盧 鋒

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出行逐漸成為人們的必然行為，橋梁在其中起到了重要的作用，這就要求橋梁的建設(shè)要跟上歷史的腳步，橋梁是用于跨越障礙物（如河流、海峽、山谷和道路等）而使道路保持連續(xù)的人工構(gòu)造物，它便利了兩岸的往來，又不阻擋山間水上的原有交通。我國橋梁的設(shè)計(jì)和建造水平在世界上處于領(lǐng)先水平，建設(shè)了梁式橋、拱橋、剛架橋和纜索承重橋（即懸索橋、斜拉橋）等各種結(jié)構(gòu)體系的橋梁，橋梁的供配電技術(shù)在橋梁的設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)營中扮演越來越重要的角色，然而，橋梁供配電設(shè)計(jì)技術(shù)卻沒有很大的發(fā)展與創(chuàng)新[1]。

橋梁中主要的用電負(fù)荷有：安全監(jiān)控系統(tǒng)、助航標(biāo)志燈、航空障礙燈、消防設(shè)備、通信設(shè)備；道路照明、橋塔、箱梁和錨室等內(nèi)部照明；檢修動(dòng)力、警衛(wèi)、收費(fèi)系統(tǒng)和養(yǎng)護(hù)設(shè)施；景觀照明、除濕設(shè)備和辦公區(qū)生活用電等。從負(fù)荷的種類和分布位置來看，與建筑電氣有很大區(qū)別，其負(fù)荷以長距離、分散性、大范圍和小容量負(fù)荷為主，各類照明、電氣設(shè)備多安裝于高溫差、大震動(dòng)的狹小空間中，根據(jù)不同的使用功能，設(shè)備的開啟時(shí)間有所不同，使用容量在白天和夜晚也有很大差異[2-3]。

綜上所述，橋梁的供配電設(shè)計(jì)技術(shù)落后于橋梁行業(yè)的發(fā)展，并且橋梁的用電負(fù)荷有其特殊性，與建筑電氣迥異，同時(shí)公鐵兩用大橋既有鐵路用電負(fù)荷又有公路用電負(fù)荷，在設(shè)計(jì)時(shí)更加復(fù)雜，因此有必要對公鐵兩用橋梁的供配電設(shè)計(jì)作全面的介紹[4]。

本文將以鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋?yàn)槔?，詳?xì)而全面地闡述橋梁供配電設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，為我國橋梁的發(fā)展盡綿薄之力。

1 項(xiàng)目概況

鹽泰錫常宜鐵路位于江蘇省東部，主線大致走向：鹽城-興化-泰州-泰興-靖江-江陰-無錫-常州-宜興，在靖江、江陰之間跨越長江。全線跨度范圍大，影響深遠(yuǎn)，為加快長三角一體化提供重要支撐。

鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋位于江陰長江大橋下游3.3 km處，規(guī)劃江陰第三過江通道位置。從綜合利用過江通道資源角度，除鹽泰錫常宜鐵路外，還同步實(shí)現(xiàn)新長鐵路、公路功能過江。該項(xiàng)目是打通客運(yùn)、貨運(yùn)鐵路過江瓶頸、分擔(dān)江陰橋公路過江壓力的重要工程。

主跨1 780 m公鐵合建懸索橋方案跨度布置如圖1所示，總體效果如圖2所示。主梁跨度布置為（2×140+528+1 780+220×2+140）m。主跨1780m，其中懸索區(qū)段900m，吊跨比0.5，設(shè)置交叉索8對，跨中純懸索區(qū)段長700m。主纜矢跨比1/7.87，跨度布置為（896+1780+630）m。主塔采用混凝土門式結(jié)構(gòu)，主塔塔高約312m，設(shè)上、中、下3道橫梁。南北各有一個(gè)重力式錨碇。主梁橫斷面采用上下層布置，上層為雙向8車道高速公路，整幅布置，鐵路橋面在下層橋面，為鹽泰錫常宜高鐵和新長鐵路各2線。

圖1 鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋橋型布置圖（單位：m）

圖2 鹽泰錫常宜公鐵兩用大橋總體效果圖

本橋采用大跨度斜拉懸吊協(xié)作體系橋梁方案，其主要特點(diǎn)為：主跨大，主跨1 780 m是目前最大跨度的高速鐵路橋；荷載重，承擔(dān)四線鐵路、八線高速公路交通荷載；標(biāo)準(zhǔn)高，高速鐵路線路設(shè)計(jì)時(shí)速250 km/h。

2 供電及照明系統(tǒng)

2.1 鐵路層供電及照明系統(tǒng)

2.1.1 供電系統(tǒng)

鐵路層供電系統(tǒng)應(yīng)滿足TB 10008—2015《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》。在橋墩鐵路梁面對稱中心線處設(shè)置10/0.4 kV變配電設(shè)施。電源宜由鐵路電力貫通線供電，貫通線供電能力受限時(shí)，可采用外部電源。外部電源優(yōu)先考慮從橋區(qū)附近的養(yǎng)護(hù)工區(qū)變電所專用10 kV回路接入。橋上10 kV電纜沿10 kV貫通線預(yù)留通道敷設(shè)。變配電裝置納入鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的方式由全線總體統(tǒng)一考慮，僅在低壓配電柜內(nèi)預(yù)留相關(guān)的RTU回路。

低壓側(cè)設(shè)置低壓配電柜，采用0.4 kV TN-S系統(tǒng)。在低壓配電柜設(shè)置主塔電梯、鋼梁檢查車、橋梁健康監(jiān)測及航標(biāo)專用回路。

設(shè)計(jì)時(shí)為塔內(nèi)電梯、鋼梁檢查車預(yù)留供電容量及主線電纜通道。

根據(jù)GB5863—93《內(nèi)河助航標(biāo)志》要求配布助航標(biāo)志，但橋梁助航標(biāo)志為專項(xiàng)設(shè)計(jì)，因此僅按常規(guī)方案預(yù)留航標(biāo)燈用電容量。

2.1.2 電力、通信、信號等電纜過橋布置

過橋通信、信號、接觸網(wǎng)及電力線路沿軌道兩側(cè)電纜槽道敷設(shè)。鋼梁橋段電纜槽道敷設(shè)在檢修走道下方。混凝土梁橋梁段，通信信號和高壓等電纜通道由土建預(yù)留于梁體溝槽內(nèi)。電纜槽道尺寸及布置要求應(yīng)滿足相關(guān)專業(yè)提出的要求。

2.1.3鐵路面員工走道照明

在鐵路橋面設(shè)置照明，夜間為巡道、維修提供良好的工作環(huán)境。應(yīng)能滿足TB 10089—2015《鐵路照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，選用節(jié)能減震型50 W LED燈，上下游對稱布置，3.5 m燈桿順橋向間隔30 m安裝于檢修走道欄桿扶手上。照明均采用微電腦時(shí)鐘自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2.1.4 鐵路面動(dòng)力維修電源

在鋼梁段鐵路橋面的員工走道欄桿上設(shè)置動(dòng)力開關(guān)箱，兩側(cè)交錯(cuò)布置。單側(cè)間距約100 m，每回路遠(yuǎn)端同時(shí)使用的最大容量為10 kW。

2.1.5 主塔塔內(nèi)檢修走道照明

為便于檢修人員工作，在主塔內(nèi)設(shè)有照明燈和電源插座。在每層平臺(tái)上方安裝一盞節(jié)能燈；每2層平臺(tái)安裝一個(gè)插座。電源插座可給臨時(shí)增設(shè)的照明或小型電動(dòng)工具供電。

2.1.6 主塔航空障礙燈

航空障礙燈按照MH 5001—2013《民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行布設(shè)，在主塔頂部和塔身合適位置安裝航空障礙燈，主線電纜與塔內(nèi)檢修照明共槽順?biāo)趦?nèi)敷設(shè)，燈位附近穿可撓金屬管至燈位。該布置方式需經(jīng)當(dāng)?shù)睾娇展芾聿块T批準(zhǔn)后實(shí)施。

2.2 公路層供電及照明系統(tǒng)

2.2.1 供電系統(tǒng)

外電源由地方1路10 kV市電網(wǎng)絡(luò)引入，采用10 kV高壓環(huán)網(wǎng)供電方案，通過10/0.4 kV變壓器對沿線的分散性負(fù)荷和主塔等處的集中性負(fù)荷進(jìn)行供電，全橋每間隔1 km左右分布設(shè)置電氣照明變壓器1臺(tái)，詳細(xì)布置位置根據(jù)公路面負(fù)荷情況確定。橋上10 kV電纜沿10 kV預(yù)留通道敷設(shè)。

2.2.2 公路面道路照明

道路等級為高速公路，在N19-S12號墩間設(shè)置照明，道路及橋梁照明標(biāo)準(zhǔn)選用I級標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，具體指標(biāo)為：路面平均亮度維持值2 cd/m2，路面亮度總均勻度最小值0.4，路面亮度縱向均勻度最小值0.7，路面平均照度維持值30 lx，路面照度均勻度最小值0.4，眩光限制閾值增量最大初始值10，環(huán)境比最小值0.5，功率密度值≤1 W/m2[5]。

公路面道照明采用10 m高燈桿間隔28 m兩側(cè)對稱布置，2 m伸臂配250 W LED路燈。供電回路均選用YJV型電纜，橋面電纜在防撞護(hù)欄外側(cè)電纜槽道和預(yù)埋管道內(nèi)敷設(shè)。

2.3 夜景照明

夜景照明應(yīng)滿足JGJ/T 163—2008《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。夜景照明重點(diǎn)突出主塔、斜拉索、懸索及橋梁輪廓。主要包括：照明燈具布置、低壓供配電、控制、接線和安裝圖等。燈具及線管與主橋安裝部位外表涂裝顏色應(yīng)與橋梁外裝一致，使其在白天與橋梁融為一體，不影響景觀效果。夜間，光線均勻地灑落在橋體上，突出橋梁結(jié)構(gòu)之美，形成極佳的夜景效果。

2.3.1 橋梁輪廓

LED點(diǎn)光源安裝在公路層與鐵路層梁側(cè)，勾勒橋梁輪廓。

2.3.2 主塔照明

主塔部分的效果為全橋夜景照明的重點(diǎn)，根據(jù)被照區(qū)域的不同，在塔頂與梁部高程附近采用不同數(shù)量和不同角度的大功率LED投光燈分層將塔身各面洗亮。

2.3.3 斜拉索照明

索區(qū)為夜景照明的亮點(diǎn)。斜拉索采用照面的方式，從遠(yuǎn)離主塔區(qū)域至靠近主塔區(qū)域設(shè)置功率由小到大的組合式LED投光燈，均勻照亮斜拉索迎江面。

2.3.4 懸索照明

懸索與吊索迎江側(cè)安裝點(diǎn)光源，展現(xiàn)其優(yōu)美的弧形輪廓。

2.3.5 夜景照明控制系統(tǒng)

夜景照明控制系統(tǒng)采用智能遠(yuǎn)程照明控制方式，LED燈光采用標(biāo)準(zhǔn)DMX512-A協(xié)議控制方式?，F(xiàn)場設(shè)置主控，整體控制可納入總控[6]。

3 綜合接地系統(tǒng)

綜合接地系統(tǒng)應(yīng)能滿足GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、QX/T 330—2016《大型橋梁防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T 31067—2014《橋梁防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、TB 10180—2016《鐵路防雷及接地工程技術(shù)規(guī)范》和通號9301—2016《鐵路綜合接地系統(tǒng)》的要求。本橋綜合接地裝置為全線綜合接地系統(tǒng)的組成部分，與全線貫通地線可靠連接后綜合接地電阻要求小于1 Ω。接地裝置由接地極、水平連接線、接地引上線和接地端子等部分組成。

3.1 下部結(jié)構(gòu)接地

全橋在每個(gè)橋墩處均設(shè)接地裝置。將每根樁基中的一根通長結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地極，在樁基的每節(jié)段處必須采用搭接鋼筋雙面焊接以保證全長電氣導(dǎo)通，另需將所有樁基的豎向主鋼筋并焊在一起，共同作為接地極。若有保留的鋼護(hù)筒，應(yīng)利用它并接后作為接地極。

每墩至少設(shè)有2根接地引上線引至鐵路和公路梁底。接地引上線下端與承臺(tái)內(nèi)環(huán)接接地極的鋼筋連接，上端與接地端子連接或留接地引出線便于和橋面接地帶（線）連接。接地線和墩身內(nèi)水平接地連接線應(yīng)充分利用直徑不小于φ16 mm的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋。

3.2 上部結(jié)構(gòu)接地

3.2.1 公鐵合建段鋼梁接地

主橋鋼梁鐵路橋在橋墩處的鋼梁底部設(shè)置接地角鋼，為不銹鋼連接線與墩帽處接地端子連接。在檢修走道處設(shè)有接地母排，在橋墩處接地母排與接地角鋼間、鋼梁底部的接地角鋼與墩帽處接地端子間均采用不銹鋼連接線連接。所有接地端子、接地母排、貫通接地線、金屬構(gòu)件及電氣設(shè)備均應(yīng)可靠連接，形成電氣導(dǎo)通的綜合接地系統(tǒng)。

主橋鋼梁防撞護(hù)欄處均設(shè)置40 mm×5 mm鍍鋅扁鋼作為貫通接地帶。貫通接地帶與鋼防撞護(hù)欄、鋼梁梁體及電氣設(shè)備均應(yīng)可靠連接。

3.2.2 公鐵合建段混凝土梁接地

鐵路面混凝土梁上的接地端子布置在小里程側(cè)。每斷面處梁底、擋墻處、檢修走道處均設(shè)有接地端子。橋墩處梁底的接地端子與墩帽處接地端子采用不銹鋼連接線連接。利用梁內(nèi)非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋將各處接地端子、接地連接鋼筋相連。

公路面在小里程側(cè)的梁底設(shè)置接地端子，采用不銹鋼連接線與墩帽處接地端子連接。利用梁體內(nèi)非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地引下線。在混凝土防撞墻內(nèi)均敷設(shè)40 mm×5 mm鍍鋅扁鋼作貫通接地帶。接地引出線在兩側(cè)與防撞護(hù)欄內(nèi)貫通接地扁鋼連接。

3.2.3 鐵路單建段混凝土梁接地

鐵路單建段混凝土梁與公鐵合建段中鐵路混凝土梁接地相同。

3.2.4 主塔防雷接地

主塔塔身利用不小于φ16 mm非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋作為接地引上線，塔身每隔10 m左右利用結(jié)構(gòu)箍筋作為水平均壓環(huán)[7]。每根塔柱頂部設(shè)置一座避雷針，所有避雷針及欄桿扶手均應(yīng)與接地引上線可靠焊接。有多根接地引上線，下與基礎(chǔ)接地極連接，上與均壓環(huán)、塔頂避雷針連接。

4 涉電設(shè)施遷改

對AK184+200～AK191+500（除去水域面積，主河道：AK186+080～AK189+415）里程范圍內(nèi)不滿足GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的涉電設(shè)施需遷改，遷改數(shù)量如表1。

表1 涉電設(shè)施遷改數(shù)量表

5 結(jié)束語

公鐵兩用橋梁的供配電設(shè)計(jì)是隨著我國建橋技術(shù)水平的提高而出現(xiàn)的新研究課題。本文對公鐵兩用橋梁的供配電設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括供電系統(tǒng)，電梯、橋梁檢查車、除濕設(shè)備、助航標(biāo)志、航空障礙燈、動(dòng)力維修電源和健康監(jiān)測等設(shè)備的配電，功能照明和景觀照明，防雷接地系統(tǒng)和涉電設(shè)施遷改等內(nèi)容。設(shè)計(jì)既要滿足大橋的自身結(jié)構(gòu)、交通、航道、航空安全及功能要求，設(shè)計(jì)的夜景照明要使橋梁成為藝術(shù)品與城市的名片，又要使得在橋梁后期運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)過程中設(shè)備檢修維護(hù)便利，對設(shè)計(jì)師的專業(yè)知識水平是一個(gè)挑戰(zhàn)，因此本文總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對今后的公鐵兩用橋梁供配電設(shè)計(jì)起到借鑒作用。