新線引入工程與土建相關(guān)的接觸網(wǎng)優(yōu)化策略探討

陶亮金

0 引言

隨著我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，路網(wǎng)將大面積覆蓋城市和樞紐地區(qū)，有大量的高速鐵路引入既有已運(yùn)營(yíng)的電氣化鐵路樞紐或車(chē)站。在新線引入既有電氣化鐵路時(shí)，需要改造并連接新舊接觸網(wǎng)，滿足列車(chē)供電及運(yùn)輸組織需求。在接觸網(wǎng)改造施工中，主要涉及接觸網(wǎng)懸掛上部改造，以及與土建密切相關(guān)的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)開(kāi)挖、立桿等下部工程。既有樞紐或車(chē)站不僅運(yùn)輸組織繁忙，而且地形條件復(fù)雜，為接觸網(wǎng)改造施工帶來(lái)了諸多難題，如橋梁凈空低不滿足接觸網(wǎng)帶電距離要求、支柱基礎(chǔ)距構(gòu)筑物或線路過(guò)近無(wú)法施工、既有橋梁或路基擋墻上支柱基礎(chǔ)施工難度大等。在新線引入既有樞紐或車(chē)站施工過(guò)程中面臨上述問(wèn)題，若處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致工程投資高、運(yùn)輸秩序干擾大、建設(shè)工期無(wú)法保障等，甚至為鐵路后期運(yùn)營(yíng)留下安全隱患[1]。

本文將結(jié)合新線引入既有樞紐或車(chē)站時(shí)遇到的與接觸網(wǎng)相關(guān)土建施工困難問(wèn)題，分析建設(shè)過(guò)程中土建與接觸網(wǎng)工程的優(yōu)化原則，提出優(yōu)化思路及策略，并以昌贛客專引入南昌西樞紐接觸網(wǎng)工程實(shí)際優(yōu)化案例進(jìn)行闡述，為今后新線引入既有樞紐或車(chē)站接觸網(wǎng)改造施工提供參考和借鑒。

1 面臨的主要問(wèn)題

新線引入時(shí)，接觸網(wǎng)懸掛上部改造通常僅涉及接觸網(wǎng)本身，采取申請(qǐng)足夠時(shí)長(zhǎng)的停電天窗以及加強(qiáng)施工組織即可完成。而在接觸網(wǎng)與土建工程相關(guān)的基礎(chǔ)、立桿施工時(shí)，涉及到運(yùn)輸、土建、接觸網(wǎng)等多個(gè)專業(yè)或相關(guān)部門(mén)，為施工改造帶來(lái)諸多困難。結(jié)合工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，新線引入涉及接觸網(wǎng)與土建專業(yè)相關(guān)工程建設(shè)面臨的主要問(wèn)題有：

（1）接觸網(wǎng)基礎(chǔ)及立桿：路基寬度不足，立桿困難；路基擋墻處無(wú)法立桿；T 梁橋墩（臺(tái)）頂帽未加寬，無(wú)法立桿；箱梁橋面未預(yù)留基礎(chǔ)，新設(shè)基礎(chǔ)困難；既有隧道二次襯砌不滿足后置基礎(chǔ)要求。

（2）橋梁、路基等施工：跨線橋距既有接觸網(wǎng)帶電體距離或施工安全距離不足；橋墩距離接觸網(wǎng)AF 線、回流線等距離不足；頂進(jìn)涵洞或框架橋影響接觸網(wǎng)基礎(chǔ)穩(wěn)定性；站臺(tái)延長(zhǎng)占用接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)位置。

（3）行車(chē)組織：既有接觸網(wǎng)改造施工需停電作業(yè)；鄰近既有線施工需停電作業(yè)或行車(chē)限速；既有線施工過(guò)渡需天窗作業(yè)，影響行車(chē)組織。

（4）安全管理：鄰近既有線接觸網(wǎng)基礎(chǔ)開(kāi)挖影響線路穩(wěn)定性；鄰近既有線接觸網(wǎng)基礎(chǔ)爆破施工影響線路安全。

2 優(yōu)化方案的原則及策略

在新線引入既有樞紐或車(chē)站接觸網(wǎng)工程建設(shè)過(guò)程中，與接觸網(wǎng)相關(guān)的土建工程建設(shè)往往會(huì)遇到上述問(wèn)題，無(wú)論土建還是接觸網(wǎng)工程都無(wú)法按照常規(guī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施。而影響方案實(shí)施的因素非常復(fù)雜，不僅涉及樞紐內(nèi)復(fù)雜的地形地貌、眾多的城市房屋以及管線溝槽，同時(shí)還涉及到正線和樞紐、土建和接觸網(wǎng)、土建和四電、工務(wù)和供電不同的建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)單位，因此在工程實(shí)施前，必須充分統(tǒng)籌考慮各種主觀、客觀因素，綜合分析技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性，采取優(yōu)化方案，解決主要矛盾，確保建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)工期。

2.1 優(yōu)化方案的主要原則

（1）安全可靠。以確保工程質(zhì)量為底線，設(shè)計(jì)方案、現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)安全可靠，不損害、不降低土建工程及接觸網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量。

（2）科學(xué)合理。最大限度降低施工難度和減少對(duì)運(yùn)輸秩序的干擾，設(shè)計(jì)方案、現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)科學(xué)合理，充分考慮工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

2.2 優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)策略

第一步：現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)踏勘。充分調(diào)研既有情況，包括地形地貌、既有土建結(jié)構(gòu)、既有牽引供電及接觸網(wǎng)懸掛等。

第二步：方案比選論證。根據(jù)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，提出初步可行的方案；針對(duì)提出的方案，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工、行車(chē)組織、安全管理以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多方面進(jìn)行綜合分析，完成綜合比選論證。

第三步：提出優(yōu)化方案?；诩夹g(shù)安全可靠、方案科學(xué)合理的原則，結(jié)合方案比選論證結(jié)論及存在問(wèn)題，以系統(tǒng)為理念，從工程的全專業(yè)、全過(guò)程出發(fā)，逐一分析鐵路內(nèi)外、土建以及接觸網(wǎng)專業(yè)間及外部接口工程的特征，充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源，發(fā)揮土建、牽引供電、接觸網(wǎng)專業(yè)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，提出安全可靠、便于實(shí)施、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益更好的優(yōu)化方案。

3 工程案例

3.1 以牽引供電分段為優(yōu)化方向

昌贛客專通過(guò)向莆聯(lián)絡(luò)線在東村線路所與昌福線接軌，經(jīng)昌福線引入南昌西站；同時(shí)將既有南昌西動(dòng)車(chē)所改擴(kuò)建為動(dòng)車(chē)一所和動(dòng)車(chē)二所，既有南昌西動(dòng)車(chē)所與南昌西站間2 條動(dòng)走線改造為4 條動(dòng)走線。結(jié)合原供電分段設(shè)置，昌贛客專引入時(shí)需在動(dòng)走4 線302 道岔附近處設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié)，將動(dòng)走1 線臂與動(dòng)走4 線臂同相不同束供電進(jìn)行電氣分段，同時(shí)設(shè)置常開(kāi)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，具體見(jiàn)圖1。

圖1 原牽引供電分段示意圖

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研

為實(shí)現(xiàn)動(dòng)走1 線臂與動(dòng)走4線臂之間的電氣分段，需在動(dòng)走4 線的310 至302 道岔間線路上設(shè)置5 根支柱及2 處下錨拉線，以形成4 跨絕緣錨段關(guān)節(jié)，安裝新1#隔離開(kāi)關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研，其中兩根下錨支柱及相應(yīng)下錨拉線必須設(shè)置在既有橋梁梁面上，既有橋梁開(kāi)通運(yùn)營(yíng)時(shí)間已較長(zhǎng)。

3.1.2 方案比選論證

根據(jù)接觸網(wǎng)支柱及拉線基礎(chǔ)設(shè)置要求，常規(guī)設(shè)計(jì)方案主要有以下兩種：

方案一：結(jié)合既有橋梁結(jié)構(gòu)，在既有橋梁上植筋新增接觸網(wǎng)基礎(chǔ)。

方案二：結(jié)合既有橋梁處的地形地貌，在既有橋下開(kāi)挖接觸網(wǎng)基礎(chǔ)，以組立接觸網(wǎng)支柱。

方案一存在問(wèn)題：（1）施工難度大。橋高約16 m，施工操作平臺(tái)搭建、鉆孔植筋、混凝土灌裝等難度較大，施工精度及基礎(chǔ)施工質(zhì)量難以保證。（2）存在安全質(zhì)量隱患。需在既有橋梁的翼緣板及梁本體重新植筋，鉆孔易破壞既有梁體的鋼筋網(wǎng)，損傷橋梁本體的受力平衡。（3）運(yùn)營(yíng)安全存在隱患。該處絕緣錨段關(guān)節(jié)為常開(kāi)形式，其兩端為動(dòng)走1 線臂和動(dòng)走4 線臂供電單元末端，運(yùn)行中兩供電臂間可能存在電壓差，列車(chē)受電弓低速（且該絕緣錨段關(guān)節(jié)不遠(yuǎn)處有受電弓檢測(cè)棚，須限速8～12 km/h）頻繁通過(guò)時(shí)，極易產(chǎn)生燃弧[2]，損害承導(dǎo)線、吊弦等設(shè)備。

方案二存在問(wèn)題：（1）施工難度大。橋高約16 m，組立支柱高達(dá)25 m，且橋下地形復(fù)雜，基礎(chǔ)開(kāi)挖困難。（2）運(yùn)營(yíng)安全存在隱患。同方案一，動(dòng)車(chē)頻繁通過(guò)該常開(kāi)絕緣錨段關(guān)節(jié)時(shí)易產(chǎn)生燃弧，損壞接觸網(wǎng)設(shè)備。

3.1.3 優(yōu)化方案

上述方案一和方案二實(shí)施困難、代價(jià)大，必須尋求更好的方案，確保不損害既有設(shè)備質(zhì)量且能保證接觸網(wǎng)施工質(zhì)量，同時(shí)不遺留運(yùn)營(yíng)設(shè)備隱患。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)查，從土建、供電及接觸網(wǎng)整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，開(kāi)拓思路，提出通過(guò)優(yōu)化動(dòng)走4 線的牽引供電分段方案（詳見(jiàn)圖2），可更好地解決該技術(shù)難題。即充分利用動(dòng)走4 線（南昌西高速場(chǎng)側(cè)）既有絕緣錨段關(guān)節(jié)作為動(dòng)走1 線臂與動(dòng)走4 線臂的電分段，只需將其（005）#支柱隔離開(kāi)關(guān)由常閉狀態(tài)改為常開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整：

圖2 牽引供電分段優(yōu)化方案示意圖

（1）取消302～310 道岔間原絕緣錨段關(guān)節(jié)及新1#隔離開(kāi)關(guān)，將原設(shè)計(jì)絕緣錨段關(guān)節(jié)兩端的DZ3-1 錨段和DZ3-2 錨段合并，原錨段關(guān)節(jié)內(nèi)支柱安裝調(diào)整為中間柱安裝。

（2）在302～304 岔間設(shè)置分段絕緣器及新1#聯(lián)絡(luò)隔離開(kāi)關(guān)。

（3）將既有動(dòng)走1 線臂與南昌西站高速場(chǎng)下行臂進(jìn)行電氣分段的動(dòng)走4 線（087）#支柱常開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)改為常閉隔離開(kāi)關(guān)，同時(shí)將南昌西站高速場(chǎng)下行端的動(dòng)走4 線（005）#支柱常閉隔離開(kāi)關(guān)改為常開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)。

優(yōu)化后的牽引供電分段方案更加安全可靠、科學(xué)合理，解決了方案一、方案二存在的問(wèn)題，具有以下優(yōu)點(diǎn)：取消了在既有橋梁上新增設(shè)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)和拉線基礎(chǔ)的工作量，避免了對(duì)既有橋梁本體的損傷，最大程度降低了施工難度，實(shí)現(xiàn)了南昌西動(dòng)車(chē)所第二階段開(kāi)通的工期目標(biāo)；優(yōu)化后的供電分段能夠有效消除受電弓低速通過(guò)常開(kāi)絕緣錨段關(guān)節(jié)產(chǎn)生接觸網(wǎng)燃弧現(xiàn)象的安全隱患，同時(shí)有利于動(dòng)走4線接觸網(wǎng)天窗維修施工，動(dòng)走4 線臂停電時(shí)不影響南昌西高速場(chǎng)的供電。

3.2 接觸網(wǎng)平面布置優(yōu)化

昌贛客專通過(guò)向莆聯(lián)絡(luò)線在東村線路所插入42 號(hào)道岔與昌福線接軌，向莆聯(lián)絡(luò)線Ⅰ-1 錨段和Ⅱ-1 錨段接觸網(wǎng)分別在新組立266#和265#支柱下錨，道岔輔助錨段分別在新組立270#和269#支柱下錨，具體如圖3 所示。

圖3 原接觸網(wǎng)平面布置示意圖

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研

該區(qū)段為高填方路堤，高差5 m 以上；新設(shè)269#和270#支柱位于既有運(yùn)營(yíng)橋梁的梁面上。新設(shè)265#、266#支柱及其拉線基礎(chǔ)，以及267#、268#支柱基礎(chǔ)位于已運(yùn)營(yíng)昌福線既有路肩上。

3.2.2 方案比選論證

根據(jù)接觸網(wǎng)支柱及拉線基礎(chǔ)設(shè)置要求，常規(guī)的設(shè)計(jì)方案為：在既有橋梁上植筋新設(shè)269#和270#支柱基礎(chǔ)及拉線基礎(chǔ)；在昌福線既有路肩上新設(shè)265#、266#支柱及其拉線基礎(chǔ)，以及267#、268#支柱基礎(chǔ)。

該方案存在問(wèn)題：（1）施工難度大。支柱位于高差較大的高路堤上，地形復(fù)雜，基礎(chǔ)開(kāi)挖難度大，且需天窗施工，工效低，營(yíng)業(yè)線施工安全壓力大。（2）存在安全質(zhì)量隱患。需在既有橋梁的翼緣板及梁本體重新植筋，鉆孔易破壞既有梁體的鋼筋網(wǎng)，破壞橋梁本體的受力。（3）干擾行車(chē)組織。根據(jù)鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理辦法等規(guī)定，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)在距線路中心較近時(shí)，基礎(chǔ)開(kāi)挖屬于影響道床路基穩(wěn)定的施工作業(yè)[3]，需要將運(yùn)營(yíng)的昌福線限速至45 km/h 及以下，嚴(yán)重干擾運(yùn)輸秩序。

3.2.3 優(yōu)化方案

常規(guī)方案實(shí)施困難、影響行車(chē)，須尋求更好的方案，確保不影響行車(chē)組織且能保證接觸網(wǎng)施工質(zhì)量，同時(shí)不遺留運(yùn)營(yíng)設(shè)備隱患。提出通過(guò)優(yōu)化接觸網(wǎng)平面布置的方案（詳見(jiàn)圖4），可更好地解決該技術(shù)難題。主要優(yōu)化思路及方案如下：

圖4 接觸網(wǎng)平面布置優(yōu)化示意圖

（1）充分考慮利用既有2097#、2098#、2099#、2100#支柱，懸掛42 號(hào)道岔新引入的接觸網(wǎng)，盡量避免在既有運(yùn)營(yíng)線路的路肩上以及梁面處開(kāi)挖或植筋新設(shè)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)，以減少對(duì)行車(chē)的影響及安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）在既有路肩外新組立錨柱268′#、267′#，作為向莆聯(lián)絡(luò)線Ⅰ-1 錨段和Ⅱ-1 錨段下錨處，同時(shí)利用既有2099#、2100#支柱懸掛接觸網(wǎng)。該優(yōu)化方案中，一是需合理控制268′#、267′#側(cè)面限界，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)應(yīng)緊貼路肩電纜槽減少側(cè)面限界或調(diào)整跨距，以滿足TB 10009—2016 中接觸線偏角不宜大于6°（困難時(shí)不大于8°）[4]的規(guī)定（現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工中，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)中心距線路中心為5 500 mm，錨柱跨距為42 m，下錨支與原方向夾角為5.84°）；二是須結(jié)合既有2099#、2100#支柱類(lèi)型（GQ100）以及現(xiàn)有接觸網(wǎng)懸掛參數(shù)，核算既有支柱容量。優(yōu)化方案現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，經(jīng)核算下錨偏角、懸掛荷載均能滿足規(guī)范規(guī)定及既有支柱容量，同時(shí)，支柱側(cè)面限界適當(dāng)加大后，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)開(kāi)挖作業(yè)對(duì)道床路基穩(wěn)定的影響大幅減弱，且不需對(duì)該地段已限速80 km/h 運(yùn)行的昌福線進(jìn)一步限速至45 km/h 及以下，最大程度降低對(duì)行車(chē)組織的影響。

（3）充分利用橋梁下的地形地貌，在橋下開(kāi)挖并新組立高支柱270′#和269′#，作為道岔Ⅰ-輔助1 錨段和Ⅱ-輔助1 錨段下錨處，避免了在既有橋梁上植筋新設(shè)基礎(chǔ)。該優(yōu)化方案中，不僅應(yīng)充分考慮橋梁立桿條件以及洪水位等要求，還應(yīng)適當(dāng)增大270′#和2097#、269′#和2098#支柱間的跨距，以減少接觸線偏角以及對(duì)既有2097#、2098#支柱荷載的影響，充分考慮利用既有2097#、2098#支柱（GQ100），取消在267#、268#原既有路肩上新開(kāi)挖并組立支柱。

優(yōu)化后的接觸網(wǎng)平面布置方案更加安全、可靠，解決了傳統(tǒng)方案存在的問(wèn)題，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）充分踏勘并利用現(xiàn)場(chǎng)地形地貌，基于導(dǎo)線下錨偏角等接觸懸掛參數(shù)要求，在路肩外或橋梁側(cè)新立接觸網(wǎng)支柱，作為新引入接觸網(wǎng)下錨終端，最大限度降低因側(cè)面限界對(duì)行車(chē)組織的影響；減少了施工過(guò)程中對(duì)既有道床路基擾動(dòng)的影響，避免了在既有橋梁上進(jìn)行植筋新設(shè)基礎(chǔ)，改善了施工條件，降低了施工難度，提高了施工安全質(zhì)量。

（2）結(jié)合既有接觸網(wǎng)支柱容量，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整跨距、下錨偏角等懸掛參數(shù)[5]，充分利用既有支柱懸掛新引入接觸網(wǎng)，有效減少或避免在既有運(yùn)營(yíng)線路上新開(kāi)挖基礎(chǔ)、組立支柱，從而最大程度降低了對(duì)運(yùn)輸秩序的干擾，確保建設(shè)工期。

4 結(jié)論及建議

在新線引入樞紐或車(chē)站既有接觸網(wǎng)改造工程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案受各種既有設(shè)備設(shè)施的限制而難以實(shí)施，為鐵路建設(shè)帶來(lái)諸多困難。對(duì)此須充分進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，全面分析、比選和論證各種方案的可行性、優(yōu)缺點(diǎn)，從各環(huán)節(jié)、各專業(yè)出發(fā)，遵循既不損害既有設(shè)備又能確保建設(shè)質(zhì)量、堅(jiān)持最大程度降低建設(shè)難度和減少對(duì)運(yùn)輸秩序干擾的原則，提出安全可靠、科學(xué)合理的優(yōu)化方案。

本文結(jié)合昌贛客專引入南昌西樞紐既有接觸網(wǎng)工程的兩個(gè)工程實(shí)例，基于工程優(yōu)化的原則，遵循工程優(yōu)化的思路和步驟，分別從牽引供電分段和接觸網(wǎng)平面布置兩個(gè)方向，提出了工程實(shí)施難度低、對(duì)既有運(yùn)輸組織干擾小的優(yōu)化方案，成功解決了建設(shè)過(guò)程中遇到的技術(shù)難題，為新線引入既有接觸網(wǎng)工程改造施工提供參考和借鑒。