关于客运专线接触网支柱和基础研究

王宏樱

（中铁一院集团 南方工程咨询监理有限公司，广东　　珠海　519000）



关于客运专线接触网支柱和基础研究

王宏樱

（中铁一院集团 南方工程咨询监理有限公司，广东珠海519000）

摘要：客运专线接触网是牵引供电系统的主动脉，其功能是通过与受电弓在运行中的良好接触将电能传给电力机车。为保证向电力机车或动车组供电的可靠性，对接触网的支柱和基础要求极高。笔者通过对各种接触网支柱的分析比较，提出了适合客运专线接触网的支柱和基础选型方案，为今后设计、施工提供参考。

关键词：客运专线；接触网；支柱

客运专线运行速度高、行车密度大，对供电能力和供电质量的要求极高，其接触网是牵引供电系统的主动脉，功能是通过与受电弓在运行中的良好接触将电能传给电力机车。客运专线路基为双线并行，两侧设有电缆槽，接触网支柱及基础设置在电缆槽外壳以内，不能破坏路基的整体性，且接触网支柱侧面限界Cx=3.1 m，这就要求接触网支柱截面不易过大，支柱截面过大会使相应的基础外缘侵入电缆槽，将影响路基的整体美观。

1　　接触网支柱选型和技术经济比较的研究

根据客运专线特点，接触网支柱应采用截面较小的环形截面支柱或H字形钢柱。由于高速运行的列车引起的空气流体压力，对其旁侧的接触网支柱影响很大，因此采用环形截面支柱比H字形截面支柱更有优势，对各种环形等径预应力混凝土柱、圆钢管柱、H型钢柱及其基础作技术经济比较见表1所示。

客运专线可采用的接触网支柱型号及配套的基础比较如下：

（1）环形等径预应力混凝土支柱，这种支柱容量达到80 kNm～100 kNm时，支柱截面直径为400 mm，带法兰的环形预应力混凝土支柱重量约2.1 t。

（2）圆形钢管支柱，分等径圆形钢管柱和锥形钢管柱两类，在路基上均可采用机械钻孔灌注桩基础。圆锥形钢管柱与等径圆形钢管柱相比，具有可防止腕臂抱箍下滑，且美观的特点。等径和圆锥形钢管柱容量均可达到80 kNm～100 kNm，圆形钢管柱底直径只须350 mm就可满足强度和挠度的要求，重量分别为0.59 t和0.68 t。其特点是：体积小、重量轻、安装方便且美观，使用寿命长，这点是环形等径混凝土支柱无法比拟的。

表1　几种支柱的技术经济比较表

（3）H型钢柱与圆形钢管柱相比，重量大，抗扭曲远不如圆形钢管，且柱底座与钻孔灌注桩基础很难匹配，灌注桩直径达到ф800时才能满足其安装要求，且预留螺栓有方向性，预留螺栓难度较大。

（4）桥梁上的接触网支柱，应采用轻型钢结构支柱。高速铁路桥梁是现浇连续梁，不是一般常用的简支梁，所以接触网支柱只能在桥梁面上预留安装，而不同于一般铁路桥接触网支柱安装在桥墩上，要求桥上接触网支柱要轻且截面小，而结构式钢柱重量虽轻，但截面较大，不满足现浇连续梁桥面系的要求。故只能采用圆形钢管柱和H型钢柱。

综合上述比较，圆形钢管柱和H型钢柱比环形等径混凝土支柱投资较大，圆形钢管柱和H型钢柱的优点是重量轻，而采用的钻孔灌注混凝土基础相同，故在路基上采用环形等径混凝土支柱投资较省，得出以下三种支柱选型方案：

（1）路基区段采用Φ350环形等径钢筋混凝土柱，桥上采用Φ350等径圆钢管柱（热轧无缝钢管）；

（2）路基区段和桥上均采用 Φ350等径圆钢管柱；

（3）路基区段和桥上均采用H型钢柱（热轧H型钢）。

2　　接触网支柱容量（弯矩）计算和支柱挠度（变形）控制范围的研究

客运专线接触网支柱侧面限界大，导线张力大，没有小曲线，对支柱的变形控制较高。接触网支柱容量计算时，风荷载标准应按50年一遇的风压采用，除风荷载体型系数按支柱构造形式取值外，风压高度变化系数应按沿线实际地形地貌（如田野、山谷、市区）分别取值计算，对于桥上接触网钢柱除考虑第一振型的影响外，还应考虑脉动影响系数。接触网支柱挠度（变形）的控制目前国内以柱顶挠度不大于L%为标准，客运专线取接触网支柱腕臂底座处水平位移控制在50 mm内。支柱挠度计算公式应考虑变位的迭加，计算公式如下：

经计算：接触网支柱不考虑增高时，当支柱腕臂底座处水平位移达到50 mm时，柱顶挠度未达到L%，而接触网支柱增高后，则柱顶挠度超过L%，可见控制接触网支柱腕臂底座处水平位移不受接触网支柱高度影响。

3　　接触网支柱基础类型的设计特点和施工工艺的研究

客运专线整体路基不允许在其上采取人工大开挖基坑，接触网支柱基础也应设计成截面小，并能使用机械施工的钻孔灌注桩基础，见图1所示。

图1接触网支柱基础截面图

客用专线可采用的接触网支柱基础类型比选如下：

（1）采用机械钻灌注桩基础，其优点：灌注桩直径(ф700)小、可采用机械钻孔、开挖时不破坏路基整体性，且灌注桩基础顶预留地脚螺栓与环形预应力混凝土支柱底法兰盘安装方便。

（2）圆形钢管支柱，分等径圆形钢管柱和锥形钢管两类，在路基上均可采用机械钻孔灌注桩基础。

（3）H型钢柱与圆形钢管柱相比，重量大，抗扭曲远不如圆形钢管，且柱底座与钻孔灌注桩基础很难匹配，灌注桩直径达到ф800时才能满足其安装要求，且预留螺栓有方向性，预留螺栓难度较大。

（4）钻孔灌注桩基础的施工，由于采用履带式旋挖钻机，一般在道床成形未铺轨前施工较容易控制基础质量，但对接触网平面布置有一定的限制，如果在铺轨后施工基础，履带式旋挖钻机无法进场，只能将其安装在平板车施工。

（5）桥梁上的接触网支柱，应采用轻型钢结构支柱，高速铁路桥梁是现浇连续梁，不是一般常用的简支梁，所以接触网支柱只能在桥梁面上预留安装，而不同于一般铁路桥接触网支柱安装在桥墩上，故要求桥上接触网支柱要轻且截面小，这样支柱底座预留容易实现，且对桥面系其他设施影响较小。

4　　接触网下锚支持结构及相应基础的研究

路基上接触网下锚支柱采用打拉线形式，拉线基础采用钻孔灌注桩形式，这样可与支柱基础形式达到统一，而在桥上设置下锚柱时，应考虑桥面系的结构特征和受力特点，建议采用双肢柱结构，把下锚底座与腕臂底座分别设置在不同的肢上，双肢柱又互为连接共同承受下锚产生的弯矩，双肢柱是顺线路设置（见图2所示），其特点是减小了垂直线路方向的尺寸，加大了顺线路方向的尺寸，使桥梁受力更加合理，也满足接触网下锚的受力要求。

图2桥梁面上接触网双肢下锚图

5　　结束语

对接触网的支柱和基础选型要根据线路特点和技术要求，区分路基和桥梁等区段的不同条件，综合考虑技术经济比较及施工难易等，确定选择合理的接触网支柱和基础。

参考文献：

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［5］ 楚振宇.高速列车负荷分析和供电系统的算法研究［J］.电气化铁道，2006（Z）：145-146.

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中图分类号：U225.4

文献标识码：B

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.06.022

收稿日期：2016-3-19

作者简介：王宏樱(1981-)，男，汉族，甘肃白银人，大学本科，工程师，主要从事电气化铁路咨询、监理工作。