豐臺站改大劉莊變電所供電線架設方案研究

陳志雄

中國鐵路設計集團有限公司，天津 300000

豐臺站改工程位于北京市豐臺區，區域經濟發達，建筑密集。鐵路方面銜接了豐沙、京包、京原、京廣、京九、京滬、京哈等普速線路以及京石城際和京廣客專。

為提高豐臺樞紐供電靈活性及可靠性，在京廣聯絡線上設一座分區兼開閉所，給豐臺站提供后備電源。該所兩條進線引自既有京廣高鐵大劉莊牽引變電所。由于大劉莊變電所位于園博園區域（靠近正門），緊鄰園博大道，出變電所即有園博園南路、北京地鐵14號線等，供電線架設困難。

1 工程概況

大劉莊變電所至新建分區兼開閉所徑路上先后有園博園南路、北京地鐵14號線、既有京廣線等，新增兩路饋線沿線敷設徑路長約4km。經現場勘查，供電線可自既有京廣高鐵A136#橋墩處架空架設，引入新建分區兼開閉所內；但大劉莊變電所出所處供電線徑路方向西側為園博大道、京廣客專（高架橋）、地鐵14號線高架B2出入口，南向有園博園南路、地鐵14號線（高架），出所至京廣高鐵A136#橋墩區段，供電線架設困難。

大劉莊變電所出所至京廣高鐵A136#墩段直線徑路約為250m，新增兩路饋線型號為2×JL/LB1A-315-45/7（架空，鋁包鋼芯鋁絞線）或3×TDWD-YJY73-27.5kV-1*400（高壓銅芯絕緣電纜）。

2 供電線架設方案

結合現場勘查情況，充分考慮現場條件，對大劉莊變電所至園博園南路及地鐵14號線區段供電線架設方案，提出架空裸線上跨道路及地鐵、利用既有京廣高鐵橋梁箱室內敷設、非開挖定向鉆管道穿越道路敷設3種方案，并對各方案進行分析比選。

2.1 采用架空方式跨越園博園南路及地鐵14號線

兩路饋線采用電纜自大劉莊變電所饋出后，沿園博園圍欄內入地敷設至園博園南路西側圍欄處，電纜出地面上爬供電線支柱并轉裸線，通過柱式絕緣子爬至柱頂，跨越園博園南路和地鐵14號線。供電線架設高度距地面約25m，跨越地鐵14號線處供電線最大馳度時距地鐵接觸網距離不小于3m。該供電線架設方案如圖1所示。

圖1 架空方式跨越園博園南路及地鐵14號線（單位：m）

2.2 采用電纜方式敷設在既有京廣高鐵橋梁箱室內上跨越園博園南路及地鐵14號線

既有京廣高鐵橋欄桿、接觸網支柱、梁上等不滿足電纜敷設條件，考慮電纜在橋梁箱室內敷設。兩路饋線采用電纜自大劉莊變電所饋出后，沿京廣高鐵A130橋墩爬上，通過墩頂梁間的檢修孔爬至橋梁箱室內，沿箱室內向南敷設至京廣高鐵A136橋墩處，沿A136橋墩爬下轉至地面改為架空裸線架設。該供電線架設方案如圖2所示。

圖2 電纜在京廣高鐵橋梁箱室內敷設布置圖

2.3 非開挖定向鉆管道穿越園博園南路

兩路饋線采用電纜自大劉莊變電所饋出后，沿園博園圍欄內入地敷設至園博園南路西側圍欄內，通過管道下穿園博園南路，穿越公路后電纜鉆出地面上爬供電線支柱并轉架空裸線架設。穿越公路采用非開挖定向鉆技術。管道地下穿越長度約100m，每根管道敷設1根電纜，考慮將來電纜維護更換需要，管道按50%備用預留，共敷設10根管道。該供電線架設方案如圖3所示。

圖3 非開挖定向鉆管道敷設電纜穿越道路

3 方案比選

對以上3個方案，從可實施性、安全可靠性、維護管理方便性、景觀性及經濟性等方面綜合分析比較，結果如表1所示。由表1可知，推薦采用方案三，即采用非開挖定向鉆管道敷設電纜穿越園博園南路和地鐵14號線。

表1 方案綜合比較

4 定向鉆導向軌跡設計及電纜受力計算

4.1 導向軌跡設計

定向鉆進敷設管線考慮耐高溫及剛性要求，采用管徑150mm的MPP管道；鉆桿直徑按100mm考慮。結合管道穿越長度，導向軌跡線段由下曲線段、水平直線段、上曲線段組成，如圖4所示。

圖4 導向軌跡圖

導向軌跡按對稱考慮，R1=R2，L1=L3，計算如下：

式中：R1、R2為管道轉彎半徑；L1、L3為曲線段長度；L2為直線段長度。

根據入、出土角度施工的要求，取入、出土角度θ1=θ2=15°。結合覆土深度、與既有地下管線的距離以及管道和鉆桿的轉彎半徑要求，管線埋深H按5m考慮，計算管道轉彎半徑R1=R2=146.7m，曲線段長度L1=L3=38m，直線段長度L2=24m。

4.2 電纜牽引力及側壓力

電纜型號為TDWD-YJY73-27.5kV-1*400，管道內電纜牽引力主要由電纜重力、管道摩擦阻力和彎曲增力組成。設各節點牽引力為Ti（N），管道摩擦系數μ=0.45，電纜單位質量W=78N/m，彎曲管段側壓力為Pij（N/m）。

（1）電纜牽引力計算。①—②區間：該區間為垂直凹曲面向下彎曲，管道阻力由彎曲牽引和垂直牽引疊加產生。節點2處牽引力為

②—③區間：該區間為水平直線，管道阻力由管道摩擦力產生。節點3處牽引力為

③—④區間：該區間為垂直凹曲面向上彎曲，管道阻力由彎曲牽引和垂直牽引疊加產生。節點4處牽引力為

按導向軌跡設計圖，入口牽引力T1按20m電纜摩擦力考慮，計算得T1=700N，從而計算出T2=1797N，T3=2641N，T4=6300N；考慮出口外電纜阻力同T1，電纜最大牽引力T=7000N。

（2）電纜側壓力計算。彎曲管段側壓力為

根據管道軌跡線，電纜承受側壓力在③—④區間，計算得P③—④=43N/m。

4.3 電纜容許拉力及側壓力檢算

采用牽引頭方式的電力電纜容許拉力為

式中：σ為導體允許抗拉強度，N/mm2，銅芯電纜為68.6N/mm2；q為電纜芯數，取1；s為電纜導體截面積，mm2，取400mm2。

計算得出Tr=27440N＞7000N。電纜容許側壓力Pr=2500N/m＞43N/m。電纜牽引力和承受側壓力均滿足要求。

5 結束語

隨著鐵路及城市建設的高速發展，鐵路樞紐供電線架設難度將越來越大，尤其是復雜條件下大型鐵路樞紐，線路路徑復雜，受各種條件限制較多。因此，供電線架設方案應充分考慮既有情況、市政規劃、運營維護管理等，經綜合研究確定。在前期樞紐供電方案設計時需統籌考慮外部電源接入和饋出線的徑路。非開挖定向鉆電纜敷設軌跡設計應綜合考慮地下管線與地質情況及電纜允許牽引力、側壓力等，可結合現場實測情況進一步調整優化。