豐臺(tái)站改大劉莊變電所供電線架設(shè)方案研究

陳志雄

中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300000

豐臺(tái)站改工程位于北京市豐臺(tái)區(qū)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，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(tái)樞紐供電靈活性及可靠性，在京廣聯(lián)絡(luò)線上設(shè)一座分區(qū)兼開閉所，給豐臺(tái)站提供后備電源。該所兩條進(jìn)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(qū)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(hào)線等，供電線架設(shè)困難。

1 工程概況

大劉莊變電所至新建分區(qū)兼開閉所徑路上先后有園博園南路、北京地鐵14號(hào)線、既有京廣線等，新增兩路饋線沿線敷設(shè)徑路長(zhǎng)約4km。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，供電線可自既有京廣高鐵A136#橋墩處架空架設(shè)，引入新建分區(qū)兼開閉所內(nèi)；但大劉莊變電所出所處供電線徑路方向西側(cè)為園博大道、京廣客專（高架橋）、地鐵14號(hào)線高架B2出入口，南向有園博園南路、地鐵14號(hào)線（高架），出所至京廣高鐵A136#橋墩區(qū)段，供電線架設(shè)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(hào)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(shè)方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)大劉莊變電所至園博園南路及地鐵14號(hào)線區(qū)段供電線架設(shè)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(nèi)敷設(shè)、非開挖定向鉆管道穿越道路敷設(shè)3種方案，并對(duì)各方案進(jìn)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(hào)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(nèi)入地敷設(shè)至園博園南路西側(cè)圍欄處，電纜出地面上爬供電線支柱并轉(zhuǎn)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(hào)線。供電線架設(shè)高度距地面約25m，跨越地鐵14號(hào)線處供電線最大馳度時(shí)距地鐵接觸網(wǎng)距離不小于3m。該供電線架設(shè)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(hào)線（單位：m）

2.2 采用電纜方式敷設(shè)在既有京廣高鐵橋梁箱室內(nèi)上跨越園博園南路及地鐵14號(hào)線

既有京廣高鐵橋欄桿、接觸網(wǎng)支柱、梁上等不滿足電纜敷設(shè)條件，考慮電纜在橋梁箱室內(nèi)敷設(shè)。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(nèi)，沿箱室內(nèi)向南敷設(shè)至京廣高鐵A136橋墩處，沿A136橋墩爬下轉(zhuǎn)至地面改為架空裸線架設(shè)。該供電線架設(shè)方案如圖2所示。

圖2 電纜在京廣高鐵橋梁箱室內(nèi)敷設(shè)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(nèi)入地敷設(shè)至園博園南路西側(cè)圍欄內(nèi)，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(zhuǎn)架空裸線架設(shè)。穿越公路采用非開挖定向鉆技術(shù)。管道地下穿越長(zhǎng)度約100m，每根管道敷設(shè)1根電纜，考慮將來(lái)電纜維護(hù)更換需要，管道按50%備用預(yù)留，共敷設(shè)10根管道。該供電線架設(shè)方案如圖3所示。

圖3 非開挖定向鉆管道敷設(shè)電纜穿越道路

3 方案比選

對(duì)以上3個(gè)方案，從可實(shí)施性、安全可靠性、維護(hù)管理方便性、景觀性及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合分析比較，結(jié)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(shè)電纜穿越園博園南路和地鐵14號(hào)線。

表1 方案綜合比較

4 定向鉆導(dǎo)向軌跡設(shè)計(jì)及電纜受力計(jì)算

4.1 導(dǎo)向軌跡設(shè)計(jì)

定向鉆進(jìn)敷設(shè)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(jié)合管道穿越長(zhǎng)度，導(dǎo)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(dǎo)向軌跡圖

導(dǎo)向軌跡按對(duì)稱考慮，R1=R2，L1=L3，計(jì)算如下：

式中：R1、R2為管道轉(zhuǎn)彎半徑；L1、L3為曲線段長(zhǎng)度；L2為直線段長(zhǎng)度。

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

4.2 電纜牽引力及側(cè)壓力

電纜型號(hào)為TDWD-YJY73-27.5kV-1*400，管道內(nèi)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(shè)各節(jié)點(diǎn)牽引力為Ti（N），管道摩擦系數(shù)μ=0.45，電纜單位質(zhì)量W=78N/m，彎曲管段側(cè)壓力為Pij（N/m）。

（1）電纜牽引力計(jì)算。①—②區(qū)間：該區(qū)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(chǎn)生。節(jié)點(diǎn)2處牽引力為

②—③區(qū)間：該區(qū)間為水平直線，管道阻力由管道摩擦力產(chǎn)生。節(jié)點(diǎn)3處牽引力為

③—④區(qū)間：該區(qū)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(chǎn)生。節(jié)點(diǎn)4處牽引力為

按導(dǎo)向軌跡設(shè)計(jì)圖，入口牽引力T1按20m電纜摩擦力考慮，計(jì)算得T1=700N，從而計(jì)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(cè)壓力計(jì)算。彎曲管段側(cè)壓力為

根據(jù)管道軌跡線，電纜承受側(cè)壓力在③—④區(qū)間，計(jì)算得P③—④=43N/m。

4.3 電纜容許拉力及側(cè)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(dǎo)體允許抗拉強(qiáng)度，N/mm2，銅芯電纜為68.6N/mm2；q為電纜芯數(shù)，取1；s為電纜導(dǎo)體截面積，mm2，取400mm2。

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

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著鐵路及城市建設(shè)的高速發(fā)展，鐵路樞紐供電線架設(shè)難度將越來(lái)越大，尤其是復(fù)雜條件下大型鐵路樞紐，線路路徑復(fù)雜，受各種條件限制較多。因此，供電線架設(shè)方案應(yīng)充分考慮既有情況、市政規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等，經(jīng)綜合研究確定。在前期樞紐供電方案設(shè)計(jì)時(shí)需統(tǒng)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(shè)軌跡設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮地下管線與地質(zhì)情況及電纜允許牽引力、側(cè)壓力等，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化。