一种新型铁路综合电缆槽的研制及应用探讨

陈玉泉，裘 韧，张新龙



一种新型铁路综合电缆槽的研制及应用探讨

陈玉泉，裘 韧，张新龙

在借鉴当前广泛采用的铁路电缆槽应用经验基础上，结合既有普速铁路特点和现场需求研制一种新型铁路综合电缆槽，该电缆槽具有使用年限长、强度高、重量轻、承重性好等优点，并具有较完善的防松防盗设计，可在既有普速铁路改造中使用，也适用于设计时速200 km及以上客货共线铁路和客运专线铁路。

电缆槽；设计使用年限；设计荷载；水泥复合材料；应用

0 引言

目前，设计时速200 km及以上客货共线铁路和客运专线铁路（含高速铁路）区间路基范围内设置的电缆槽普通采用钢筋混凝土综合电缆槽，该电缆槽整体预制，通信信号电缆共槽，电力电缆分槽，中间采用隔板隔离，设置于路肩上。既有普速铁路主要采用直埋方式敷设光电缆，部分不具备直埋条件的地段采用SMC复合材料电缆槽或钢筋混凝土电缆槽进行电缆防护，桥梁区段一般采用SMC复合材料电缆槽或钢槽。“既有线综合管沟建设方案及实施规划研究”课题中研制了一种新型铁路综合电缆槽，该电缆槽采用新材料、新工艺，整体预制，使用年限长、强度高，可在既有线铁路改造中使用，也适用于设计时速200 km及以上客货共线铁路和客运专线铁路。

1 研究原则及思路

根据铁路的发展趋势，结合当前铁路电缆槽的应用经验，在新型电缆槽的研究过程中，主要考虑以下原则和思路。

（1）提高设计荷载。由于既有铁路经历多年运营和多次改造，线路两侧均已敷设了大量光电缆，且大部分铁路路肩外移至防护栅栏，相关维护单位均要求电缆不得敷设于防护栅栏之外。在有砟轨道区段，线路大修时可能将轨枕、钢轨堆放于电缆槽上，若电缆槽设计荷载不足，容易造成电缆槽损坏甚至损伤电缆。因此，新型电缆槽的设计荷载应满足其在路肩上设置要求，不仅需考虑线路养护维修人员通行及放置小型养路机械的需求，还应考虑承载轨枕和钢轨的重量。

（2）提高设计使用年限。适当提高电缆槽的设计使用年限不仅可以减少线路改造时反复开挖电缆沟的次数，减小对铁路运营的干扰，还可与路基防护结构和排水结构的使用年限相匹配，有利于其同步更新改造。《铁路混凝土结构耐久性设计规范》中对混凝土结构设计使用年限的要求如表1所示。

由表1可知，电缆沟槽设计使用年限仅为30年，路基防护结构和200 km/h及以上铁路路基排水结构使用年限为60年。因此，新型铁路电缆槽设计使用年限提高至60年有利于电缆槽与路基防护结构及路基排水结构同步安排更新改造，还可减少通信、信号、电力各专业更新改造反复开挖电缆沟的次数。

（3）完善电缆槽和盖板间的防松防盗设计。目前广泛应用的电缆槽与盖板之间未设置锁扣类的防松、防盗装置，盖板较容易松开或被掀起，要实现防松、防盗只能采取水泥砂浆封闭的措施，而电缆槽封闭后不利于电缆的维护和更换。因此，新型铁路电缆槽需完善电缆槽和盖板间的防松、防盗设计。

表1 铁路混凝土结构设计使用年限

2 新型铁路电缆槽材质的研究

钢筋混凝土材质的电缆槽主要通过使用更高强度等级的混凝土、加大钢筋截面、增加钢筋保护层厚度等方式提高设计荷载和设计使用年限，并完善电缆槽和盖板间的防松、防盗设计，但采用该方式致使电缆槽非常笨重，不利于运输和施工安装。

本课题研究结合现状和市场调研，借鉴复合材料的加工思路，研制了一种新型材料。该材料以特种高强水泥、石英粉、活性粉末和硅质材料为主材，以多种无机矿物纤维经严格配比后作为增强材料，并添加一定量的外加剂复合而成。该材料在纤维增强体高强水泥高密板材加工工艺基础上，开拓性地引入造纸浸润、抄取工艺，以及制药企业的压滤、脱水和二次粉碎工艺，并采用钢铁企业连铸连轧工艺中连续模压成型工艺。通过以上全新工艺，实现强度高、质量轻、抗渗、防火、高塑性等性能。

由于新材料具备更为优良的抗渗、抗冻融能力，在电缆槽体中通过增加钢筋以增加设计荷载时，不需要加厚钢筋保护层就可实现不小于60年的设计使用年限。新材料的性能已通过第三方检验验证。根据新材料的性能、主材和制作工艺，该材料命名为高强轻质水泥复合材料。

普通混凝土（按C30强度等级考虑）密度约为2 500 kg/m3，高强轻质水泥复合材料密度不超过 2 300 kg/m3，质量轻于混凝土。同时该材料强度高，经测试，20 mm厚的高强轻质水泥复合材料板材可以达到60 mm厚普通钢筋混凝土板材的强度。

3 新型铁路电缆槽结构设计

新型铁路综合电缆槽结构的设计在充分借鉴铁路工程建设通用参考图《铁路路基电缆槽》（通路[2017]8401）的基础上，对电缆槽的型号、结构尺寸以及防松防盗设计等多方面进行了改进。

3.1 电缆槽型号

新型铁路综合电缆槽根据既有铁路的现状、站间距和车站规模等因素分为多种型号，便于不同地段根据实际情况选用适用的型号，在满足现场使用条件的前提下减小现场施工安装的难度。图1为I型铁路综合电缆槽断面图。

图1 Ⅰ型铁路综合电缆槽断面

Ⅰ型铁路综合电缆槽适用于区间路基地段；Ⅱ型铁路综合电缆槽适用于中小规模车站站内路基地段，与Ⅰ型槽相比电力电缆槽尺寸不变，通信信号电缆槽宽度增加到450 mm；Ⅲ型铁路综合电缆槽适用于较大规模车站站内路基地段，与Ⅰ型槽相比电力电缆槽尺寸不变，通信信号电缆槽宽度增加到550 mm。

3.2 电缆槽结构尺寸

新型铁路综合电缆槽采用通信信号电缆共槽、电力电缆分槽，中间用隔板隔离的结构形式。

为提高电缆槽的设计荷载，槽体内增加钢筋，钢筋经过镀锌防腐处理；为提高设计荷载同时不影响电缆槽容量，新型铁路综合电缆槽稍微降低槽体高度并将通信信号电缆槽适当加宽；为减轻电缆槽整体重量，便于运输和施工安装，非承重部分做成凹面，如图2所示。

3.3 防松防盗设计

为实现电缆槽和盖板间的防松、防盗，对应每种型号的电缆槽设计了2种型号的电缆槽盖板，电缆槽盖板材质与槽体材质一致。I-A型盖板设计了防松防盗卡扣，与电缆槽预留的结构相匹配；I-B型盖板不设防松防盗卡扣。I-A型盖板与I-B型盖板搭配使用，必须先开启I-B型盖板后才能顺序开启I-A型盖板。盖板设计图见图3—图6，2种盖板的结构尺寸一致，区别只是I-B型盖板不安装防松防盗卡扣。

图2 铁路综合电缆槽结构

图3 I-A型电缆槽盖板结构

图4 I-A型电缆槽盖板尺寸及配筋示意图

图5 I-A型电缆槽盖板A-A截面图

图6 I-A型电缆槽盖板B-B截面图

I-B型盖板作为开启电缆槽盖板的关键，可选择50～100 m设置1块，采用水泥砂浆封闭，维修或更新改造施工更换电缆时只需开启I-B型盖板后即可轻松开启其他盖板。

3.4 其他相关优化设计

（1）高强轻质水泥复合材料电缆槽在泄水孔、接地端子预留孔、接地端子引接线预留孔设计方面均与铁路工程建设通用参考图《铁路路基电缆槽》（通路[2017]8401）保持一致。

（2）出于对通信信号光电缆弯曲半径要求和便于线缆引出的考虑，通信、信号线缆引出预留孔孔径按Φ100预留。

（3）为实现施工安装时电缆槽的快速装配，在电缆槽对接面的底部预留2个1/4圆的鉴别销，方便施工安装过程的对正，也有利于电缆槽装配后形成一个紧密的整体。

4 新型铁路电缆槽应用分析

传统钢筋混凝土电缆槽与新型高强轻质水泥复合材料电缆槽的技术经济对比分析见表2。

表2 2种电缆槽对比分析

由表2可知，高强轻质水泥复合材料电缆槽使用年限长、强度高、重量轻，便于运输和安装，防松防盗设计比钢筋混凝土电缆槽更为完善，荷载也优于钢筋混凝土电缆槽；高强轻质水泥复合材料电缆槽设计使用年限长达60年，与路基防护结构和 200 km/h及以上铁路路基排水结构设计使用年限相同，有利于同步大修更换；高强轻质水泥复合材料电缆槽均布荷载达15 kN/m2，集中荷载达5 kN，在有砟轨道区段，线路大修时可承受轨枕、钢轨的重量。

因此，高强轻质水泥复合材料电缆槽适用范围较广，既适用于设计时速200 km及以上客货共线铁路和客运专线铁路（含高速铁路）路基地段，也适用于既有普速铁路路基地段。

5 结语

既有普速铁路沿线敷设有大量直埋路内外光电缆，在铁路的更新改造施工中，挖断在用光电缆将对铁路运输造成重大影响。采用新型铁路综合电缆槽可有效减少电缆沟反复开挖的次数，也可大大减少开挖电缆沟的施工配合及安全防护成本。

新型铁路综合电缆槽采用高强轻质水泥复合材料，使用年限长达60年，强度高、重量轻，设计荷载较大，可承受线路大修时堆放于电缆槽上的轨枕、钢轨的重量，并进行了较为完善的防松防盗设计。按照铁路技术改造的经验，由于各专业更新改造周期不一致，既有普速铁路平均每5年进行一次技术改造，在高强轻质水泥复合材料电缆槽使用年限内大约需要进行12次电缆沟开挖。高强轻质水泥复合材料电缆槽的一次投资成本约等于9次电缆沟开挖的成本。因此，在既有普速铁路建设高强轻质水泥复合材料电缆槽具有较高的必要性、可行性和经济性。

[1] 通路（2017）8401 铁路工程建设通用参考图铁路路基电缆槽[Z].

[2] 中华人民共和国铁道部. TB 10005-2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2010.

[3] 国家铁路局. TB 10006-2016 铁路通信设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2016.

[4] 国家铁路局. TB 10007-2017 铁路信号设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2017.

[5] 国家铁路局. TB 10008-2015 铁路电力设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2015.

With reference of experience from application of railway cable troughs widely used at the present time, with connection to the characteristics and site requirements of existed conventional railways, a new type of railway integrated cable troughs is developed, and the cable troughs are available with longer service life, high intensity, light weight and good performance for load bearing, provided with anti-loosening and anti-theft design; they are able to be used in conventional railway, both of mixed passenger & freight railway and passenger dedicated railway with design speed of 200 km/above.

Cable trough; design service life; design load; cement composite materials; application

U284.77+4

B

1007-936X(2018)02-0080-03

2017-10-17

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.02.021

陈玉泉.中铁通信信号勘测设计（北京）有限公司，高级工程师；裘 韧.中铁通信信号勘测设计（北京）有限公司，高级工程师;张新龙.山东鑫隆管业有限公司，工程师。

中国铁路总公司科技研究开发计划课题“既有线综合管沟建设方案及实施规划研究”（2016T001）。