新線引入工程與土建相關的接觸網優化策略探討

陶亮金

0 引言

隨著我國高速鐵路快速發展，路網將大面積覆蓋城市和樞紐地區，有大量的高速鐵路引入既有已運營的電氣化鐵路樞紐或車站。在新線引入既有電氣化鐵路時，需要改造并連接新舊接觸網，滿足列車供電及運輸組織需求。在接觸網改造施工中，主要涉及接觸網懸掛上部改造，以及與土建密切相關的接觸網基礎開挖、立桿等下部工程。既有樞紐或車站不僅運輸組織繁忙，而且地形條件復雜，為接觸網改造施工帶來了諸多難題，如橋梁凈空低不滿足接觸網帶電距離要求、支柱基礎距構筑物或線路過近無法施工、既有橋梁或路基擋墻上支柱基礎施工難度大等。在新線引入既有樞紐或車站施工過程中面臨上述問題，若處理不當，可能導致工程投資高、運輸秩序干擾大、建設工期無法保障等，甚至為鐵路后期運營留下安全隱患[1]。

本文將結合新線引入既有樞紐或車站時遇到的與接觸網相關土建施工困難問題，分析建設過程中土建與接觸網工程的優化原則，提出優化思路及策略，并以昌贛客專引入南昌西樞紐接觸網工程實際優化案例進行闡述，為今后新線引入既有樞紐或車站接觸網改造施工提供參考和借鑒。

1 面臨的主要問題

新線引入時，接觸網懸掛上部改造通常僅涉及接觸網本身，采取申請足夠時長的停電天窗以及加強施工組織即可完成。而在接觸網與土建工程相關的基礎、立桿施工時，涉及到運輸、土建、接觸網等多個專業或相關部門，為施工改造帶來諸多困難。結合工程建設經驗，新線引入涉及接觸網與土建專業相關工程建設面臨的主要問題有：

（1）接觸網基礎及立桿：路基寬度不足，立桿困難；路基擋墻處無法立桿；T 梁橋墩（臺）頂帽未加寬，無法立桿；箱梁橋面未預留基礎，新設基礎困難；既有隧道二次襯砌不滿足后置基礎要求。

（2）橋梁、路基等施工：跨線橋距既有接觸網帶電體距離或施工安全距離不足；橋墩距離接觸網AF 線、回流線等距離不足；頂進涵洞或框架橋影響接觸網基礎穩定性；站臺延長占用接觸網支柱基礎位置。

（3）行車組織：既有接觸網改造施工需停電作業；鄰近既有線施工需停電作業或行車限速；既有線施工過渡需天窗作業，影響行車組織。

（4）安全管理：鄰近既有線接觸網基礎開挖影響線路穩定性；鄰近既有線接觸網基礎爆破施工影響線路安全。

2 優化方案的原則及策略

在新線引入既有樞紐或車站接觸網工程建設過程中，與接觸網相關的土建工程建設往往會遇到上述問題，無論土建還是接觸網工程都無法按照常規的設計方案進行實施。而影響方案實施的因素非常復雜，不僅涉及樞紐內復雜的地形地貌、眾多的城市房屋以及管線溝槽，同時還涉及到正線和樞紐、土建和接觸網、土建和四電、工務和供電不同的建設、設計、施工及運營單位，因此在工程實施前，必須充分統籌考慮各種主觀、客觀因素，綜合分析技術、經濟性，采取優化方案，解決主要矛盾，確保建設質量和建設工期。

2.1 優化方案的主要原則

（1）安全可靠。以確保工程質量為底線，設計方案、現場施工應安全可靠，不損害、不降低土建工程及接觸網設備質量。

（2）科學合理。最大限度降低施工難度和減少對運輸秩序的干擾，設計方案、現場施工應科學合理，充分考慮工程建設的經濟、社會效益。

2.2 優化方案的設計策略

第一步：現場詳細踏勘。充分調研既有情況，包括地形地貌、既有土建結構、既有牽引供電及接觸網懸掛等。

第二步：方案比選論證。根據工程技術標準，結合現場調研，提出初步可行的方案；針對提出的方案，從技術、經濟、現場施工、行車組織、安全管理以及運營維護等多方面進行綜合分析，完成綜合比選論證。

第三步：提出優化方案。基于技術安全可靠、方案科學合理的原則，結合方案比選論證結論及存在問題，以系統為理念，從工程的全專業、全過程出發，逐一分析鐵路內外、土建以及接觸網專業間及外部接口工程的特征，充分利用現場資源，發揮土建、牽引供電、接觸網專業的特點及優勢，提出安全可靠、便于實施、經濟和社會效益更好的優化方案。

3 工程案例

3.1 以牽引供電分段為優化方向

昌贛客專通過向莆聯絡線在東村線路所與昌福線接軌，經昌福線引入南昌西站；同時將既有南昌西動車所改擴建為動車一所和動車二所，既有南昌西動車所與南昌西站間2 條動走線改造為4 條動走線。結合原供電分段設置，昌贛客專引入時需在動走4 線302 道岔附近處設置絕緣錨段關節，將動走1 線臂與動走4 線臂同相不同束供電進行電氣分段，同時設置常開電動隔離開關，具體見圖1。

圖1 原牽引供電分段示意圖

3.1.1 現場踏勘調研

為實現動走1 線臂與動走4線臂之間的電氣分段，需在動走4 線的310 至302 道岔間線路上設置5 根支柱及2 處下錨拉線，以形成4 跨絕緣錨段關節，安裝新1#隔離開關。經現場踏勘調研，其中兩根下錨支柱及相應下錨拉線必須設置在既有橋梁梁面上，既有橋梁開通運營時間已較長。

3.1.2 方案比選論證

根據接觸網支柱及拉線基礎設置要求，常規設計方案主要有以下兩種：

方案一：結合既有橋梁結構，在既有橋梁上植筋新增接觸網基礎。

方案二：結合既有橋梁處的地形地貌，在既有橋下開挖接觸網基礎，以組立接觸網支柱。

方案一存在問題：（1）施工難度大。橋高約16 m，施工操作平臺搭建、鉆孔植筋、混凝土灌裝等難度較大，施工精度及基礎施工質量難以保證。（2）存在安全質量隱患。需在既有橋梁的翼緣板及梁本體重新植筋，鉆孔易破壞既有梁體的鋼筋網，損傷橋梁本體的受力平衡。（3）運營安全存在隱患。該處絕緣錨段關節為常開形式，其兩端為動走1 線臂和動走4 線臂供電單元末端，運行中兩供電臂間可能存在電壓差，列車受電弓低速（且該絕緣錨段關節不遠處有受電弓檢測棚，須限速8～12 km/h）頻繁通過時，極易產生燃弧[2]，損害承導線、吊弦等設備。

方案二存在問題：（1）施工難度大。橋高約16 m，組立支柱高達25 m，且橋下地形復雜，基礎開挖困難。（2）運營安全存在隱患。同方案一，動車頻繁通過該常開絕緣錨段關節時易產生燃弧，損壞接觸網設備。

3.1.3 優化方案

上述方案一和方案二實施困難、代價大，必須尋求更好的方案，確保不損害既有設備質量且能保證接觸網施工質量，同時不遺留運營設備隱患。經現場多次調查，從土建、供電及接觸網整個系統出發，開拓思路，提出通過優化動走4 線的牽引供電分段方案（詳見圖2），可更好地解決該技術難題。即充分利用動走4 線（南昌西高速場側）既有絕緣錨段關節作為動走1 線臂與動走4 線臂的電分段，只需將其（005）#支柱隔離開關由常閉狀態改為常開狀態，同時進行相應調整：

圖2 牽引供電分段優化方案示意圖

（1）取消302～310 道岔間原絕緣錨段關節及新1#隔離開關，將原設計絕緣錨段關節兩端的DZ3-1 錨段和DZ3-2 錨段合并，原錨段關節內支柱安裝調整為中間柱安裝。

（2）在302～304 岔間設置分段絕緣器及新1#聯絡隔離開關。

（3）將既有動走1 線臂與南昌西站高速場下行臂進行電氣分段的動走4 線（087）#支柱常開隔離開關改為常閉隔離開關，同時將南昌西站高速場下行端的動走4 線（005）#支柱常閉隔離開關改為常開隔離開關。

優化后的牽引供電分段方案更加安全可靠、科學合理，解決了方案一、方案二存在的問題，具有以下優點：取消了在既有橋梁上新增設接觸網基礎和拉線基礎的工作量，避免了對既有橋梁本體的損傷，最大程度降低了施工難度，實現了南昌西動車所第二階段開通的工期目標；優化后的供電分段能夠有效消除受電弓低速通過常開絕緣錨段關節產生接觸網燃弧現象的安全隱患，同時有利于動走4線接觸網天窗維修施工，動走4 線臂停電時不影響南昌西高速場的供電。

3.2 接觸網平面布置優化

昌贛客專通過向莆聯絡線在東村線路所插入42 號道岔與昌福線接軌，向莆聯絡線Ⅰ-1 錨段和Ⅱ-1 錨段接觸網分別在新組立266#和265#支柱下錨，道岔輔助錨段分別在新組立270#和269#支柱下錨，具體如圖3 所示。

圖3 原接觸網平面布置示意圖

3.2.1 現場踏勘調研

該區段為高填方路堤，高差5 m 以上；新設269#和270#支柱位于既有運營橋梁的梁面上。新設265#、266#支柱及其拉線基礎，以及267#、268#支柱基礎位于已運營昌福線既有路肩上。

3.2.2 方案比選論證

根據接觸網支柱及拉線基礎設置要求，常規的設計方案為：在既有橋梁上植筋新設269#和270#支柱基礎及拉線基礎；在昌福線既有路肩上新設265#、266#支柱及其拉線基礎，以及267#、268#支柱基礎。

該方案存在問題：（1）施工難度大。支柱位于高差較大的高路堤上，地形復雜，基礎開挖難度大，且需天窗施工，工效低，營業線施工安全壓力大。（2）存在安全質量隱患。需在既有橋梁的翼緣板及梁本體重新植筋，鉆孔易破壞既有梁體的鋼筋網，破壞橋梁本體的受力。（3）干擾行車組織。根據鐵路營業線施工安全管理辦法等規定，接觸網基礎在距線路中心較近時，基礎開挖屬于影響道床路基穩定的施工作業[3]，需要將運營的昌福線限速至45 km/h 及以下，嚴重干擾運輸秩序。

3.2.3 優化方案

常規方案實施困難、影響行車，須尋求更好的方案，確保不影響行車組織且能保證接觸網施工質量，同時不遺留運營設備隱患。提出通過優化接觸網平面布置的方案（詳見圖4），可更好地解決該技術難題。主要優化思路及方案如下：

圖4 接觸網平面布置優化示意圖

（1）充分考慮利用既有2097#、2098#、2099#、2100#支柱，懸掛42 號道岔新引入的接觸網，盡量避免在既有運營線路的路肩上以及梁面處開挖或植筋新設接觸網基礎，以減少對行車的影響及安全風險。

（2）在既有路肩外新組立錨柱268′#、267′#，作為向莆聯絡線Ⅰ-1 錨段和Ⅱ-1 錨段下錨處，同時利用既有2099#、2100#支柱懸掛接觸網。該優化方案中，一是需合理控制268′#、267′#側面限界，接觸網基礎應緊貼路肩電纜槽減少側面限界或調整跨距，以滿足TB 10009—2016 中接觸線偏角不宜大于6°（困難時不大于8°）[4]的規定（現場實際施工中，接觸網基礎中心距線路中心為5 500 mm，錨柱跨距為42 m，下錨支與原方向夾角為5.84°）；二是須結合既有2099#、2100#支柱類型（GQ100）以及現有接觸網懸掛參數，核算既有支柱容量。優化方案現場實施后，經核算下錨偏角、懸掛荷載均能滿足規范規定及既有支柱容量，同時，支柱側面限界適當加大后，接觸網基礎開挖作業對道床路基穩定的影響大幅減弱，且不需對該地段已限速80 km/h 運行的昌福線進一步限速至45 km/h 及以下，最大程度降低對行車組織的影響。

（3）充分利用橋梁下的地形地貌，在橋下開挖并新組立高支柱270′#和269′#，作為道岔Ⅰ-輔助1 錨段和Ⅱ-輔助1 錨段下錨處，避免了在既有橋梁上植筋新設基礎。該優化方案中，不僅應充分考慮橋梁立桿條件以及洪水位等要求，還應適當增大270′#和2097#、269′#和2098#支柱間的跨距，以減少接觸線偏角以及對既有2097#、2098#支柱荷載的影響，充分考慮利用既有2097#、2098#支柱（GQ100），取消在267#、268#原既有路肩上新開挖并組立支柱。

優化后的接觸網平面布置方案更加安全、可靠，解決了傳統方案存在的問題，具有以下優點：

（1）充分踏勘并利用現場地形地貌，基于導線下錨偏角等接觸懸掛參數要求，在路肩外或橋梁側新立接觸網支柱，作為新引入接觸網下錨終端，最大限度降低因側面限界對行車組織的影響；減少了施工過程中對既有道床路基擾動的影響，避免了在既有橋梁上進行植筋新設基礎，改善了施工條件，降低了施工難度，提高了施工安全質量。

（2）結合既有接觸網支柱容量，通過適當調整跨距、下錨偏角等懸掛參數[5]，充分利用既有支柱懸掛新引入接觸網，有效減少或避免在既有運營線路上新開挖基礎、組立支柱，從而最大程度降低了對運輸秩序的干擾，確保建設工期。

4 結論及建議

在新線引入樞紐或車站既有接觸網改造工程中，傳統設計方案受各種既有設備設施的限制而難以實施，為鐵路建設帶來諸多困難。對此須充分進行現場調研，全面分析、比選和論證各種方案的可行性、優缺點，從各環節、各專業出發，遵循既不損害既有設備又能確保建設質量、堅持最大程度降低建設難度和減少對運輸秩序干擾的原則，提出安全可靠、科學合理的優化方案。

本文結合昌贛客專引入南昌西樞紐既有接觸網工程的兩個工程實例，基于工程優化的原則，遵循工程優化的思路和步驟，分別從牽引供電分段和接觸網平面布置兩個方向，提出了工程實施難度低、對既有運輸組織干擾小的優化方案，成功解決了建設過程中遇到的技術難題，為新線引入既有接觸網工程改造施工提供參考和借鑒。