘 韌.中鐵通信信號勘測設(shè)計(jì)（北京）有限公司，高級工程師;張新龍.山東鑫隆管業(yè)有限公司，工程師。

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題“既有線綜合管溝建設(shè)方案及實(shí)施規(guī)劃研究”（2016T001）。