地铁电力管线涉铁工程设计案例研究

地铁电力管线涉铁工程设计案例研究

马尹骏

杭州铁路设计院有限责任公司杭州

摘要：随着社会经济平稳、快速发展，全国各大城市出现轨道交通建设高峰。同时为保障轨道交通工具的顺利建成运营，地铁供电配套工程的实施是轨道交通整体建设中的重要一环。其中地铁电力管线的涉铁节点日益繁多。因此，关于其设计案例的研究具有相当价值与意义。本文结合地铁部分地铁电力管线的专业设计案例，对地铁电力管线涉铁工程设计方的各环节技术难点及解决思路进行剖析研究。

关键词：地铁电力管线；涉铁工程；设计案例

绪论

我院承接了地铁部分涉铁工程，该工程主要包括地铁规划的部分地铁线路下穿铁路节点的加固设计、咨询工作以及保障地铁运营的配套110kV电力线下穿铁路工程设计工作。

本文以该配套工程中电力线涉铁工程设计案例作为全文的研究对象，对地铁电力管涉铁工程类项目进行剖析与探讨。

本次论文将从以下六大块内容：项目概述、主要工作内容、项目设计重难点、各阶段遇到的难点、重难点解决完成情况、项目总体进度情况、案例总结对项目展开案例研究。

1.项目概述

轨道交通建设过程中，供电设施是整体建设中的重要环节，而做为地铁供电配套工程的接入系统是保障地铁建成后稳定高效运行的前提。

地铁涉铁工程配套110kV电力线涉铁工程共包含3处子项地铁主变电力电缆穿越铁路工程，分别是A主变110kV电力线涉铁工程、B主变110kV电力线涉铁工程、C主变110kV电力线涉铁工程。

其中C主变110kV电力线涉铁工程包含Ⅰ出入线涉铁节点、Ⅱ出入线节点及金属公司专用线节点，需要穿越三处铁路节点。

因该处地铁建设均已纳入政府保障工程，需要在亚运会前投入运营，该工程的主体已经获得批准并已开工，供电系统作为地铁开通的必要条件和安全保障设施，必须同步投入使用，因此该工程的建设时间紧迫，同时业主方对不同子项工程有特定的技术要求。

因此需要设计人员拿到项目后，先对整体大项目背景熟悉之后，对三个不同的子项工程（共计五处涉铁节点）的现场项目状况、业主需求及技术上重难点分别进行分析研究，形成相应的设计思路，并在具体的设计图纸及说明载体中体现这种设计思路。

2.主要工作内容

A主变110kV电力线、B主变110kV电力线、C主变110kV电力线路穿越铁路工程的保护结构主体结构设计。

主要输出成果：可研至施工图两阶段图纸、说明、工程估算。

3.项目重难点分析

3.1A主变110kV电力线涉铁工程

A主变110kV电力线涉铁工程总体路径中8-φ175mm×16mmMPP电力电缆需依次穿越高铁及普铁。其中高铁为桥梁区段，四线共台。普铁为路基区段。

难点一：既需穿越高铁桥墩又需要穿越普铁路基，选择何种合理的穿越方式，同时兼顾两者安全是设计需考虑的重点问题。

难点二：穿越段平面路径选择，既要考虑管线与高铁桥墩承台边距，又需要避开普铁的电化杆立柱并保持一定的安全距离。

难点三：该处地质情况不良，拟穿越管线位于为粉土层中。

3.2B主变110kV电力线涉铁工程

B主变110kV电力线涉铁工程总体路径中4-φ175mm×16mmMPP电力电缆需穿越普速铁路A。并且电力线平面路径与既有普速铁路B平行且处于30m邻近铁路营业线范围内。其中普速铁路A为桥梁区段，既有普速铁路B为路基区段。

难点一：总体路径规划中，穿越普铁桥梁之后，仍需穿越排洪沟渠及市政道路。

难点二：设计范围内管线路径较长，平面路径总长达559.13m。因此涉及沿线电力检修井的布设，其中位于普速铁路A两线间的电力井需在两线间施工。

难点三：由于电力线平面路径与既有普速铁路上行线并行，需考虑采取防护措施以减小管线施工对普速铁路的影响。

3.3C主变110kV电力线涉铁工程

C主变110kV电力线涉铁工程总体路径中4-φ175mm×16mmMPP电力电缆需下穿Ⅰ出入线节点、Ⅱ站出入线节点及Ⅲ专用线节点。分别需依次穿越多股道铁路。

（1）Ⅰ出入线节点

难点一：Ⅰ出入线节点距离Ⅰ站仅2公里，股道数众多且复杂，包含高铁线路、普铁线路、动走线及专用线等多种类线路。原总体路径中拟穿越处既包含桥梁区段又包含路基区段。

难点二：原规划路径中，平面线形选位需考虑避开普速铁路路基区段的电化杆位置，以及周边的排水泵房、民用建筑等设施。

难点三：原Ⅰ出入线节点规划路径位于某立交北侧附近，此处位处市区中心地带，周边地下管线众多。因此，纵断面绘制前需探明各类管线埋深，以此控制穿越铁路段的管线中心线标高。

（2）Ⅱ出入线节点

难点一：Ⅱ出入线节点距离Ⅱ货运站仅2.5公里，股道数众多且复杂，包含普铁线路、动走线及专用线等多种类线路。总体路径中穿越处路基下方含钻孔桩地基加固。

难点二：该节点共涉及铁路九股道均为路基区段，电化杆数众多，平面线形选位需考虑避开电化杆位置。

（3）Ⅲ专用线节点

难点一：由于按专用线已停用弃用设计，因此施工设备进出场及现在轨道拆除开挖施工等涉及到产权单位交涉协调。

4.各阶段遇到的障碍及意见

4.1设计阶段

设计阶段遇到的障碍主要是有两处。

障碍一：竣工图资料收集困难。其中C主变110kV电力线涉铁工程包含的三处节点涉及的铁路线路数量众多且繁杂。收集线路的桥梁和路基资料是设计的重要工作内容，为了完整集齐设计资料，需要多次跑工务处、设备管理单位等相关单位。

障碍二：时间紧，任务重。作为地铁建设的供电保障工程，给予我们进行设计的时间非常紧迫。三节点同时开始设计，并且准备同时在年前的审查会召开可行性研究审查。因此在限定的紧张时间内保证保量完成三处节点的方案设计也是对设计者是一个不小的挑战。

4.2审查阶段

审查阶段的意见主要是体现在C主变110kV电力线涉铁工程这处。方案审查中专家对其中Ⅰ出入线节点的原平面线形选位提出疑虑，出于审慎的角度，提出对路径重新布局优化，避开这一处线路复杂的穿越位置的意见。对Ⅱ出入线节点的动车走行线及Ⅱ联络线下方铁路路基是否有地基加固措施，提出了相关疑问，提出补充调查此处铁路路基土地基情况的意见。

4.3对外沟通

对外沟通的障碍主要是体现在与总体设计单位电力院对接确认方案的总体设计路径及电缆井等相关事宜。

5.重难点解决完成情况

针对工程的设计重难点分别提出了相对应的解决防范措施，相关难点问题得到了有效的解决。

5.1A主变110kV电力线涉铁工程

该处工程中最终选择定向钻方式穿越既有高铁桥梁和普通路基区段。这样的穿越避免了在高铁及普铁两线间施工，对铁路影响较小且安全可控。

由于受限于该处地质条件为粉土层，可能不利于定向钻成孔，因此对于高铁桥墩下两侧承台边外10m范围内采用包Ⅳ型拉森钢板桩防护+注浆加固，普速铁路路基下采用斜管注浆加固。同时8根管线分设两孔，上下并排敷设，间距为2.5m。两孔上下敷设，使得平面路径中对铁路桥墩及电化杆等控制节点的安全净距进一步优化，减少对铁路的影响。

5.2B主变110kV电力线涉铁工程

该处工程最终选择砼方包直埋敷设穿越铁路桥梁结合定向钻穿越排洪沟渠及市政道路。选择以砼方包的方式从普铁桥下两跨间通过的方式，对既有铁路影响小且安全可控。选择以定向钻的方式穿越既有排洪沟渠及市政道路，施工简单且工艺成熟可控。

针对两线间的电缆检修井选择尺寸满足设计规范及检修要求下尽可能小的电缆井结构，以减小施工电缆井对既有铁路桥梁的影响。

针对电力线路径与既有普速铁路上行线并行段部分区段采用钢板桩防护，以减小方包管槽开挖对既有普速铁路上行线的影响。

5.3C主变110kV电力线涉铁工程

（1）Ⅰ出入线节点

该处工程原方案中采用定向钻方案穿越既有高铁桥梁和普通路基，后经现场调查发现Ⅰ出入线节点北侧框架主体及挡墙下均采用φ50cm高压旋喷桩加固地基，桩长27m，不利于定向钻方式穿越。因此最终选择采用砼方包的形式利用既有立交的边孔非机动车道直埋敷设穿越铁路。

采用砼方包结构穿越铁路后原有的该节点几个难点，例如：平面线位选择时面临的技术困难，以及地下管线控制的埋深要求等都均被大大弱化。剩下的难点是协调该处框架桥梁产权管理部门及交通管理部门对非机动车道因管道施工，需临时部分交通管制的手续问题。

（2）Ⅱ出入线节点

该处工程最终选择定向钻形式穿越既有铁路路基区段。该处铁路股道数众多且线路种类繁杂，不同铁路类型的时速及等级均不同，定向钻形式敷设管线，管线埋深大，施工方便，对铁路影响小且可控。

针对电化杆数众多，既有铁路用房及周边住宅小区围墙等障碍设施，最终平面线性采用平弧线形式避开上述障碍物且保持一定安全距离。

针对部分铁路路基下方有高压旋喷桩加固区段的限制，穿越铁路处的管道路基以下覆土厚度加深至12.5m（满足相关文件规定的10m）。

（3）Ⅲ专用线节点

该处工程最终选择定向钻方式穿越既有铁路专用线。因该处铁路专用线已停用，因此方案比选时设计有定向钻方案及砼方包方案比选。两个方案技术上均可行，但定向钻方案施工更简便，工程投资更经济，对于此处节点工程来说，定向钻显然更优于砼方包方式穿越铁路。

6.项目总体进度情况

截止本文完成之日，A电力线涉铁工程、B电力线涉铁工程均已完成施工图设计内容，C电力线涉铁工程已完成方案设计内容。

7.案例总结

根据以上设计案例的重难点及解决思路的研究分析，可以归纳出地铁电力管线涉铁工程设计需重点把握的几个要点包括有过轨方式选择、平面穿越路径设计、管道横断面设计、纵断面埋深轨迹设计等内容。

（1）过轨方式的选择

常见的电力管线涉铁工程过轨方式有砼方包形式、定向钻形式、顶管形式。每种过轨方式均有其优劣点，具体设计时需根据项目的实际情况，选择最适宜的方案穿越铁路。

砼方包方案是传统的管道穿越铁路的方式，施工工艺简单，周期短，对铁路影响小且可控。因施工需要开挖管槽，所以这种施工方法适用性比较局限，一般仅应用于铁路桥下施工。

定向钻方案是近年来随着铁路提速的需要而在困难区段采用的一种管道穿越铁路的方式。这种方法的施工工期短，施工范围小，对铁路运输的干扰少，开挖量少，对路基影响小，噪音及震动小。但缺点是受铁路规范要求，通常定向钻每孔管道外套管内径控制在500mm，一次穿越的电缆根数受限且今后路基区段下深埋的管道养护维修较为困难。

顶管方案是目前随着铁路提速的需要而采用的一种管道穿越铁路的方式。这种方法相对于定向钻形式一次可以穿越多根管道（顶管管径一般≥1.0m），施工工艺较成熟，对铁路正常的运输干扰影响亦较小。缺点是长距离顶管顶进时偏差可能较大，埋深较浅或对线路防护不到位时易引起路基不均匀沉降，从而影响铁路正常运输，且今后养护维修较为困难。

（2）平面穿越路径设计

电力管线涉铁工程的平面路径设计中除了一般房屋建（构）筑物外，更需要值得关注的是铁路自身的电气化杆立柱对路径设计的影响。平面选位时需避开铁路道岔区段、电气化杆立柱，并与之保持一定的安全距离。若采用定向钻方式过轨，特殊情况下可以采取平面圆弧曲线设计，利用圆曲线弧度特性，对股道数众多的铁路区段有比较好的应用效果。

（3）管道横断面设计

管道横断面设计应用于砼方包方式过轨时，主要设计内容是制定砼方包尺寸大小及方包内管线排列方式等内容。

管道横断面设计应用于定向钻方式过轨时，主要设计内容是制定定向钻实施时转进和回拖时分几孔施工、每孔内布设几根电缆管、孔与孔之间如何排布及孔间距等内容。

值得注意的是，若采用定向钻方式过轨时，外套管壁厚的选择也是管道横断面设计时需关注的要点。

在电力管线涉铁工程中，定向钻扩孔采用的外套管通常使用PE管，常见采用的有如下几种规格：外径560mm，壁厚26.7mm（实际内径506.6mm）、外径560mm，壁厚17.2mm（实际内径525.6mm）、外径500mm，壁厚15.3mm（实际内径469.4mm）。

关于外套管的壁厚的选择，影响因素有项目的实际土层地质情况、管线的埋深要求、管材价格等多方面来综合考虑确定。

（4）纵断面埋深轨迹设计

纵断面埋深轨迹设计应用于砼方包方式过轨时，主要设计内容是拟定方包的埋深及穿越的纵断面路径等内容。

纵断面埋深轨迹设计应用于定向钻方式过轨时，主要设计内容是拟定入土点、出土点的位置、确定管道深度、设置钻进轨迹的圆弧曲线等内容。

结束语

地铁电力管线涉铁工程设计，应首先考虑电力电缆的实际敷设需求和工程的实际现场条件形成完整、严密、创新的设计思路，其次根据收集到的项目资料和对铁路的安全角度（设计方）、施工周期及造价（业主方）、施工可控性（代建方及施工方）等各方角度出发的最终形成综合、全面、兼顾的设计方案。本文的案例剖析及结论供铁路相关设计人员借鉴。

参考文献：

[1]中华人民共和国务院令（第639号）.铁路安全管理条例

[2]中国铁路总公司.TG/01-2014，铁路技术管理规程.北京：中国铁路总公司，2014.

[3]中国非开挖技术协会.水平定向钻进管线铺设工程技术规范.2001

[4]罗景生，电力电缆保护管定向钻进施工轨迹设计要点浅析.中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司，2019

作者简介：马尹骏（1991-），男，助理工程师，2014年毕业于兰州交通大学，工学学士。