基于城市景观化要求的新型有轨电车接触网设计

2019-05-16贾旭鹏

天津建设科技 2019年2期

□文/贾旭鹏

现代有轨电车接触网形式脱胎于铁路、地铁，组成部分基本一致。在发展过程中根据运行速度，有轨电车接触网较之地铁和铁路进行了相应的简化，目前国内外现代有轨电车接触网主要采用简单弹性悬挂形式，外观具有以下特征：

1）单接触线；

2）平腕臂和斜拉线。

在该类型接触网的景观化和轻量化探索方面，苏州有轨电车1号线率先采用了国外进口有轨电车专用零件，做出了有益尝试，带动了相关专用零件的国产化进程。但纵观国内外有轨电车接触网的主流形式，即使采用了有别于地铁和铁路的装配零件，其外形仍然具有比较明显的传统工业特征。

随着国内城市轨道交通建设水平的提高，不仅是地铁、有轨电车，乃至市域铁路都对景观化提出了较高要求[1]；作为开放式场景中的轨道交通形式，影响现代有轨电车作用发挥的四大重难点之一即线路景观与规划发展[2]。为适应国内有轨电车的高标准建设要求，有必要从总体设计思路入手，结合新工艺、新产品，对有轨电车接触网的形式进行更深入的景观化研究。陈玲[3]从悬挂类型选择、支柱配合及与城市景观结合等几个方面阐述了考虑景观化要求的接触网细节设计；路振铎等[4]进一步论证了通过合理规划隔离开关设置、电缆敷设方式和应用新型下锚装置等途径实现接触网景观化的可行性；夏景辉等[5]提出了接触网与灯光照明结合的景观化思路。李娜等[6]从道路使用者的角度出发，研究了有轨电车建设中的景观化问题，通过问卷调查和模拟评价分析了有轨电车的景观要素，通过景观对比提出应减小接触网对道路景观的影响。本文结合近年来的接触网零件研发新进展和有轨电车车辆的新特点，提出有针对性的景观化设计思路和原则，介绍相应的景观化设计措施，为今后的类似项目提供借鉴。

1 工程概况

成都市有轨电车蓉2 号线工程呈Y 型布局，起于成都西站站，终于郫县西站和仁和站，线路全长约39.0 km，共设站47座；设郫温定修段1座，西站停车场1座，红光停车场1座。全线设29座牵引变电所，其中正线设26座，郫温定修段、西站停车场、红光停车场各1 座。牵引网系统的供电制式为DC750 V 馈电，架空接触网供电+部分路口车载储能设备供电，全线接触网采用简单弹性悬挂，见表1。最高行车速度70 km/h。

表1 接触网悬挂组成

2 景观化设计思路

以往的工程项目,有通过坠坨内置、支柱优化进行景观化设计的尝试并且取得了良好的效果，本文拟在这些尝试的基础上以工程实际情况为背景，从新型有轨电车接触网系统的平面布置、支撑悬挂、支柱及外挂设备等方面的景观化设计进行阐述。

本工程接触网景观化设计主要围绕以下原则开展：局部路口采用无触网设计；路口范围内不立接触网支柱，对路面交通零影响；降低接触网支柱结构高度，采用新型装配形式；减少线缆外露，优化设备安装方式。

3 景观化设计措施

3.1 部分路口无触网的平面布置

供电制式主要有接触网供电和车辆储能式供电两种类型。前者具有较高的技术成熟度和优良的经济性；后者具有景观性良好的特点，但造价较高，运营期间维护难度和成本较高。

对两种供电制式进行合理搭配，实现接触网+储能式的供电制式，以接触网供电为主，部分路口采用车载储能装置供电，可以有效的取长补短，同时契合本工程线路较长，沿线路口宽度较大的特点。此类型供电制式已在法国尼斯有轨电车、沈阳浑南有轨电车得到成功应用，成都、都江堰等地的有轨电车项目中正在实施。

该类型的供电制式使得接触网平面布置较为灵活，可在对景观化要求较高的路口或区段实现无触网化，在线路转弯、联络线处通过储能式供电来避免较为复杂的接触网架设，实现景观化和经济性的兼顾。

本工程在进行设计时，对无触网路口的选择通常考虑以下几个因素。

1）路口处交通现状。现状路口处各方向车流量较大时，宜优先考虑设置为无触网路口，避免可能出现的超高超限车辆对接触线的钩挂。当路口处有城市纪念或景观雕塑时，也应考虑按照无触网设置。

2）路口处线路线型。转弯路口宜采用无触网布置，有轨电车在正线转弯路口处的曲线半径较小，往往只有50 m，如此小的半径要求接触线的定位点间距一般≯8 m，如果在此转弯路口采用有网设计，则接触网的布置较为复杂，设计难度较大且对景观有很大影响。见图1。

图1 转弯路口处接触网绷拉线典型布置

3）路口处宽度。现状路口延线路方向宽度大于接触网最大跨度时，宜考虑设置为无触网路口[7]，以避免在路口中间立柱影响交通。根据项目所在地的气候情况和接触线标准张力确定接触网最大跨度，一般≯45 m。当人行横道线之间的净距大于最大跨距时，可考虑设置此路口为无触网路口。

4）相邻无触网路口之间的距离。车辆在通过无触网路口是一个释放储能设备中电能的过程，随后在有网区间运行充电。为避免相邻两个无触网路口间距离过短，车辆充电不充分，导致在邻近的无触网路口处储能不足影响车辆运行，应根据车载储能容量，通过仿真计算并考虑一定的冗余，来确定适合车辆的无触网路口最小间距值。

从交通安全的角度考虑，无触网路口处的端部支柱宜设置在人行横道线远离路口处的一侧，以避免车辆的误撞。无触网路口处的接触线导高应充分考虑受电弓的自然抬升高度，通过合理设置接触线的抬高实现车辆不降/升弓通过路口。见图2。

图2 无触网路口处接触网支柱布置

3.2 新型支撑悬挂

传统的简单弹性支撑悬挂主要由定位器、水平旋转腕臂和斜拉线组成，立面呈十字形，高度根据接触线导高和线间距而定。该类型的支撑悬挂大量应用于地铁和铁路，结构简单、性能可靠，经济性好，但也因此具有典型的工业化特征，当应用于有轨电车的开放式场景中时，对沿线景观产生一定影响。

新型接触网悬挂系统由铝合金铸造箱体、弹簧底座、绝缘定位管和滑动模块组成；采用固定的铝合金结构箱体作为悬挂定位系统的固定结构件，定位装置通过其底部槽道与之连接并通过在槽道内的定位实现拉出值的设置；通过可沿线路方向滑动的模块组实现接触线的定位和补偿，滑动模块与绝缘定位器连接；绝缘定位器尾部的压缩弹簧可实现接触线竖向的活动和限位，通过螺栓与箱体槽道连接。整套装置结构紧凑、体型较小，由于取消斜拉线，整体高度降低为1.3 m；铸造铝合金箱体可以通过不同的造型来实现不同的景观化要求，具有较大的灵活性和适应性，整体外形脱离了传统特征，与环境融合度较为优秀。见图3。

图3 新型接触网悬挂系统

3.3 补偿下锚

有轨电车补偿下锚形式主要有外置式坠坨补偿、内置式坠坨补偿和恒张力弹簧补偿装置补偿。见表2。

表2 不同补偿方式对比

外置式坠坨广泛应用于铁路和高铁，具有结构简单、施工方便、维护便捷及经济性优良的特点，但其体型较大，环境友好性较差并且当采用中间支柱时对限界要求较高，目前在现代有轨电车领域已应用较少。

内置式坠坨是针对外置式坠坨的缺点进行改良后的产品，其坠坨部分内置于支柱腔体内，仅棘轮（滑轮）部分外露，外观简洁能适应景观化的要求，但是对支柱和坠坨的施工精度要求较高[8]；为实现坠坨的小型化，一般采用金属材质；当坠坨在支柱内部发生卡滞时，受空间限制，复位困难，对运营期间的维护要求较高。见图4。

恒张力弹簧补偿装置尤其是涡卷弹簧补偿装置体型较小，安装形式较为灵活，可横置也可竖置，可实现在上下行接触线同柱补偿下锚，能适应不同的使用场景，主要性能指标可以满足有轨电车接触网使用要求，在景观方面具有较为明显的优势；其安装调试方便，可维护性好，但价格较高。可根据工程实际情况在全线或者景观化要求较高的区段使用。见图5。

图4 内置式坠坨补偿

图5 恒张力弹簧补偿

综合以上因素，恒张力的弹簧补偿装置更加适合对景观化要求较高的有轨电车项目，本工程采用弹簧补偿装置。

3.4 接触网支柱的景观化设计

景观化的接触网支柱宜采用钢支柱，根据项目实际情况可考虑H 型钢柱或钢管柱，其中钢管支柱的景观化效果较好，根据不同的景观化要求，可加工为变径钢管柱或者等径钢管柱。

本工程接触网支柱的景观化设计主要通过以下措施实现:

1）支柱采用两段钢管插焊得到，通过控制粗管段和细管段的长度比例实现协调的观感；

2）在满足结构强度和刚度的前提下，为实现造型的统一，各类型支柱（含道岔定位柱、关节转换柱及下锚柱等）的粗管段外径均为245 mm，通过不同的壁厚调整不同类型支柱的容量；

3）下锚柱采用无拉线的设计[9]，有轨电车采用简单弹性悬挂，一般仅考虑接触线的下锚，本工程接触线额定张力12 kN，通过合理设计支柱截面可实现支柱无拉线；基础部分宜采用柱下独立基础，宜适当增加基础底板尺寸，当基础持力层土质较差时应采取换填垫层处理。见图6。

图6 支柱的景观化设计

钢支柱防腐措施非常重要，直接影响钢结构的使用寿命。在众多防腐措施中，热浸锌是一种简单可靠的方式，在接触网工程中得到了广泛的应用。在支柱景观化设计中，热浸锌的涂装存在颜色单一，表面效果较差的缺点，一般可通过增加树脂涂层和氟碳涂层的方法来克服。本工程支柱表面采用树脂涂层，粗管段部分采用深蓝色，细管段部分采用和铝合金箱体较为一致的银灰色，整体配色协调，表面处理光洁。

3.5 附属设备的安装优化

作为整体景观化设计的一部分，接触网支柱上摄像头、天线及各种线缆的安装也应充分考虑景观化要求。传统的安装方式一般是电缆经由接触网支柱向上敷设至上网点，通过绑带和抱箍固定在支柱的外表面，线缆密集、众多[4]；避雷器、天线、摄像头等通过抱箍与支柱连接，外观尺寸较大。根据有轨电车的使用要求，一般200 m 左右设置一个避雷器，路口处和路段一定间隔内设置摄像头，考虑到各类设备一般不同柱安装，因此支柱上安装设备的密度较高，这部分的景观化设计直接影响了整体的景观效果。

本工程各类线缆（含上网电缆、避雷器电缆、接地电缆、各类信号线）均内置于圆钢管内部，在基础及支柱顶部受力较小处预留出线孔。基础内的预留孔直径为180 mm，支柱顶部开孔沿线路方向对称，满足上网电缆从预埋管直接穿入基础并上爬至支柱顶部。各类设备安装在支柱上时，在支柱上开孔穿线，设备本身通过螺栓或者钢绑带与支柱连接；摄像头通过螺栓和连接板与铝合金箱体的法兰连接；避雷器通过螺栓连接在铝合金箱体的槽道上。通过上述措施，可以较为有效的较少外挂设备对景观的影响并可对各类线缆实施保护。见图7。