随着我国铁路事业的蓬勃发展, 城际铁路、客运专线相继开工建设, 从此告别了以前的铁路以货运为主或客货混跑的模式, 出现了新的纯客运的铁路运营模式。因其功能的特殊性, 对铁路运输的舒适、安全、准时、服务有了更高的要求, 同时, 对于一些旅游城市、重要城市, 要求铁路车站设计, 一站一景。作为电气化铁路不可分割的接触网系统, 对其美观性、景观性的要求也大大提高。以往的接触网设计, 一般以满足功能需求为主, 虽然近年来慢慢从大、笨、粗的模式逐渐走出, 但对于美学工程的要求, 还相差甚远。
北京南站在接触网系统优化前采用的支柱及悬挂型式种类繁多, 支柱包括角钢格构式软横跨钢柱 (底盘尺寸800mm×1 2 0 0 m m、高1 5 m;底盘尺寸1 0 0 0 m m×1800mm、高20m) 、角钢格构式硬横跨钢柱 (底盘尺寸800mm×800mm、高9.7m) 、双线路腕臂柱H型钢柱 (2×300mm、高13～13.9m) 、单腕臂柱H型钢柱 (240mm、高7.75m或8m;280mm、高7.75m;2×300mm、高7.75m) 等约10种类型, 支持悬挂型式包括腕臂、软横跨、硬横跨吊柱等多种型式。支柱断面尺寸、高度和接触悬挂安装形式等差异较大, 导致接触网整体结构布局比较凌乱, 与北京南站的整体景观环境极不协调。
北京南站是首都北京的标志性建筑之一, 其造型美观、气势宏伟, 建设时又逢奥运会开幕前期, 北京南站整体设计的美观性显的尤为重要和必需, 2007年11月, 针对北京南的情况, 开展了接触网外观结构优化设计, 最后北京南景观化设计的成功, 不仅向世界展示了我国铁路发展的先进技术, 还向世人呈现了一个良好视觉效果的美学工程。
下面从北京南站接触网系统优化设计的原则及优化设计的具体内容, 进行简单介绍, 希望对以后的设计工作能起到借鉴作用。
经过技术、经济的多方面综合比较, 最终选择了与北京南站环境结构相协调的灰白色环形钢管柱、定位索式三角形断面钢管结构硬横跨, 支柱高度也主要有轨面以上7.1m、8.9m两种类型。另外配套优化无拉线锚柱、恒张力弹簧补偿装置、竖排数字超强型塑膜式接触网支柱号码牌。
因其工期及供货情况的限制, 优化设计存在很大制约, 仅按以下原则对接触网进行了优化。
(1) 保证原设计功能要求。
(2) 尽量使用单腕臂支柱。
(3) 尽量统一支柱结构型式、统一支柱高度。
(4) 维持或减少接触网设计锚段长度。
(5) 与北京南站环境及站房结构相协调。
因原设计支柱类型及悬挂型式较多, 很多软横跨、单支柱、双线路腕臂支柱之间相互交错, 且尺寸大小、高低各不相同, 使得平面布局显得比较凌乱。优化时, 对其进行了整合, 尽量较少支柱数量, 合理加大支柱间距, 使得原来水平交错的软横跨优化为了连续硬横跨、站内成排支柱有条件的尽量对齐。如凉水河桥上原来有7组双线路腕臂支柱及几个单支柱, 跨距约12m、15m, 优化后剩余三组硬横跨, 跨距为28m左右, 简洁了许多。另外如原E017～E018附近原设计为20m和15m的格构式钢柱软横跨几组, 优化后为支柱高度统一的连续硬横跨美观很多。站房两侧对齐后的无拉线锚柱见图1。
为增加整体结构的通透性, 不至于接触网给人一种压抑的感觉, 在部分区段有条件的情况下, 取消原支持结构悬挂型式改为直径350mm环形钢管单腕臂支柱。北京南站为客运车站, 其站内不考虑进入超限列车, 亦不考虑进行大机养护, 故站内直线区域支柱侧面限界可按不小于2.15m (曲线处适当加宽) 设计。原设计中很多硬横跨、软横跨、双线路腕臂柱的形式, 在此条件下即可改为单支柱。如凉水河桥与地铁4号线涵洞之间原B136号为双线路腕臂支柱, 优化后改为单腕臂支柱。
原设计的软横跨、硬横跨及其支柱均为格构角钢型式、双线路腕臂支柱为H型钢柱, 支柱高度、尺寸类型较多, 给施工安装、运营维护均带来较多不便。通过对国内有应用实践的几种硬横跨结构型式 (三角形断面钢管结构硬横跨、双H型钢结构硬横跨、双槽钢结构硬横跨、单钢管结构硬横跨) 进行技术经济比选, 并结合北京南站站房景观, 采用了倒三角形断面钢管结构硬横跨 (硬横跨支柱采用外径350mm的环形等径钢管柱) 。接触悬挂统一采用定位索安装方式。钢管硬横跨安装形式见图2。
原设计接触网下锚补偿装置为棘轮加铁坠砣的形式, 坠砣串的长度较长, 坠砣直径亦有410mm, 为了防止坠砣串横向摆动, 还需配坠砣限制架, 整套补偿装置占用空间较大, 显得比较笨重。
北京南站作为京津城际和京沪高速的起始和终点站, 机车运行速度较低, 接触网张力不大且平面布置锚段长度不长, 有条件采用恒张力弹簧补偿装置。取消了坠砣串及坠砣限制架等一套设备, 使得接触网下锚柱显得简洁、美观。恒张力弹簧补偿装置的安装形式见图1。
棘轮或滑轮加坠砣的补偿装置是电气化铁路传统的补偿方式, 其补偿效率高, 精度灵敏、受环境影响小, 寿命长, 造价便宜。但缺点是显得笨重, 要求空间大, 根据环境变化需要维护调整。恒张力弹簧补偿装置是一项新技术, 以前由于技术原因, 没有得到大范围的应用。但这些年随着技术的进步, 其补偿精度有较大提高, 寿命也大幅延长, 完全能适应低速区段小张力的接触网补偿要求。其优点是结构小, 安装方便, 少维护、简洁美观。
北京南站站房两侧原设计各有两排双拉线的H型接触网锚柱, 为了进一步改善站台附近的景观, 取消了下锚拉线。
以往电气化铁路设计中, 下锚支柱一般采用打拉线下锚方式。特殊情况下如受地形等限制无法打拉线时, 采用特殊设计的支持结构。目前已应用的无拉线下锚结构主要有方形断面的格构式钢柱、门形钢管结构下锚硬横跨、双H型钢支柱。为了与硬横跨支柱相协调, 经过详细的结构计算及经济比较, 确定了无拉线锚柱采用双钢管柱结构形式, 其中一根支柱用于下锚, 一根支柱可用于安装接触悬挂。两根支柱的间距为700mm, 外径为300mm, 安装方便, 接触悬挂腕臂与下锚可分别安装于两根主杆上, 互不影响。其安装效果见图1。
以往的接触网支柱号码牌通常采用螺栓固定方式或油漆喷涂方式。螺栓固定方式运营一段时间后, 由于风及其他外力震动, 螺栓容易松脱, 如维护不及时, 可能缺失, 或大风将号码牌吹向线路, 甚至影响行车安全。油漆喷涂方式夜间反光效果不好时间久后, 油漆易脱落。随着对铁路安全的重视度不断提高, 对支柱号码牌夜间反光效果要求也渐渐提高, 现用的支柱号码牌字体及底衬部分均具有在外部光源照射下能够反光的性能。
原设计中, 因支柱类型较多, 尺寸差别较大, 很难选择一种支柱号码牌的尺寸及安装方式来适用所有支柱。这样给提料加工将增加较大难度, 且形式多样, 观感效果较差。在对支柱优化设计的基础上, 选择了超强型塑膜式的反光号码牌, 数字竖向排列, 统一了形式及尺寸大小, 无螺栓松脱问题, 免维护, 且安装方便, 夜间反光效果好, 价格适当, 美观性好。
通过对北京南站接触网系统优化设计, 从几个方面着手, 初步摸索出接触网景观化设计的原则和方法, 使接触网系统在保证功能要求的条件下, 能与环境协调, 给人观感上一种美的享受。
接触网景观化设计主要应考虑环境的协调性, 包括相关设施的结构形状、断面尺寸、材料颜色等。对于接触网系统本身, 应尽量使其整齐、简洁、统一化, 零部件形状大小适中, 造型美观。同时, 还应考虑生产加工、施工安装、运营维护、经济合理等多方因素。
北京南站接触网系统优化设计中几个方面, 仅仅给以后的接触网景观化设计提供了一些思路, 不能生搬硬套, 应结合工程实际情况, 针对性的认真研究, 力保每个接触网工程不仅系统功能稳定, 还是一个美学工程。
摘要：结合北京南站接触网系统优化设计, 探索接触网景观化设计中应遵循的原则、考虑的因素及采取的方法, 使接触网系统既保证功能稳定又达到景观化效果。北京南站的成功实施, 效果良好, 受到广泛赞誉, 给以后的设计提供了一些思路, 具有借鉴意义。
关键词：接触网景观化,钢管支柱,钢管硬横跨,恒张力弹簧补偿装置,无拉线锚柱
[1] 铁集成函[2007]1214号, 北京南站及京津城际工程接触网外观结构优化设计协调会会议纪要.
[2] 北京南站及京津城际工程接触网外观结构优化设计方案审查会议纪要.
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