石武高铁黄河公铁两用特大桥接触网施工技术研究.docx

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石武高铁黄河公铁两用特大桥接触网施工技术研究

石武高铁黄河公铁两用特大桥接触网

施工技术研究报告

目录

一、研究工作总结报告3

1．工程背景3

2．工程特点5

3．研究的目的和意义10

4．研究过程10

二技术研究报告15

1．南北岸分建段铁路引桥接触网施工方案15

2．合建段及分建、合建过渡段铁路引桥接触网施工方案20

3．主桥接触网施工方案32

4．下锚偏角方案40

5．文明施工方案43

三、形成的成果（工法）45

1偏态拱型钢结构大桥接触网施工工法45

2利用汽车吊安装倒立柱的施工工法48

3钢结构特大桥接触网施工工法56

四、查新报告60

五、经济效益、社会效益分析报告及证明材料61

六、影像资料65

七、图纸75

1.南北岸分建段拱桥保护线肩架75

2.分建合建过渡段附加悬挂肩架76

3.分建合建过渡段加长肩架77

5.分建合建引桥过渡段正馈线底座化学锚栓预埋布置图79

6.主桥保护线跳线肩架80

7.主桥承导线偏置下锚底座81

一、研究工作总结报告

1．工程背景

1.1工程简介

石武客运专线石家庄至郑州段，北起河北省省会石家庄市，南至郑州黄河公铁两用桥南端，沿线经过河北省石家庄市、邢台市、邯郸市、安阳市、鹤壁市、新乡市，线路全长368.804km，其中河北省范围线路长202.683km，河南省范围线路长166.121km。

石武客运专线郑州至武汉段河南境内线路自郑州市黄河公铁两用桥南端引出，经河南省郑州、许昌、漯河、驻马店、信阳等城市，穿越两省交界的大别山余脉进入湖北境内。

其中石家庄至郑州段（河南段）工程情况如下：

1.1.1工程项目名称：

新建铁路石家庄至武汉客运专线石家庄至郑州段

1.1.2工程地点：

省界（K500+390）至黄河桥（K677+783）

1.1.3建设单位：

京广铁路客运专线河南有限责任公司

1.1.4设计单位：

铁道第三勘测设计院

1.1.5监理单位：

长沙中大监理公司

1.1.6施工单位：

中国铁建电气化局集团有限公司

1.1.7开工日期：

2010年9月1日

1.1.8竣工日期：

2012年6月30日

1.2主要技术标准

1.2.1石武客运专线正线

铁路等级：

客运专线；

正线数目：

双线；

速度目标值：

350km/h；

最小曲线半径：

7000米；

正线线间距：

5米；

最大坡度：

20‰；

到发线有效长度：

650米；

牵引种类：

电力；

机车类型：

动车组；

列车运行方式：

自动控制；

行车指挥方式：

综合调度集中。

1.2.2郑西贯通正线、相关跨线列车联络线

郑西贯通正线：

200km/h及以上；

郑西贯通正线引入京广场西北联络线：

200km/h；

既有线引入新郑州站北联络线：

120km/h；

既有线引入郑武客专西南联络线：

120km/h及以上；

1.3国内公铁两用桥现状

对于基础工程复杂、墩台造价较高的大桥或特大桥，以及靠近城市、铁路公路均较稠密而需建造铁路桥和公路桥以联接线路时，为了降低造价和缩短工期，可考虑造一座公路、铁路同时共用的桥，称为公铁两用桥。

像南京长江大桥、武汉长江大桥、芜湖长江大桥、钱塘江大桥等人们所熟悉的普速公铁两用桥，全国现有22座。

随着我国铁路建设进入高铁时代，相继建成并投入使用的高速铁路大桥有京沪高速铁路济南黄河大桥、武汉天兴洲公铁两用长江大桥。

其中，京沪高速铁路济南黄河大桥位于济南境内，包括主桥、北引桥和南引桥三部分，是北京至上海、太原至青岛铁路两线共用的四线铁路桥。

武汉天兴洲公铁两用长江大桥是中国第一座能够满足高速铁路运营的大跨度斜拉桥，其4线铁路为京广高速铁路和沪汉蓉客运专线，其中沪汉蓉客运专线设计时速250公里/小时。

上层为6车道公路，设计时速80公里；下层为可并列行驶四列火车的铁道，设计时速200公里。

而郑州黄河公铁两用特大桥设计时速350公里/小时，主桥设计时速250公里，是目前设计时速最高的公铁两用特大桥。

公铁两用桥接触网悬挂须结合桥梁结构合理布置：

首先在不影响大桥使用性能的前提下保证接触网各项参数达标；其次接触网结构形式应与梁桥相得益彰，不能影响大桥外观。

2．工程特点

2.1接触网悬挂系统

客运专线正线接触网采用全补偿弹性链形悬挂，其他一般采用全补偿简单链形悬挂。

接触网采用全补偿弹性链型悬挂，客专正线采用CTMH150＋JTMH120，石郑河南段客专站线采用JTMH95＋CTS120，郑武河南段客专站线、动车走行线、联络线、正线间渡线、动车运用所内站线、其它站线采用JTMH95＋CTHA120/CTS120，接触线悬挂点高度客专区为5300mm，接触线最底点高度为5150mm，接触网结构高度一般为1600mm。

新建客运专线区段高速正线接触网采用全补偿弹性链形悬挂，其他一般采用全补偿简单链型悬挂。

新建客运专线腕臂支持装置采用绝缘旋转全腕臂结构形式，一般为水平腕臂与斜腕臂组成的平腕臂三角形结构，采用承力索座固定承力索。

斜腕臂与水平腕臂间加设腕臂支撑。

腕臂结构、定位器采用铝合金定位器。

锚段关节的转换柱和道岔柱一般采用单柱双腕臂形式；三支悬挂处采用双柱三腕臂安装。

客专正线腕臂用绝缘子采用抗弯强度不小于16kN棒式绝缘子。

大型客站无柱雨棚区段、特别污秽区段、跨线建筑物附近、绝缘转换柱、隧道口、分段绝缘器处及下锚处采用合成绝缘子（棒式、悬式）。

正馈线、架空供电线采用棒形悬式瓷及合成绝缘子。

接触网主要零部件采用强度高且稳定、耐腐蚀、耐疲劳、适应低温工作环境的金属模锻件和精铸件。

2.2接触网系统性能目标

2.2.1石武（河南段）正线、郑西贯通正线满足双弓运行速度350km/h的要求。

即在按现行EN50317标准进行弓网动态耦合测量时，测量结果符合下表确定的参数。

接触网与受电弓耦合受流标准

评价项目

数值

平均接触力Fm（N）

≤160

最高运行速度下接触力最大标准偏差σ（N）

48

最大接触压力（N）

350

最小接触压力（N）

20

最高运行速度下的燃弧率%

0.14

悬挂点处受电弓最大抬升量（mm）

150

2.2.2接触网满足系统载流量的需要。

空间布置尽可能降低系统阻抗、减少电磁干扰。

2.2.3接触网在不同气候条件下的自然环境中满足可靠性、安全性要求，有足够机械、电气强度和安全性能，减少外界因素如冰、风、异物侵入等对接触网运营的影响。

2.2.4接触网磨耗使用寿命达到200万单弓架次，系统寿命达到25年。

2.3环境条件（见表）

项目

单位

石郑（河南段）省界~郑州

郑武（河南段）郑州~省界

最高气温

℃

40

40

最低气温

℃

-25

-20

最大基本风速

m/s

30

25

风偏校验风速

m/s

30

见注

结构计算风速

m/s

40

见注

最大风速时气温

℃

5

10

导线覆冰厚度

mm

5

10

覆冰气温

℃

-5

-10

覆冰风速

m/s

10

10

吊弦定位器正常位置气温

℃

27.5

20

雷区等级

多雷区

中雷区

污秽区划分

按重污区设计

按重污区设计

地震烈度

见通用技术条件

见通用技术条件

注：

接触线最大风偏按机车运行的最大基本风速校验（暂按25年重现期确定）；接触网结构设计风荷载计算按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2001要求进行风荷载体形系数、风压高度变化系数等系数修正。

客运专线的正线锚段长度及腕臂偏移量的最高计算温度为+80℃。

其他线路的锚段长度及腕臂偏移量的最高计算温度为+60℃。

2km以上的长大隧道内，距隧道口500m内锚段长度及腕臂偏移量的计算温度与隧道外相同。

2km以上的隧道最高温度可适当降低。

2.4接触网系统与桥梁系统接口

2.4.1桥梁简介

郑州黄河公铁两用特大桥是国家重点工程京广铁路客运专线及中原黄河公路大桥跨越黄河的共用特大桥梁。

该桥南岸位于郑州市惠济区申庄，北岸位于新乡原阳县韩董庄。

主桥为连续钢桁梁斜拉桥和连续钢桁梁结合梁桥，共分两联布置，钢梁上部为预应力钢筋混凝土桥面板结构，钢梁总重约39000吨。

该桥钢梁设计为两边倾斜，上宽下窄，为世界首次采用。

大桥总投资约50亿元人民币，全长22．891公里，公铁合建部分全长9.177公里，是目前世界上最长的公铁两用桥。

大桥公路、铁路采用上下层布置，上层为设计时速100公里的双向六车道国道公路，下层为设计时速350公里的高速铁路，创下世界特大型桥梁通行速度的新纪录。

2.4.2桥跨布置

郑州黄河公铁特大桥铁路部分由公铁合建段、分建段铁路引桥组成。

2.4.2.1公铁合建段

公铁合建段长9176.898m，其中主桥长1684.35m。

主桥分2联，第1联采用（120+5×168+120）m六塔单索面部分斜拉连续钢桁结合梁，第2联采用5×120m连续钢桁结合梁。

公铁合建段引桥采用40.7m跨。

2.4.2.2分建段铁路引桥

北岸分建铁路引桥长2719.3m，南岸分建铁路引桥长3009.459m。

铁路桥采用97.4m钢管混凝土拱桥跨越两岸黄河大堤。

滩内与北岸钢管拱相接处设置两孔32.7m跨简支梁，其余滩地引桥均采用40.7m跨。

陆地铁路引桥除上跨郑焦晋高速公路、北四环、南岸107辅道和申庄小桥时，分别采用（50+80+50）m、（35+45+35）m、（40.7+49.4+40.7）m和（35+46.3+35）m预应力混凝土连续箱梁跨越外，其余均采用32.7m预应力混凝土简支箱梁。

2.4.3与桥梁系统接口

本工程为在黄河上最长公铁两用大桥，规模宏大，接触网悬挂与桥梁系统接口复杂，施工组织难度较大，主要有：

南北引桥拱桥

分建合建过渡段

合建引桥段

合建主桥过渡段

主桥段。

受桥梁结构及净空影响，接触网系统需考虑多方面的因素，从而确定最优方案。

尤其是主桥部分因公路、铁路上宽下窄，其钢桁梁采用中桁竖直边桁倾斜的三片主桁结构，该结构体系用于公铁两用桥尚属首次，相应的接触网悬挂形式复杂，安装施工工序多，要求严，技术含量高。

3．研究的目的和意义

按照铁道部意见，郑州黄河公铁两用桥运营最高速度为300km/h（其中主桥200km/h），作为石武客专重点控制工程，它将直接影响到京石武客运专线顺利开通运营的工期要求。

为保证复杂的桥梁结构与高标准的接触网子系统良好结合，满足可靠性、安全性要求，有足够机械、电气强度和安全性能，客专公司、铁三院、大桥院、中铁建电气化局、监理、咨询等单位多次现场勘查、开会讨论，在桥上进行一系列的特殊处理及方案优化，经铁科院动态检测后满足各项运行要求，也为中国其它类似高速铁路公铁两用桥接触网悬挂系统提出了解决方案。

4．研究过程

4.1研究概况及主要工作内容

该项目研究时间是2010年10月至2012年6月30日。

其研究主要内容是：

4.1.1研究石武高铁河南段郑州黄河公铁两用特大桥接触网施工方案，满足在不同气候条件下的自然环境中满足可靠性、安全性要求，有足够机械、电气强度和安全性能；

4.1.2增加必要设施，减少外界因素如冰、风、异物侵入等对接触网运营的影响。

方案应尽量节约工程投资而且不影响原大桥的主体结构。

研究计划及进度安排见下表：

黄河公铁两用特大桥接触网悬挂系统研究推进计划表

序号

时间安排

完成内容

形成的成果

完成情况

1

2010年10月至2011年4月

客专公司、铁三院、中铁建电气化局等单位进行方案比选、优化、确定。

接触网腕臂柱采用倒立柱安装形式

已完成

2

2011年4月至5月

参与铁三院关于引桥部分科研项目的现场优化及实施；同时对主桥部分悬挂方式及定位方式多次优化及修改。

针对现场特殊点多，进行很多特殊处理方案。

做到美观、方便施工且降低工程成本。

已完成

3

2011年6月至12月

主桥部分支持结构安装、附加悬挂安装。

主桥承力索、接触线采用特殊方案架设及调整。

已完成

4

2012年1月至4月

合建引桥过渡段、合建主桥过渡段方案优化

已完成

5

20012年5月至6月

送电开通后，经过一段时间的运行考验，确定有无安全和其它方面问题。

目前运行情况良好

已完成

6

20012年7月至8月

收集整理相关的文字资料等，形成科研成果。

以便其它工程借鉴和推广

已完成

4.2组织协调

4.2.1主要人员及分工

主要参加的人员及分工

序号

人员

所在单位

职务

主要工作

1

陆宏刚

五公司

总工程师

施工总体方案研究，组织科技创新

2

张洪铭

五公司石武项目部

项目经理

项目技术总负责，方案研究及组织科技攻关。

3

易兴明

五公司石武项目部

总工程师

负责具体施工技术及参与各方案优化

4

赵毅博

五公司

工程部部长

组织科技创新具工作、方案审查

5

郑姬

五公司

工程部副部长

组织科技创新具体工作及成果应用

6

周洪强

五公司石武项目部

副经理

负责施工组织协调、安全质量管理

7

张强

五公司石武项目部

工程师

负责具体施工技术、方案优化及施工安排

8

戢辉

五公司石武项目部

工程师

负责测量及具体施工技术实施

9

邵广见

五公司石武项目部

助理工程师

负责测量及具体施工技术实施

10

吴积贵

五公司石武项目部

助理工程师

负责测量及具体施工技术实施

4.2.2协作单位之间的合作

客专公司、铁三院、大桥院、中铁建电气化局、监理、咨询等单位多次现场勘查，由施工方技术人员跟据现场施工环境、施工条件提出了初步解决方案，大桥院检查方案有无破坏大桥主体结构，经铁三院有关专家现场检查指导和检算数据，以满足可靠性、安全性要求，有足够机械、电气强度和安全性能。

经客专公司组织专题会讨论研究确定最优方案，通过铁科院动态检测后满足各项运行要求。

4.3成果摘要

4.3.1分建段拱桥为偏态结构形式，正馈线与跨中斜拉杆件位置冲突，不能保证绝缘距离。

通过采用逐级加高H型钢柱，保证正馈线坡度平稳的前提下，加大其与斜拉杆件的距离。

形成偏态拱型钢结构大桥接触网施工工法。

4.3.2合建段利用预留滑道槽安装362组长大倒立柱悬挂接触网系统，为保证倒立柱满足腕臂装置安装条件，结合现场总结出利用汽车吊安装倒立柱的施工工法。

4.3.3分建合建过渡段受桥梁净空影响，正馈线由分建段田野侧过渡至合建段两线路间，为确保绝缘距离及安全性能，采用增高支柱及安装加长正馈线肩架合理布置附加导线。

4.3.4合建段附加导线底座鸟类容易筑巢，结合底座结构采用箱型防鸟器避免鸟类筑巢引起的短路故障；合建段桥梁处因公路桥面排水，冬天易结冰导引起短路故障，采用加装绝缘护套防（融）冰保护。

4.3.5高速铁路接触网导线高度误差±10mm，因此要求悬挂导线的主桥钢桁梁接触网硬横跨安装高精度很高，结合现场总结出钢结构特大桥接触网施工工法。

4.3.6主桥一联、二联及主桥与合建段结合处因受环境温度影响产生300mm的伸缩量，为避免其对附加导线的影响，通过合理布置结合部附加导线耐张段总结出消除桥梁伸缩影响的施工技术。

针对南北引桥、合建段、主桥等不同的桥梁结构及结合部，多方案进行优选，最终确定了以上安装形式，确保满足各项运营要求。

为处理类似接触网系统与桥梁系统接口问题积累了宝贵的经验，同时降低了工程投资。

二技术研究报告

郑州黄河公铁两用特大桥从桥梁结构可以分为南北岸分建铁路引桥、合建段引桥、主桥三部分及各过渡区段。

针对不同的桥梁结构，接触网悬挂方案各不相同。

1．南北岸分建段铁路引桥接触网施工方案

1.1方案确立

1.1.1初步设计方案

南北岸分建铁路引桥采用热浸镀锌H型支柱作为腕臂支柱，同时悬挂正馈线及保护线。

其中跨越两岸黄河大堤采用97.4m钢管混凝土拱桥。

如下图所示：

两处拱桥均采用站前预留基础组立H型钢柱作为接触网支柱。

但根据拱桥偏态结构形式，正馈线与跨中斜拉杆件位置冲突，不能保证绝缘距离。

按桥梁区段H型钢柱高度7.4m、支柱限界3150mm计算，正馈线距线路中心6974mm，距轨面6355mm,与斜拉杆件位置不能满足最大偏移情况下≥500mm的设计要求，正馈线位置如下图所示：

1.1.2方案比选

我们结合现场勘查情况，提出两种解决方案。

方案一：

在拱桥上安装倒立柱，附加导线利用后置底座从拱桥上部通过。

方案二：

逐级加高H型钢柱，保证正馈线坡度平稳的前提下，加大其与斜拉杆件的距离。

方案

工程项目

工程量

重量（吨）

单价（万元）

合价（万元）

备注

方案一

吊柱

8

0.6

0.9

4.32

吊柱底座

8

0.2

0.9

1.44

吊柱腕臂底座

16

0.05

0.8

支柱绝缘子

12

1200

1.44

支柱绝缘子底座

12

0.3

0.85

3.06

下锚绝缘子

8

0.08

0.64

下锚抱箍及附件

8

0.35

2.8

增加人工及机械

25.2

焊接、防腐

22.5

总计

62.2

方案二

支柱增高部分

16

0.3

0.7

3.36

硅橡胶绝缘子

12

0.05

0.6

增加立杆费用

4

0.05

0.8

加长正馈线肩架

16

0.24

0.8

总计

5.56

对比

56.64

万元

方案对比：

方案一需增加倒立柱，同时焊接腕臂及正馈线支撑绝缘子预留底座；因拱桥最高点距轨面约17.6m,不能满足正馈线坡度要求，须在两端横撑增加正馈线下锚点；原站前预留基础作废。

采用吊柱、支撑绝缘子定位方案，加大了施工难度，增加了桥梁的负载，影响桥上整体效果。

方案二只需增加支柱高度，正馈线改为V型悬挂。

相较而言，方案二增加材料较少，原设计方案变动不大，施工方便。

从经济角度分析，节约投资约30.5万元，同时节省了工期。

1.1.3方案优化

经设计院、客专公司、监理、咨询等多家单位论证，同意采用方案二。

结合现场实际，具体方案优化如下：

郑州黄河特大桥北侧拱桥（DK644+752～DK644+849）、南侧拱桥（DK655+191～DK655+289）附加线根据现场桥梁结构和接触网杆位采用以下方案：

1.1.3.1正馈线

通过增加支柱高度加大正馈线与偏态拱桥钢构的安全距离，同时改为田野侧V型悬挂（安装图号石武客专石郑施网207-04）。

序号

位置

原支柱型号

变更后支柱型号

1

北侧上行

80#

82#

84#

86#

80#

82#

84#

86#

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/8.5

GH240A/9.5

GH240A/9.5

GH240A/8.5

2

北侧下行

79#

81#

83#

85#

79#

81#

83#

85#

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/8.5

GH240A/9.5

GH240A/9.5

GH240A/8.5

3

南侧上行

576#

578#

580#

582#

576#

578#

580#

582#

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/8.5

GH240A/9.5

GH240A/9.5

GH240A/8.5

4

南侧下行

575#

577#

579#

581#

575#

577#

579#

581#

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/7.4

GH240A/8.5

GH240A/9.5

GH240A/9.5

GH240A/8.5

1.1.3.2保护线

两拱桥处保护线改为H型钢柱线路侧安装。

架设后紧贴上图黄圈处钢管，经现场确认采用在拱桥钢管处增加保护线支架的安装方式，共计8套，零件图见附件。

1.2技术特点

1.2.1南北岸分建铁路引桥拱桥为偏态拱，H型钢柱预留基础面距梁底净空仅9.7m。

而本方案增高支柱分别为8.5m和9.5m，H型钢柱组立有较大难度。

1.2.2正馈线因布置在田野侧，架设时需倒换至钢管梁外侧，施工难度较大。

1.3方案实施及相关图片说明

1.3.1编制偏态拱型钢结构大桥接触网施工工法

1.3.2偏态拱桥接触网施工方案实施

北岸分建段引桥附加悬挂图

北岸分建段引桥附加悬挂图

1.4结语

偏态拱桥采用以上施工技术，即保证了桥梁结构外观统一，同时确保了接触网系统的安全性；安装上节约了施工周期、加快了工程进度，保证了工程质量。

为今后类似问题提供了解决思路。

2．合建段及分建、合建过渡段铁路引桥接触网施工方案

合建段桥梁结构图

2.1方案确立

2.1.1原设计方案

郑州黄河公铁两用桥合建段引桥在设计初期已确定站前施工方为接触网系统预留滑道槽。

接触网悬挂系统合建段设计方案为：

腕臂采用倒立柱安装形式，附加线肩架安装在线路间梁底，如下图所示：

分建合建过渡段受桥梁净空影响，正馈线由田野侧过渡至线路间，原方案正馈线至承力索安全距离不能满足要求。

2.1.2方案比选

我们结合现场勘查情况，就分建合建过渡段附加导线方案提出两种解决方案。

方案一：

将架空供电线改为电缆。

方案二：

采用增高支柱及特殊加长正馈线肩架的安装方式。

方案

工程项目

工程量

单位

单价（万元）

合价（万元）

备注

方案一

高压电缆敷设

420

米

0.06

25.2

高压电缆头及制作

16

套

1.5

24

高压电缆槽安装

400

米

0.028

11.2

正馈线下锚

8

处

0.68

5.44

保护线下锚

8

处

0.54

4.32

增加人工及机械

36

总计

106.16

方案二

支柱增高部分

1.2

吨

0.85

1.02

支柱绝缘子

4

个

0.12

0.48

加长正馈线肩架

4

套

0.26

1.04

正馈线

420

米

0.0015

0.63

总计

2.54

对比

103.62

万元

方案对比：

方案一需增加正馈线由架空改为下锚的拉线基础、下锚钢柱及相应的下锚固定材料，加大了施工难度。

方案二只需增加支柱高度，正馈线肩架改为特殊加长肩架。

相较而言，方案二增加材料较少，原设计方案变动不大，施工方便。

从经济角度分析，使用高压电缆将极大地增加工程投资，相较而言方案二节约投资约103.62万元，同时节省了工期。

2.1.3方案优化

2.1.3.1原合建段附加线底座安装形式正馈线与保护线距离800mm，大型鸟类易造成短路故障。

结合现场实际，将保护线改移到倒立柱田野侧安装，并