高速鐵路接觸網(wǎng)支柱限界超標問題的探討

趙正路

0 引言

高速鐵路四電與土建工程接口包括接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、隧道槽道、電纜槽、電纜上橋鋸齒孔、橋梁及橋墩槽道、電纜過軌、綜合地線接地端子等7類，四電預(yù)埋件一般由土建單位施工，其工程質(zhì)量直接影響到四電工程的施工及工程質(zhì)量。四電專業(yè)施工前，須對土建施工單位預(yù)留接口進行檢查，發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)存在的問題，主要有基礎(chǔ)型號和位置錯誤、基礎(chǔ)頂面標高超標、基礎(chǔ)扭轉(zhuǎn)、錨栓間距超標、錨栓外露尺寸超標、錨栓防腐措施不合格、錨栓傾斜扭曲、基礎(chǔ)混凝土不合格等。在京津城際鐵路驗收中雖發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)支柱限界小于3 m的現(xiàn)象，但未引起足夠重視。在京滬高鐵和杭甬高鐵的驗收中，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)限界小于3 mm問題再次顯現(xiàn)，且數(shù)量比較大，因此引起各方高度關(guān)注。京滬高鐵線路全長 1318 km，橋梁占線路全長 80%，正線支柱52720根，限界小于3 m的6202處，超限比例為11.8%；杭甬高鐵線路全長149.8 km，橋梁占線路全長86.6%，正線支柱5259根，限界小于3 m的760處，超限比例為14.4%。

1 原因分析

收集杭甬高鐵、京滬高鐵支柱限界超標情況相關(guān)數(shù)據(jù)，整理如表1所示。

表1 杭甬高鐵、京滬高鐵支柱限界超標（小于3 m）統(tǒng)計表

經(jīng)分析研究發(fā)現(xiàn)限界超標規(guī)律如下：橋梁比路基區(qū)段多，且曲線區(qū)段多于直線區(qū)段。按照 ABC質(zhì)量管理方法，橋梁區(qū)段問題屬于 A類問題，須進行重點分析研究，根據(jù)限界超標的規(guī)律，首先從橋梁結(jié)構(gòu)進行分析，從京滬高鐵開始，包括杭甬高鐵均采用《時速350 km客運專線鐵路無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁（預(yù)制、雙線、跨度32 m）》[通橋（2008）2322A-Ⅱ]，電力電纜槽仍保留，通信和信號2個電纜槽合并為1個，接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)由原來位于通信電纜槽中部，外移到電力電纜槽的線路外側(cè)，橋梁斷面寬度為12 m，如圖1和圖2所示。

1.1 直線橋梁結(jié)構(gòu)分析

高鐵接觸網(wǎng)采用的 H形支柱類型一般有GH240型、GH260型、GH280型、GH300型、GHT240型等，H形支柱垂直線路方向尺寸分別為240，260，280，300和270 mm，支柱垂直線路尺寸按照邊界300 mm考慮。直線橋梁支柱限界（CX）計算采用式（1）（見圖1）：

通過計算可知，在施工誤差為0的情況下，支柱限界為3 m，考慮土建施工存在誤差，部分支柱限界必然小于3 m。

1.2 曲線橋梁結(jié)構(gòu)分析

高速鐵路運行速度高，曲線區(qū)段超高大，最大達到175 mm，軌面最大傾斜角度7°，在曲線區(qū)段如果線路按橋梁中心和橋墩重合布置，則必然出現(xiàn)曲線內(nèi)側(cè)支柱侵入限界的情況，為此，曲線上橋梁的平面系以梁體中心線平分弦長（等于橋墩中心距或橋臺胸墻面至橋墩中心）之中矢為原則布置。如圖3所示。

圖1 直線上無砟軌道橋面布置示意圖（單位：mm）

圖2 曲線上無砟軌道橋面布置示意圖（單位：mm）

圖3 曲線上梁體平面布置示意圖（單位：mm）

圖3中：

式中，f為中矢值；R為線路曲線半徑；L為橋墩中心線距離。

錨柱基礎(chǔ)與拉線基礎(chǔ)處于同一箱梁，否則將出現(xiàn)溫度變化、橋梁伸縮變化引起拉線變松或拉過緊拉斷的情況，且支柱基礎(chǔ)不宜位于橋梁中間位置，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)一般距橋梁端部8 m，由于線路曲線走向造成接觸網(wǎng)基礎(chǔ)限界的變化：

曲線外側(cè)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)限界變化值為 f1-Δf，Δf為曲線原因造成接觸網(wǎng)基礎(chǔ)限界的變化，Δf =；曲線內(nèi)側(cè)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)限界變化值為-（f1-Δf）。

對于31.5 m箱梁，不同曲線半徑的跨中矢值f、f1、Δf、曲線外內(nèi)側(cè)限界變化值如表2所示。

表2 不同曲線中矢值f、f1、Δf、曲線外內(nèi)側(cè)限界變化值變化表

表2結(jié)果顯示：曲線上橋梁的平面系以梁體中心線平分弦長布置（f1），減小到中矢值（f）的1/2，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)順線路方向的位置處曲線偏移（Δf）部分抵消橋梁等分弦長布置，使曲線區(qū)段接觸網(wǎng)基礎(chǔ)限界值變化為f1的1/2。曲線橋梁區(qū)段，曲線外側(cè)支柱限界將加大3～6 mm，不考慮施工誤差，滿足3 m限界要求；曲線內(nèi)側(cè)支柱限界將減小3～6 mm，即使不考慮施工誤差，也不滿足3 m限界要求。

1.3 小結(jié)

從橋梁結(jié)構(gòu)分析：直線橋梁，假設(shè)施工誤差為0，能夠滿足3 m限界要求，考慮土建施工誤差存在，必然出現(xiàn)部分支柱限界小于3 m；曲線橋梁結(jié)構(gòu)上曲線內(nèi)側(cè)支柱不能夠滿足3 m限界要求，考慮土建施工誤差存在，出現(xiàn)支柱限界小于3 m情況不可避免。

2 解決方案探討

2.1 運營安全方面探討

按照《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》中5.4.8條規(guī)定，支柱側(cè)面限界應(yīng)符合設(shè)計要求，施工允許偏差符合如下規(guī)定，在任何情況下，嚴禁侵入基本建筑限界。《高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）》（TB 10621-2009）規(guī)定的基本建筑限界輪廓及基本尺寸（圖略）中，區(qū)間及站內(nèi)正線（無站臺）建筑限界為2440 mm，曲線內(nèi)側(cè)建筑限界加寬計算點高度為4000 mm。

根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（鐵科技[2008]205號）規(guī)定，基本建筑限界輪廓及基本尺寸在曲線上需要考慮車輛在經(jīng)過區(qū)段時，車輛兩端、車輛中部超出基本尺寸的數(shù)值和由于線路超高引起車輛頂部超出基本尺寸的數(shù)量，基本建筑限界加寬計算公式見式（4）和式（5）。

曲線內(nèi)側(cè)加寬（mm）：

曲線外側(cè)加寬（mm）：

式中，R為曲線半徑，m；H為計算點自軌面算起的高度，mm；h為外軌超高，mm；(40500 / R)為曲線內(nèi)側(cè)車輛中部超出基本建筑限界輪廓及基本尺寸數(shù)值；(44000 / R)為曲線外側(cè)車輛兩端超出基本建筑限界輪廓及基本尺寸數(shù)值；[(H / 1500)h]為超高導(dǎo)致車輛頂端超出基本建筑限界輪廓及基本尺寸數(shù)值。

通過式（4）和式（5）分析，加寬最大值出現(xiàn)在曲線內(nèi)側(cè)，且超高最大175 mm時，曲線內(nèi)側(cè)建筑限界最大加寬值：

W1= 40500 / 5500 + (4000 /1500)×175 =474 mm

滿足安全運營建筑限界值：

區(qū)間及站內(nèi)正線（無站臺）建筑限界+ W1=2440 + 474 = 2914 mm。

2.2 從接觸網(wǎng)安裝要求進行分析

對于京滬高速用接觸網(wǎng)腕臂及定位裝置型式，滿足接觸網(wǎng)正常安裝要求所需的最小限界：直線2600 mm；曲線外側(cè) 2800 mm；曲線內(nèi)側(cè)2950 mm。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計資料，京滬高速全線限界小于3000 mm的接觸網(wǎng)支柱不連續(xù)，通過調(diào)整上下腕臂底座間距，適當減小拉出值或改變定位方式（如改為反定位）等，限界小于3000 mm的支柱可滿足接觸網(wǎng)的安裝要求。現(xiàn)場接觸網(wǎng)腕臂結(jié)構(gòu)已經(jīng)安裝完成，且結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求。

3 建議

京滬高速鐵路公司發(fā)現(xiàn)該問題時已經(jīng)開始聯(lián)調(diào)聯(lián)試，考慮到問題的復(fù)雜性和整改數(shù)量的巨大，采用滿足安全運營建筑限界值2914 mm（適當考慮安全余量并取整2930 mm）進行控制，對68處限界小于2930 mm進行了整改，大于2930 mm且小于3000 mm，共計6102處，由該公司報鐵道部備案。今后類似情況高速鐵路中可參照執(zhí)行。

高速鐵路或客運專線直線基本建筑限界2440 mm可否適當減小，建議部相關(guān)部門研究確定，以便制訂相應(yīng)的整改方案。

[1]TB10621-2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）[S].北京：中國鐵道出版社.

[2]TB10758-2010 高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準[S]. 北京：中國鐵道出版社.

[3]鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院.時速 350公里客運專線鐵路無咋軌道后張力法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁 通橋（2008）2322A.

[4]鐵科技[2008]205號 鐵路技術(shù)管理規(guī)程. 北京：中國鐵道出版社.