溫希華，徐前衛(wèi)，鞏川寶

（1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司，上海 200071；2.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804；3.中鐵二十一局集團(tuán)有限公司，蘭州 700070）

1 引言

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)中國(guó)鐵路跨越式發(fā)展，全面提高鐵路電氣化發(fā)展水平，在大量新建電氣化鐵路的同時(shí)，對(duì)既有運(yùn)營(yíng)鐵路進(jìn)行合理的電氣化改造也成了迫在眉睫的任務(wù)。電氣化鐵路的正常運(yùn)行需要接觸網(wǎng)提供持續(xù)動(dòng)力，因此，接觸網(wǎng)施工是電氣化改造工程中的重要一環(huán)。電氣化列車往往運(yùn)行速度快，引起接觸網(wǎng)的波動(dòng)大，導(dǎo)致支柱基礎(chǔ)承受較大的瞬間荷載【1】。其不僅直接承受上部結(jié)構(gòu)荷載，而且還要將荷載進(jìn)一步向下部地基轉(zhuǎn)移分布。因此，為確保營(yíng)業(yè)線鐵路電氣化改造的順利實(shí)施，正確和合理地選擇接觸網(wǎng)支柱和基礎(chǔ)型式，對(duì)于保障支柱與路基的整體穩(wěn)定性，并進(jìn)而穩(wěn)定弓網(wǎng)關(guān)系，減小接觸網(wǎng)振動(dòng)等而言至關(guān)重要。

本文結(jié)合蕪湖南—廣德鐵路電氣化改造工程，開展適于機(jī)械化施工的接觸網(wǎng)支柱及基礎(chǔ)型式選取的研究。這不僅可為鐵路電氣化改造工程提供技術(shù)支撐，而且對(duì)提高機(jī)械化施工程度、縮短工期以及降低工程造價(jià)等均具有指導(dǎo)意義【2】。

2 工程概況

蕪湖南—廣德鐵路電氣化改造項(xiàng)目位于安徽省中東部，經(jīng)由蕪湖、宣城2 市，全長(zhǎng)146.3km。全段包括蕪湖南站等9 個(gè)車站及蕪湖至蕪湖南等10 個(gè)區(qū)間，其中，接觸網(wǎng)直埋基坑開挖及混凝土支柱組立4 469 處，拉線基坑開挖及制作1 030處；鋼柱基礎(chǔ)開挖、澆制1 389 處。

3 營(yíng)業(yè)線鐵路接觸網(wǎng)支柱選型

3.1 接觸網(wǎng)支柱型式及技術(shù)特點(diǎn)

3.1.1 接觸網(wǎng)支柱型式

國(guó)外電氣化鐵路的接觸網(wǎng)支柱結(jié)構(gòu)型式多樣，且各不相同，主要包括預(yù)應(yīng)力混凝土環(huán)形支柱、圓形鋼管支柱（如日本）、H 型鋼柱（如韓國(guó)、法國(guó)）和槽鋼組合型鋼柱（如西班牙、德國(guó)）【3】。

我國(guó)電氣化鐵路接觸網(wǎng)支柱類型有很多，主要有橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱、預(yù)應(yīng)力混凝土環(huán)形支柱、H 型鋼柱、槽鋼組合型鋼柱以及環(huán)形截面鋼管柱等。

3.1.2 接觸網(wǎng)支柱技術(shù)特點(diǎn)分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，鐵路電氣化改造中可能應(yīng)用的接觸網(wǎng)支柱技術(shù)特點(diǎn)如下【4~6】：

1）橫腹桿式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱。具有“高強(qiáng)、低價(jià)、防腐蝕、無維修”等性能，可大幅度降低工程造價(jià)。

2）預(yù)應(yīng)力混凝土環(huán)形支柱。具有“使用無方向性、強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定”等特點(diǎn)，在電氣化鐵路中有較多使用。

3）H 型鋼柱。具有“制造簡(jiǎn)單、連接零件類型多、造價(jià)高、使用有方向性”等特點(diǎn)，可直接選用型鋼。

4）鋼管支柱。具有“適用范圍廣、承載能力高、外形易統(tǒng)一、連接零件類型少”等特點(diǎn)，在國(guó)外電氣化鐵路有采用。

5）薄壁離心鋼管混凝土支柱。具有“使用無方向性、承載能力高、適用范圍廣”等特點(diǎn)，但重量較大，在電氣化鐵道上尚缺乏運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

3.2 營(yíng)業(yè)線鐵路接觸網(wǎng)支柱選型

對(duì)于營(yíng)業(yè)線鐵路改造工程，考慮到薄壁離心鋼管混凝土支柱使用重量較大且內(nèi)部缺陷不易檢測(cè)，從方便機(jī)械化施工的角度出發(fā)，適合的接觸網(wǎng)支柱型式有預(yù)應(yīng)力混凝土支柱、H型鋼支柱以及鋼管支柱等。

4 營(yíng)業(yè)線鐵路接觸網(wǎng)基礎(chǔ)選型

4.1 基礎(chǔ)型式及技術(shù)特點(diǎn)

4.1.1 接觸網(wǎng)基礎(chǔ)型式

德國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)接觸網(wǎng)支柱的配套基礎(chǔ)型式相對(duì)較少，主要有無臺(tái)階側(cè)向承載式基礎(chǔ)（矩形斷面，如日本、法國(guó)和英國(guó)）和樁基礎(chǔ)（小徑鋼管樁、鉆孔灌注樁，如德國(guó)和西班牙）【7】。支柱基礎(chǔ)均采用機(jī)械施工，基坑鉆孔成形或直接打樁。

我國(guó)接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)型式主要包括：直埋式基礎(chǔ)、明挖擴(kuò)大式基礎(chǔ)、無臺(tái)階側(cè)向承載式基礎(chǔ)、預(yù)制混凝土管樁式基礎(chǔ)、鉆孔澆筑樁式基礎(chǔ)等【8~12】，但基礎(chǔ)型式大多不適合機(jī)械化施工，且依賴人工開挖基坑。

4.1.2 接觸網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)特點(diǎn)分析

綜合國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況來看，可用于鐵路電氣化改造的不同類型接觸網(wǎng)基礎(chǔ)形式的技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）直埋式基礎(chǔ)。施工簡(jiǎn)便，工期短，質(zhì)量易控制，施工完畢后可立即負(fù)荷使用，尤為適于既有線鐵路改造，但其承受載荷相對(duì)較小。

2）明挖擴(kuò)大式基礎(chǔ)。需人工開挖基坑和回填，耗費(fèi)大量人力資源，且工期長(zhǎng)；由于挖深較大，坑壁邊坡易失穩(wěn)；后期對(duì)基坑進(jìn)行原狀土回填夯實(shí)，容易擾動(dòng)路基，基礎(chǔ)自身穩(wěn)定性亦有影響。

3）無臺(tái)階側(cè)向承載式基礎(chǔ)。斷面多為矩形，人工開挖基坑，目前國(guó)內(nèi)尚無專門的機(jī)械施工設(shè)備。

4）打入式鋼樁基礎(chǔ)。在德國(guó)應(yīng)用較多，但施工容易對(duì)路基產(chǎn)生較大擾動(dòng)。

5）預(yù)制混凝土管樁式基礎(chǔ)。施工時(shí)對(duì)周圍土層產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，而且施工設(shè)備較為龐大，不便于移動(dòng)。

6）鉆孔澆筑樁，采用了鉆孔機(jī)械施工，具有噪聲低、振動(dòng)小、施工方便、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 營(yíng)業(yè)線鐵路接觸網(wǎng)基礎(chǔ)選型

考慮到營(yíng)業(yè)線路基不允許有較大的施工擾動(dòng)，故首先排除不適宜的打入式鋼樁基礎(chǔ)及預(yù)制混凝土管樁基礎(chǔ)；其次，無臺(tái)階側(cè)向承載式基礎(chǔ)的斷面一般為矩形，目前國(guó)內(nèi)尚無專門的機(jī)械施工設(shè)備，多由人工開挖，故該基礎(chǔ)型式也予以排除；再者，明挖擴(kuò)大式基礎(chǔ)雖然具有較大的容量，但基礎(chǔ)平面形狀多為矩形斷面，也無專門的機(jī)械開挖設(shè)備，加之此類基礎(chǔ)基坑開挖較大，對(duì)運(yùn)營(yíng)路基產(chǎn)生擾動(dòng)大，底部擴(kuò)階深入道床底部嚴(yán)重影響路基、道床整體穩(wěn)定性，同樣予以排除。因此，從方便機(jī)械化角度出發(fā)，適合營(yíng)業(yè)線鐵路電氣化改造的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)型式主要有直埋式基礎(chǔ)、機(jī)械鉆孔樁基礎(chǔ)（鉆孔灌注樁、干作業(yè)螺旋鉆孔樁）。

5 蕪廣線接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)

5.1 蕪廣線接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)選型

由于獨(dú)立式基礎(chǔ)和鉆孔澆筑基礎(chǔ)在基坑開挖完成后，還需要綁扎鋼筋、支模板和澆筑混凝土，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且工序煩瑣，故該基礎(chǔ)型式不適合機(jī)械化作業(yè)。相對(duì)而言，直埋式基礎(chǔ)可采取機(jī)械開挖基坑，插入立柱后再直接回填土，不僅耗時(shí)短，而且無需特定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，便可直接進(jìn)行后觸網(wǎng)續(xù)接的安裝作業(yè)。橫腹式預(yù)應(yīng)力混凝土直埋基礎(chǔ)如圖1所示。

圖1 橫幅式預(yù)應(yīng)力混凝土支柱直埋式基礎(chǔ)

5.2 接觸網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則

接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的作用是用來穩(wěn)定支柱，使其不產(chǎn)生傾覆、歪斜以及下沉。對(duì)于營(yíng)業(yè)線鐵路而言，直接埋設(shè)式整體支柱往往是將支柱底部埋設(shè)在地下，埋置深度一般為3m，地下埋設(shè)部分兼起基礎(chǔ)的效能，其四周回填土逐層夯實(shí)?；A(chǔ)的穩(wěn)定條件為：

式中，Mj、MH為極限荷載和工作荷載；Pj、PH為極限抗傾覆力矩和工作抗傾覆力矩；K0為抗傾覆安全穩(wěn)定系數(shù)，取1.5。

6 結(jié)語

本文結(jié)合蕪湖南—廣德線鐵路電氣化改造工程，通過對(duì)國(guó)內(nèi)外接觸網(wǎng)支柱和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式及其施工技術(shù)現(xiàn)狀的調(diào)研分析，有針對(duì)性地開展了既有鐵路電氣化改造工程接觸網(wǎng)支柱及其基礎(chǔ)的合理結(jié)構(gòu)型式選取及設(shè)計(jì)的研究，最終為采用新技術(shù)水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的工程提供物質(zhì)條件，也為最終促進(jìn)鐵路線路設(shè)計(jì)等級(jí)的提高而服務(wù)。