既有高鐵線路接觸網(wǎng)雙線腕臂支柱更換設(shè)計方案研究

文｜中國鐵道科學(xué)研究院 符躍忠

1.引言

支柱作為支撐接觸網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)，用于承受接觸懸掛與支持設(shè)備的負荷，安全至關(guān)重要，如支柱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)隱患，失去承受負荷的作用，容易引起接觸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)發(fā)生變化，造成弓網(wǎng)故障，嚴重時還將侵入限界刮碰動車，引發(fā)更大的事故。

海南環(huán)島高鐵西段作為沿海南西部海岸區(qū)域連接海口、三亞的重要鐵路線路，對促進海南西部旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展、帶動農(nóng)產(chǎn)品運輸、貫通沿線經(jīng)濟發(fā)展起到至關(guān)重要作用。本線途徑尖峰站等14 個車站，全長345km，2015年12月正式開通運營，現(xiàn)行運營時速為200km/h。在組織對該段接觸網(wǎng)線路進行專項設(shè)備檢修巡查過程中，發(fā)現(xiàn)尖峰站034#等12 處接觸網(wǎng)格構(gòu)式雙線路腕臂支柱出現(xiàn)了不同程度彎曲現(xiàn)象（撓度過大），支柱型號均為Gz（0.8）350/15，安裝采用《中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司的通化（2011）1207 號》圖，其中034#支柱主角鋼及副角鋼彎曲變形較為嚴重。后經(jīng)現(xiàn)場勘查，034#支柱彎曲變形的原因為：多線路腕臂（橫擔(dān)）安裝位置存在應(yīng)力缺陷，安裝位置未位于副角鋼應(yīng)力支撐點上，致使支柱主角鋼受力過大，受力點不均衡，在緊固力矩過大或遇臺風(fēng)等不利工況易導(dǎo)致節(jié)點處局部桿件形變，存在安全隱患。該處位于白井四線大橋上，橋長223.9m，為四線橋，左、右線橋墩錯墩布置，如采用硬橫跨懸掛方式則硬橫梁與線路交角約25 度，不滿足《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB 10421）要求。

2.接觸網(wǎng)雙線腕臂支柱更換方案設(shè)計及其比選

為確保即將來臨的春運及博鰲論壇的運輸安全，整治工作需分兩階段進行，第一階段臨時整治補強，先期對變形較大的34#支柱進行整治，并對其他桿采取臨時加固措施；第二階段永久加固，對存在隱患的支柱進行永久加固，從根本解決問題。

2.1 擬定設(shè)計方案

2.1.1 臨時整治補強方案

（1）034#支柱整治

第一步：對034#支柱打臨時拉線，同時采用方鋼抱箍補強。

第二步：采用新組立支柱的型式過渡。在線路右側(cè)既有034#支柱小里程側(cè)橋下新設(shè)現(xiàn)澆擴大基礎(chǔ)，安裝G600/20 米支柱及8米長雙線路腕臂橫梁過渡。

（2）其余雙線路腕臂柱整治

另外11 根雙線路腕臂柱同步采取方鋼抱箍加固補強處理。

2.1.2 永久加固方案

方案一：補強既有支柱，更換橫梁。

通過斜桿增設(shè)方鋼抱箍的方式補強原雙線路腕臂柱，調(diào)整接觸網(wǎng)懸掛方式將所有雙線路腕臂柱橫梁長度調(diào)整至7.5m。

方案二：利用既有格構(gòu)式支柱，柱頂新增斜交格構(gòu)式硬橫跨。

拆除既有雙線路腕臂柱橫梁、吊柱以及接觸網(wǎng)懸掛，利用既有格構(gòu)式雙線路腕臂柱，在其柱頂通過勾螺栓的方式外抱格構(gòu)式硬橫梁，調(diào)整接觸網(wǎng)腕臂懸掛。

方案三：原位更換加強型雙線路腕臂支柱，原基礎(chǔ)利舊。

利用原接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)錨栓更換加強型雙線路腕臂支柱，利用原既有接觸網(wǎng)雙線路腕臂柱橫梁、吊柱及接觸網(wǎng)懸掛。

方案四：拆除既有支柱、新增設(shè)斜交鋼管柱硬橫跨，原基礎(chǔ)利舊。

利用白井四線大橋橋墩頂帽上原接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)錨栓新組立鋼管柱硬橫跨。拆除原既有接觸網(wǎng)雙線路腕臂柱，全部更換為硬橫跨懸掛接觸網(wǎng)。

2.2 永久加固方案比選

（如圖表）綜合對比方案，方案一雖然投資較小，但是并沒有從根本上解決支柱彎曲的問題，安全隱患始終存在；方案二、四斜交硬橫梁的方式雖在特殊條件的施工現(xiàn)場也時有采用，且此形式也通過設(shè)計單位專家評審，但無法滿足現(xiàn)行的驗標要求，在有其他適用方案時盡量避免選用；方案三投資方面較方案一有所增加，但是可以從根本上解決支柱彎曲的問題，并且滿足現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范及驗收標準。本次施工為既有線施工，根據(jù)《廣鐵集團鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法》及海南地區(qū)動檢車出庫時間安排，施工天窗點為240 分鐘，天窗時間也滿足方案三的施工需求，故采用方案三的施工方式。

3.結(jié)束語

本次尖峰車站白井四線大橋接觸網(wǎng)雙線路腕臂柱缺陷整治的過程也暴露了我們在項目建設(shè)全生命周期管理存在的一些問題，如設(shè)計階段各專業(yè)對橋墩設(shè)計對位要求方面的溝通不足；在選用雙線路腕臂支柱設(shè)計通用圖時，對現(xiàn)場環(huán)境、氣候等情況了解不全面，對通用圖使用的的邊界條件考慮不夠深入等等。在施工過程安裝工藝不到標，現(xiàn)場施工負責(zé)人檢查不到位等等。為杜絕此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，在建設(shè)過程中，提出以下幾點建議：

（1）設(shè)計單位各專業(yè)設(shè)計人員需加強溝通，站后專業(yè)根據(jù)本專業(yè)的設(shè)計要求，就施工場地、工作界面等內(nèi)容積極同站前專業(yè)做好對接；加強對現(xiàn)場的勘測，有針對性的制定設(shè)計方案，避免一圖多用等現(xiàn)象，施工過程加強同施工單位的溝通，不斷完善設(shè)計。

（2）強化施工過程的管理。施工單位須加強物資的采購、供應(yīng)、使用全過程的管理工作，嚴格按規(guī)定進行物資進場檢查驗收和檢測，確保物資設(shè)備質(zhì)量，杜絕不合格物資進入施工現(xiàn)場；強化技術(shù)管理工作，施工現(xiàn)場工作負責(zé)人在施工完畢后要對所有設(shè)備進行全面檢查，做到施工工藝達標，符合設(shè)計要求。

（3）可采用信息化技術(shù)對建設(shè)項目進行管理。建設(shè)基于BIM 技術(shù)的設(shè)計、施工、運維全壽命周期的鐵路工程建設(shè)項目管理體系，利用BIM 技術(shù)對施工項目深化設(shè)計，進行建模、碰撞檢測和方案優(yōu)化，不僅可以通過三維模擬技術(shù)實現(xiàn)精確化設(shè)計，還可以有效提高施工效率、減少返工，有效打通參建各方工作交流中存在的問題。

方案 優(yōu)點 缺點 估算耗時（分鐘）1 補強既有支柱、更換橫梁施工較簡便，投資較小①雙線路腕臂支柱通過外抱方鋼的方式進行加固補強，外抱桿件較多，后期需定期檢查外抱方鋼螺栓是否松脫等情況，維護工作量較大。②無法判斷既有支柱是否已發(fā)生塑性變形，后期安全隱患較大。約190 2利舊既有格構(gòu)式支柱、柱頂新增斜交格構(gòu)式硬橫跨施工較簡便，投資較小（橫梁及吊柱安裝完成后再進行拆除，施工風(fēng)險小）①該方案需在既有支柱柱頂組立硬橫梁，由于斜交角度較大，橫梁與支柱主角鋼不在同一直線，交叉角度大于25 度，支柱與橫梁連接困難，無法保證連接強度，后期安全隱患較大。②由于既有支柱較大，組立格構(gòu)式硬橫跨后吊柱長度將達6m 左右，吊柱長度較長，結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性較差。③無法判斷既有支柱是否已發(fā)生塑性變形，后期安全隱患較大。④需采購橫梁及吊柱，并重新更換腕臂，投資較大。約200 3原位更換加強型雙線路腕臂支柱（原基礎(chǔ)利舊）①消除了因無法判斷既有支柱是否已發(fā)生塑性變形帶來的安全隱患。②不改變既有支柱型式，與原有的運營維護方式一致。在一個天窗點內(nèi)要完成拆除及組立支柱的任務(wù)并完成腕臂的倒換，工作量較大，存在一定的施工風(fēng)險。約205 4拆除既有支柱、新增設(shè)斜交鋼管柱硬橫跨（原基礎(chǔ)利舊）該結(jié)構(gòu)型式受力好，消除了因無法判斷既有支柱是否已發(fā)生塑性變形帶來的安全隱患。①左、右線橋墩不在同一里程，硬橫梁與線路交角約25 度，不滿足《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標準》（TB 10421）要求。②由于該方案實施步驟較多，施工組織難度較大，投資相對較大。約270