關于客運專線接觸網支柱和基礎研究

王宏櫻

（中鐵一院集團 南方工程咨詢監理有限公司，廣東　　珠海　519000）

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關于客運專線接觸網支柱和基礎研究

王宏櫻

（中鐵一院集團 南方工程咨詢監理有限公司，廣東珠海519000）

摘要：客運專線接觸網是牽引供電系統的主動脈，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，對接觸網的支柱和基礎要求極高。筆者通過對各種接觸網支柱的分析比較，提出了適合客運專線接觸網的支柱和基礎選型方案，為今后設計、施工提供參考。

關鍵詞：客運專線；接觸網；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量的要求極高，其接觸網是牽引供電系統的主動脈，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，兩側設有電纜槽，接觸網支柱及基礎設置在電纜槽外殼以內，不能破壞路基的整體性，且接觸網支柱側面限界Cx=3.1 m，這就要求接觸網支柱截面不易過大，支柱截面過大會使相應的基礎外緣侵入電纜槽，將影響路基的整體美觀。

1　　接觸網支柱選型和技術經濟比較的研究

根據客運專線特點，接觸網支柱應采用截面較小的環形截面支柱或H字形鋼柱。由于高速運行的列車引起的空氣流體壓力，對其旁側的接觸網支柱影響很大，因此采用環形截面支柱比H字形截面支柱更有優勢，對各種環形等徑預應力混凝土柱、圓鋼管柱、H型鋼柱及其基礎作技術經濟比較見表1所示。

客運專線可采用的接觸網支柱型號及配套的基礎比較如下：

（1）環形等徑預應力混凝土支柱，這種支柱容量達到80 kNm～100 kNm時，支柱截面直徑為400 mm，帶法蘭的環形預應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。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，這點是環形等徑混凝土支柱無法比擬的。

表1　幾種支柱的技術經濟比較表

（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）橋梁上的接觸網支柱，應采用輕型鋼結構支柱。高速鐵路橋梁是現澆連續梁，不是一般常用的簡支梁，所以接觸網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支柱安裝在橋墩上，要求橋上接觸網支柱要輕且截面小，而結構式鋼柱重量雖輕，但截面較大，不滿足現澆連續梁橋面系的要求。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型鋼柱比環形等徑混凝土支柱投資較大，圓形鋼管柱和H型鋼柱的優點是重量輕，而采用的鉆孔灌注混凝土基礎相同，故在路基上采用環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）路基區段采用Φ350環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）路基區段和橋上均采用 Φ350等徑圓鋼管柱；

（3）路基區段和橋上均采用H型鋼柱（熱軋H型鋼）。

2　　接觸網支柱容量（彎矩）計算和支柱撓度（變形）控制范圍的研究

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

經計算：接觸網支柱不考慮增高時，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%，而接觸網支柱增高后，則柱頂撓度超過L%，可見控制接觸網支柱腕臂底座處水平位移不受接觸網支柱高度影響。

3　　接觸網支柱基礎類型的設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，接觸網支柱基礎也應設計成截面小，并能使用機械施工的鉆孔灌注樁基礎，見圖1所示。

圖1接觸網支柱基礎截面圖

客用專線可采用的接觸網支柱基礎類型比選如下：

（1）采用機械鉆灌注樁基礎，其優點：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，且灌注樁基礎頂預留地腳螺栓與環形預應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。

（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質量，但對接觸網平面布置有一定的限制，如果在鋪軌后施工基礎，履帶式旋挖鉆機無法進場，只能將其安裝在平板車施工。

（5）橋梁上的接觸網支柱，應采用輕型鋼結構支柱，高速鐵路橋梁是現澆連續梁，不是一般常用的簡支梁，所以接觸網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支柱安裝在橋墩上，故要求橋上接觸網支柱要輕且截面小，這樣支柱底座預留容易實現，且對橋面系其他設施影響較小。

4　　接觸網下錨支持結構及相應基礎的研究

路基上接觸網下錨支柱采用打拉線形式，拉線基礎采用鉆孔灌注樁形式，這樣可與支柱基礎形式達到統一，而在橋上設置下錨柱時，應考慮橋面系的結構特征和受力特點，建議采用雙肢柱結構，把下錨底座與腕臂底座分別設置在不同的肢上，雙肢柱又互為連接共同承受下錨產生的彎矩，雙肢柱是順線路設置（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，也滿足接觸網下錨的受力要求。

圖2橋梁面上接觸網雙肢下錨圖

5　　結束語

對接觸網的支柱和基礎選型要根據線路特點和技術要求，區分路基和橋梁等區段的不同條件，綜合考慮技術經濟比較及施工難易等，確定選擇合理的接觸網支柱和基礎。

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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、監理工作。