京九铁路电气化工程跨线建筑物下接触网特殊设计方案研究

范海江，赵红玉，王 蓓

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概述

京九铁路位于我国中东部地区，京沪、京广两大铁路干线之间，起自北京西，经霸州、衡水、聊城、菏泽、商丘、阜阳、麻城、九江、南昌、向塘、吉安、赣州、龙川至东莞，途经北京市、天津市、河北省、山东省、河南省、安徽省、湖北省、江西省、广东省等七省两市，它作为南北主要铁路大通道，北端通过北京、天津枢纽与京山、京原、京秦、京兰等主要铁路干线相连，中部与石德、邯济、新菏兖日、陇海、阜淮、宁西、铜九、武九、浙赣、赣龙、赣韶等线交会，并通过津霸、麻武联络线分别与京沪、京广铁路相通，南接广梅汕、广深等铁路干线，是贯穿我国中东部鱼骨形铁路交通网的脊梁，在全国铁路网中处于十分重要的地位。该线电气化工程包括北京西站(不含)至东莞站(不含)线路全长2312.405 km，其中北京西(不含)至乐化段电气化改造工程2008年8月开工建设，2009年12月开通运营，至今接触网运营情况良好。

既有铁路电气化接触网设计中不可避免地遇到各种各样净空较低的跨线建筑物(包括上跨的铁路桥、公路桥、下承式钢桁梁桥、天桥、高架候车室等)，跨线建筑物下的接触网是薄弱点，处理方案始终是电气化改造项目的重难点之一，如果处理措施不得当将会对工程质量产生影响，并会有安全隐患。跨线建筑物处的接触网方案根据跨线建筑物的不同而不同。接触网在跨线桥下布置示意见图1。

根据《铁路电力牵引供电设计规范》(TB10009—2005)规定，接触线距轨面最低高度在跨线建筑物范围内正常情况不应小于5 700 mm，困难情况不应小于5 650 mm，特殊情况不应小于5 330 mm。但随着国民经济的高速发展，对铁路运输事业提出了更高的要求，根据《铁路技术管理规程》(铁道部令第29号)规定“双层集装箱运输的线路接触线最低点高度不小于6 330 mm”，根据以往设计经验，既有铁路保证接触线最低点高度6 330 mm，困难的情况下，报有关部门批准后可采用6 250 mm。接触网带电体与固定接地体之间的静态距离正常值为300 mm，困难值为240 mm。

图1 接触网在跨线桥下布置示意

图1中s表示承力索与跨线建筑物结构体间的最小距离。设计中在动态条件下如果s不能满足最小空气绝缘间隙的要求，首先应考虑降低承力索的悬挂高度，同时应考虑适当缩小跨距，以获得满意的最短吊弦长度。当最短吊弦过短时，可使用安装高度约为70 mm的滑动吊弦取代标准吊弦，但这些措施会影响接触网弹性，弹性不均匀将引起接触线的磨损不均匀，减少了接触线的使用寿命，因而滑动吊弦一般只适用于120 km/h以下的线路。

进一步减小架空接触网系统的安装空间时可采用双接触线或3条接触线而不再使用承力索。由于这种接触网系统的弹性降低，接触线只有很小的抬升，因此该悬挂方式能适应净空很低的跨线建筑物。在净空极小时，可在桥梁两侧的接触网中插入中性段，此方式下接触线的接地使接触线与建筑结构之间的最小允许净空等于动态抬升加上机械安全净空，但在机车通过这样的桥梁结构时每次都要操作一次牵引机车的主断路器，其性质类似于过电分相。

当接触网的带电部位与桥梁之间采用最小净空时，由于桥下的鸟类或冬天形成的冰柱可能造成闪络现象而导致接触网故障，为避免此种现象的发生，承力索应使用收缩绝缘套管加以保护。在净空校验绝缘距离和接触线最低高度时，要考虑接触悬挂的动态抬升、环境温度的影响、接触网施工误差以及工务维修时的抬道等因素，在校验承力索与接地体最小距离时，应考虑覆冰的影响。还需考虑接触线的磨损，接触线磨损20%时会减小接触线在承力索上的荷载并导致承力索位置的进一步抬高。

当桥梁下接触网的高度和支持装置型式确定后，则可进行相邻跨的接触线坡度设计。接触网系统高度降低下的过渡跨和中心跨距布置见图2。

过渡跨和中心跨的坡度是有差别的，根据最高允许行车速度，接触网在过渡跨及中心跨内的最大坡度见表1。在任何过渡跨及中心跨中接触线的最低点都不应低于在桥梁跨内的最低点。

图2 接触网系统高度降低下的过渡跨和中心跨距布置

表1 跨线桥下接触线坡度选用

2 接触网通过跨线建筑物的控制因素

2.1 通行双层集装箱区段接触线距轨面高度

根据《铁路技术管理规程》第155条，“双层集装箱运输的线路，接触线距轨顶面的高度不小于6 330 mm［1］。

2.2 25 kV带电体距跨线建筑物底部的静态空气绝缘间隙

根据《铁路电力牵引设计规范》(TB10009—2005)第5.3.2条“25 kV带电体距跨线建筑物底部的静态空气绝缘间隙，正常值为500 mm，困难值为300 mm。”

2.3 接触线的驰度

根据《铁路电力牵引设计规范》(TB10009—2005)第5.1.8条“各类悬挂的接触线弛度均不宜大于250 mm。”

2.4 导线被抬起的最高位置距接地体的瞬时间隙

根据《铁路电力牵引设计规范》(TB10009—2005)第5.3.2条“导线被抬起的最高位置距接地体的瞬时间隙正常值为200 mm，困难值为160 mm。”

2.5 最高导线高度

根据《铁路电力牵引设计规范》(TB10009—2005)第5.1.4条“接触线距轨面的最高高度不应大于6 500 mm。”

3 跨线建筑物下的接触悬挂通过方式

京九铁路电气化改造工程铁道第三勘察设计院设计范围近1 000 km，按照通行双层集装箱设计，最高运营速度160 km/h，全线共计跨线建筑物约50座，其中跨线建筑物最低仅为6.7 m，以下介绍几种典型的跨线建筑物下接触网特殊设计方案。

3.1 降低结构高度通过

当跨线桥净空高度较高，但在保持正常结构高度时又无法保证绝缘距离的情况下，可采用此种方案，见图3。该方案的特点是降低结构高度，同时保持正常的腕臂结构，适应较高的行车速度。需要根据结构高度调整后的设计值，在斜腕臂的相应位置上安装1根辅助管，并将承力索固定在辅助管上。京九铁路电气工程菏关高速公路上跨京九铁路等跨线建筑物采用了此种设计方案，跨线建筑物净高为7.53 m，宽度为7.6 m，此区段铁路设计速度160 km/h。此处接触网导线高度选取6.45 m，结构高度0.9 m，跨线建筑物两侧支柱间距离为45 m，最低导线高度满足6.33 m［4-6］。

图3 接触网降低结构高度通过(单位:mm)

3.2 承力索绝缘通过，接触线带电通过

该方式通过降低建筑物两侧接触悬挂点的结构高度及接触线悬挂高度，在保证接触线最低点高度、承力索与接触线间必要的空气绝缘间隙情况下，承力索在建筑物两侧用绝缘子断开，链形悬挂的承力索在建筑物下无电，接触线带电通过跨线建筑物。要求两绝缘子之间不得安装吊弦且不得设置横向电连接。承力索与建筑物之间的间隙仅要求在规定的行车速度通过时，承力索不碰撞建筑物即可。绝缘子靠近建筑物端与建筑物边缘的距离应考虑在随温度变化承力索的窜动，该值的大小根据建筑物所在的半个锚段的长度，计算出由正常温度至最高或最低温度时的偏移量，即为绝缘子端距建筑物边缘的距离。因此该方式与链形悬挂带电直接通过相比，要求的建筑物净空稍低，为满足较高的行车速度，一般情况下采用此种方式要求跨线建筑物顺线路方向的宽度较小，一般不大于8 m，如图4所示。京九铁路电气工程邢贡联络线铁路上跨京九铁路采用了此种设计方案，跨线建筑物净高为6.8 m，宽度为5.86 m，此区段铁路设计速度120 km/h。此处接触网导线高度选取6.4 m，跨线建筑物两侧支柱间距离为40 m，最低导线高度为6.33 m［7-9］。

图4 跨线建筑物下接触悬挂方案示意(单位:mm)

3.3 承力索在低净空桥两侧下锚不通过，接触线带电通过

当跨线桥高度进一步降低，无法安装承力索时，采用此安装方式，适用于其宽度小于6 m时。一般在低净空桥两侧前各立1组硬横梁，承力索下锚在硬横梁上，接触线直接通过，即桥下接触悬挂为简单悬挂。为了保证悬挂的载流量，应通过架空线或电缆等将两断头承力索连起来。两吊弦安装在承力索下锚绝缘子外侧，且设置横向电连接。如图5所示。京九铁路电气工程邯济铁路上跨京九铁路采用了此种设计方案，跨线建筑物净高为6.7 m，宽度为5 m，此区段铁路设计速度120 km/h。此处接触网导线高度选取6.4 m，跨线建筑物两侧支柱间距离为40 m，最低导线高度满足6.33 m要求。

图5 承力索在跨线建筑物两侧断开

3.4 跨线建筑物下安装弹性支撑［10］

当跨线建筑物宽度大于6 m，接触线带电通过，链形悬挂承力索下锚不通过。该方式是在通过在跨线建筑物下安装弹性支撑，由于它具有悬挂和定位的作用，可解决吊弦间距过大导致的弛度过大而最高行车速度可达130 km/h。安装方式如图6所示。京九铁路电气工程日东高速公路上跨京九铁路采用了此种设计方案，跨线建筑物净高为6.76 m，宽度为27.6 m，此区段铁路设计速度120 km/h。此处接触网导线高度选取6.4 m，跨线建筑物两侧支柱间距离为40 m，最低导线高度满足6.33 m要求，公路桥下安装了2处弹性支撑。

图6 跨线建筑物下安装弹性支撑

3.5 其他特殊方案

跨线建筑物宽度低于6.7 m，接触网无法通过，需要线路专业对跨线建筑物下方线路落道以满足挂网需要，通过落道后满足挂网要求。京九铁路电气工程新菏兖日铁路上跨京九铁路采用了此种设计方案，跨线建筑物落道前净高为6.5 m，宽度为8.7 m，此区段铁路设计速度120 km/h，线路采用道砟落道0.2 m，同时对落道地段换铺矮型轨枕，以满足桥下净高要求，线路落道后接触网采用了本文3.4中的方案，接触网导线高度选取6.4 m，跨线建筑物两侧支柱间距离为40 m，最低导线高度满足6.33 m要求。

部分跨线建筑物宽度较宽或在高架候车室下方。由于跨线建筑物较宽接近甚至超过最大允许跨距，应充分利用跨线建筑下的结构安装腕臂结构，如在高架候车室下方安装吊柱或利用高架候车室支柱悬挂腕臂结构。

4 平面布置注意事项

平面布置时应尽量将跨线建筑物置于跨中布置，并采用相对较小的跨距及尽量采用小锚段设计，如果有中心锚结时应将中心锚结尽量靠近跨线建筑物布置，用以避免由于冰柱将导线短接等外因引起接触网断线，以缩小事故范围、有效减少抢修时间。跨线建筑下一般不应设置锚段关节、中心锚结等。

采用承力索不通过跨线建筑物方案时，一般在跨线建筑两端设置1组硬横梁，承力索在硬横梁上下锚，横梁设置位置距离跨线建筑物边缘2～5 m为宜，为保证接触网载流，断开的承力索应用电缆将其连通。

所有跨线建筑物在其跨越接触网部分均需要设置防护网栅，防护网栅两端需设置高压安全警示牌。

为避免行人将跨线建筑物两侧的接触网上绝缘子击碎，可按照合成绝缘子替代瓷绝缘子设计。

承力索在跨线建筑物下应加装贯通的绝缘套管，范围应向外延长5 m。

5 结语

本文提出了既有跨线建筑物下接触网特殊设计原则方案，以及几种在京九铁路电气化改造工程中的典型案例。对全线近50座既有低净空跨线建筑物采用不同处理方案，解决了低净空跨线建筑物接触网通过问题，不但节约了工程投资，而且简化了施工程序。实践证明上述方案切实可行。

电气化改造工程是一项系统工程，在工程设计中，一定要深入现场调查需要接触网特殊设计的低净空跨线建筑物，结合现场具体情况，因地制宜。不但要遵循设计规范，而且要有利于工程实施［9］。一般应采用多方案比选，以确定最经济、可靠的设计方案。

［1］中华人民共和国铁道部.铁道部令第29号，铁路技术管理规程［S］.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10009—2005，铁路电力牵引供电设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10621—2009，高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［4］梁英.接触网通过既有低净空跨线建筑物悬挂问题［J］.铁道运营技术，2009(4).

［5］梁长吉.京沪线电气化改造低净空施工方案［J］.电气化铁道，2006(6).

［6］马华德.浙赣线低净空桥接触网悬挂方案［J］.电气化铁道，2007(5).

［7］刘长志.跨线建筑物下接触网悬挂设计［J］.铁道工程学报，2007(12).

［8］孙海富.京沪铁路电气化低净空跨线建筑物改造方案研究［J］.铁道工程学报，2007(9).

［9］李桃.京沪铁路电气化改造上跨建筑物的处理方案［J］.铁道运营技术，2006(3).

［10］何庆甫，辛志红.低净空建筑下的接触网通过方案［J］.电气化铁道，2008(1).