既有高鐵線路接觸網雙線腕臂支柱更換設計方案研究

文｜中國鐵道科學研究院 符躍忠

1.引言

支柱作為支撐接觸網的主要結構，用于承受接觸懸掛與支持設備的負荷，安全至關重要，如支柱結構出現隱患，失去承受負荷的作用，容易引起接觸網技術參數發生變化，造成弓網故障，嚴重時還將侵入限界刮碰動車，引發更大的事故。

海南環島高鐵西段作為沿海南西部海岸區域連接?？?、三亞的重要鐵路線路，對促進海南西部旅游產業發展、帶動農產品運輸、貫通沿線經濟發展起到至關重要作用。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，現行運營時速為200km/h。在組織對該段接觸網線路進行專項設備檢修巡查過程中，發現尖峰站034#等12 處接觸網格構式雙線路腕臂支柱出現了不同程度彎曲現象（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。后經現場勘查，034#支柱彎曲變形的原因為：多線路腕臂（橫擔）安裝位置存在應力缺陷，安裝位置未位于副角鋼應力支撐點上，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等不利工況易導致節點處局部桿件形變，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量驗收標準》（TB 10421）要求。

2.接觸網雙線腕臂支柱更換方案設計及其比選

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。在線路右側既有034#支柱小里程側橋下新設現澆擴大基礎，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。

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

方案二：利用既有格構式支柱，柱頂新增斜交格構式硬橫跨。

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

方案三：原位更換加強型雙線路腕臂支柱，原基礎利舊。

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

方案四：拆除既有支柱、新增設斜交鋼管柱硬橫跨，原基礎利舊。

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

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場也時有采用，且此形式也通過設計單位專家評審，但無法滿足現行的驗標要求，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，并且滿足現行的設計規范及驗收標準。本次施工為既有線施工，根據《廣鐵集團鐵路營業線施工安全管理辦法》及海南地區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.結束語

本次尖峰車站白井四線大橋接觸網雙線路腕臂柱缺陷整治的過程也暴露了我們在項目建設全生命周期管理存在的一些問題，如設計階段各專業對橋墩設計對位要求方面的溝通不足；在選用雙線路腕臂支柱設計通用圖時，對現場環境、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，現場施工負責人檢查不到位等等。為杜絕此類現象的出現，在建設過程中，提出以下幾點建議：

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

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

（3）可采用信息化技術對建設項目進行管理。建設基于BIM 技術的設計、施工、運維全壽命周期的鐵路工程建設項目管理體系，利用BIM 技術對施工項目深化設計，進行建模、碰撞檢測和方案優化，不僅可以通過三維模擬技術實現精確化設計，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?、匐p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生塑性變形，后期安全隱患較大。約190 2利舊既有格構式支柱、柱頂新增斜交格構式硬橫跨施工較簡便，投資較?。M梁及吊柱安裝完成后再進行拆除，施工風險小）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，組立格構式硬橫跨后吊柱長度將達6m 左右，吊柱長度較長，結構的安全穩定性較差。③無法判斷既有支柱是否已發生塑性變形，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（原基礎利舊）①消除了因無法判斷既有支柱是否已發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。在一個天窗點內要完成拆除及組立支柱的任務并完成腕臂的倒換，工作量較大，存在一定的施工風險。約205 4拆除既有支柱、新增設斜交鋼管柱硬橫跨（原基礎利舊）該結構型式受力好，消除了因無法判斷既有支柱是否已發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