卢 锋
（中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）
随着我国经济的高速发展，出行逐渐成为人们的必然行为，桥梁在其中起到了重要的作用，这就要求桥梁的建设要跟上历史的脚步，桥梁是用于跨越障碍物（如河流、海峡、山谷和道路等）而使道路保持连续的人工构造物，它便利了两岸的往来，又不阻挡山间水上的原有交通。我国桥梁的设计和建造水平在世界上处于领先水平，建设了梁式桥、拱桥、刚架桥和缆索承重桥（即悬索桥、斜拉桥）等各种结构体系的桥梁，桥梁的供配电技术在桥梁的设计、建造与运营中扮演越来越重要的角色，然而，桥梁供配电设计技术却没有很大的发展与创新[1]。
桥梁中主要的用电负荷有：安全监控系统、助航标志灯、航空障碍灯、消防设备、通信设备；道路照明、桥塔、箱梁和锚室等内部照明；检修动力、警卫、收费系统和养护设施；景观照明、除湿设备和办公区生活用电等。从负荷的种类和分布位置来看，与建筑电气有很大区别，其负荷以长距离、分散性、大范围和小容量负荷为主，各类照明、电气设备多安装于高温差、大震动的狭小空间中，根据不同的使用功能，设备的开启时间有所不同，使用容量在白天和夜晚也有很大差异[2-3]。
综上所述，桥梁的供配电设计技术落后于桥梁行业的发展，并且桥梁的用电负荷有其特殊性，与建筑电气迥异，同时公铁两用大桥既有铁路用电负荷又有公路用电负荷，在设计时更加复杂，因此有必要对公铁两用桥梁的供配电设计作全面的介绍[4]。
本文将以盐泰锡常宜公铁两用大桥为例，详细而全面地阐述桥梁供配电设计的主要内容，为我国桥梁的发展尽绵薄之力。
1 项目概况
盐泰锡常宜铁路位于江苏省东部，主线大致走向：盐城-兴化-泰州-泰兴-靖江-江阴-无锡-常州-宜兴，在靖江、江阴之间跨越长江。全线跨度范围大，影响深远，为加快长三角一体化提供重要支撑。
盐泰锡常宜公铁两用大桥位于江阴长江大桥下游3.3 km处，规划江阴第三过江通道位置。从综合利用过江通道资源角度，除盐泰锡常宜铁路外，还同步实现新长铁路、公路功能过江。该项目是打通客运、货运铁路过江瓶颈、分担江阴桥公路过江压力的重要工程。
主跨1 780 m公铁合建悬索桥方案跨度布置如图1所示，总体效果如图2所示。主梁跨度布置为（2×140+528+1 780+220×2+140）m。主跨1780m，其中悬索区段900m，吊跨比0.5，设置交叉索8对，跨中纯悬索区段长700m。主缆矢跨比1/7.87，跨度布置为（896+1780+630）m。主塔采用混凝土门式结构，主塔塔高约312m，设上、中、下3道横梁。南北各有一个重力式锚碇。主梁横断面采用上下层布置，上层为双向8车道高速公路，整幅布置，铁路桥面在下层桥面，为盐泰锡常宜高铁和新长铁路各2线。
图1 盐泰锡常宜公铁两用大桥桥型布置图（单位：m）
图2 盐泰锡常宜公铁两用大桥总体效果图
本桥采用大跨度斜拉悬吊协作体系桥梁方案，其主要特点为：主跨大，主跨1 780 m是目前最大跨度的高速铁路桥；荷载重，承担四线铁路、八线高速公路交通荷载；标准高，高速铁路线路设计时速250 km/h。
2 供电及照明系统
2.1 铁路层供电及照明系统
2.1.1 供电系统
铁路层供电系统应满足TB 10008—2015《铁路电力设计规范》。在桥墩铁路梁面对称中心线处设置10/0.4 kV变配电设施。电源宜由铁路电力贯通线供电，贯通线供电能力受限时，可采用外部电源。外部电源优先考虑从桥区附近的养护工区变电所专用10 kV回路接入。桥上10 kV电缆沿10 kV贯通线预留通道敷设。变配电装置纳入铁路电力远动系统的方式由全线总体统一考虑，仅在低压配电柜内预留相关的RTU回路。
低压侧设置低压配电柜，采用0.4 kV TN-S系统。在低压配电柜设置主塔电梯、钢梁检查车、桥梁健康监测及航标专用回路。
设计时为塔内电梯、钢梁检查车预留供电容量及主线电缆通道。
根据GB5863—93《内河助航标志》要求配布助航标志，但桥梁助航标志为专项设计，因此仅按常规方案预留航标灯用电容量。
2.1.2 电力、通信、信号等电缆过桥布置
过桥通信、信号、接触网及电力线路沿轨道两侧电缆槽道敷设。钢梁桥段电缆槽道敷设在检修走道下方。混凝土梁桥梁段，通信信号和高压等电缆通道由土建预留于梁体沟槽内。电缆槽道尺寸及布置要求应满足相关专业提出的要求。
2.1.3铁路面员工走道照明
在铁路桥面设置照明，夜间为巡道、维修提供良好的工作环境。应能满足TB 10089—2015《铁路照明设计规范》，选用节能减震型50 W LED灯，上下游对称布置，3.5 m灯杆顺桥向间隔30 m安装于检修走道栏杆扶手上。照明均采用微电脑时钟自动控制系统。
2.1.4 铁路面动力维修电源
在钢梁段铁路桥面的员工走道栏杆上设置动力开关箱，两侧交错布置。单侧间距约100 m，每回路远端同时使用的最大容量为10 kW。
2.1.5 主塔塔内检修走道照明
为便于检修人员工作，在主塔内设有照明灯和电源插座。在每层平台上方安装一盏节能灯；每2层平台安装一个插座。电源插座可给临时增设的照明或小型电动工具供电。
2.1.6 主塔航空障碍灯
航空障碍灯按照MH 5001—2013《民用机场飞行区技术标准》进行布设，在主塔顶部和塔身合适位置安装航空障碍灯，主线电缆与塔内检修照明共槽顺塔壁内敷设，灯位附近穿可挠金属管至灯位。该布置方式需经当地航空管理部门批准后实施。
2.2 公路层供电及照明系统
2.2.1 供电系统
外电源由地方1路10 kV市电网络引入，采用10 kV高压环网供电方案，通过10/0.4 kV变压器对沿线的分散性负荷和主塔等处的集中性负荷进行供电，全桥每间隔1 km左右分布设置电气照明变压器1台，详细布置位置根据公路面负荷情况确定。桥上10 kV电缆沿10 kV预留通道敷设。
2.2.2 公路面道路照明
道路等级为高速公路，在N19-S12号墩间设置照明，道路及桥梁照明标准选用I级标准，根据CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》要求，具体指标为：路面平均亮度维持值2 cd/m2，路面亮度总均匀度最小值0.4，路面亮度纵向均匀度最小值0.7，路面平均照度维持值30 lx，路面照度均匀度最小值0.4，眩光限制阈值增量最大初始值10，环境比最小值0.5，功率密度值≤1 W/m2[5]。
公路面道照明采用10 m高灯杆间隔28 m两侧对称布置，2 m伸臂配250 W LED路灯。供电回路均选用YJV型电缆，桥面电缆在防撞护栏外侧电缆槽道和预埋管道内敷设。
2.3 夜景照明
夜景照明应满足JGJ/T 163—2008《城市夜景照明设计规范》要求。夜景照明重点突出主塔、斜拉索、悬索及桥梁轮廓。主要包括：照明灯具布置、低压供配电、控制、接线和安装图等。灯具及线管与主桥安装部位外表涂装颜色应与桥梁外装一致，使其在白天与桥梁融为一体，不影响景观效果。夜间，光线均匀地洒落在桥体上，突出桥梁结构之美，形成极佳的夜景效果。
2.3.1 桥梁轮廓
LED点光源安装在公路层与铁路层梁侧，勾勒桥梁轮廓。
2.3.2 主塔照明
主塔部分的效果为全桥夜景照明的重点，根据被照区域的不同，在塔顶与梁部高程附近采用不同数量和不同角度的大功率LED投光灯分层将塔身各面洗亮。
2.3.3 斜拉索照明
索区为夜景照明的亮点。斜拉索采用照面的方式，从远离主塔区域至靠近主塔区域设置功率由小到大的组合式LED投光灯，均匀照亮斜拉索迎江面。
2.3.4 悬索照明
悬索与吊索迎江侧安装点光源，展现其优美的弧形轮廓。
2.3.5 夜景照明控制系统
夜景照明控制系统采用智能远程照明控制方式，LED灯光采用标准DMX512-A协议控制方式。现场设置主控，整体控制可纳入总控[6]。
3 综合接地系统
综合接地系统应能满足GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》、QX/T 330—2016《大型桥梁防雷设计规范》、GB/T 31067—2014《桥梁防雷设计规范》、TB 10180—2016《铁路防雷及接地工程技术规范》和通号9301—2016《铁路综合接地系统》的要求。本桥综合接地装置为全线综合接地系统的组成部分，与全线贯通地线可靠连接后综合接地电阻要求小于1 Ω。接地装置由接地极、水平连接线、接地引上线和接地端子等部分组成。
3.1 下部结构接地
全桥在每个桥墩处均设接地装置。将每根桩基中的一根通长结构钢筋作为接地极，在桩基的每节段处必须采用搭接钢筋双面焊接以保证全长电气导通，另需将所有桩基的竖向主钢筋并焊在一起，共同作为接地极。若有保留的钢护筒，应利用它并接后作为接地极。
每墩至少设有2根接地引上线引至铁路和公路梁底。接地引上线下端与承台内环接接地极的钢筋连接，上端与接地端子连接或留接地引出线便于和桥面接地带（线）连接。接地线和墩身内水平接地连接线应充分利用直径不小于φ16 mm的非预应力结构钢筋。
3.2 上部结构接地
3.2.1 公铁合建段钢梁接地
主桥钢梁铁路桥在桥墩处的钢梁底部设置接地角钢，为不锈钢连接线与墩帽处接地端子连接。在检修走道处设有接地母排，在桥墩处接地母排与接地角钢间、钢梁底部的接地角钢与墩帽处接地端子间均采用不锈钢连接线连接。所有接地端子、接地母排、贯通接地线、金属构件及电气设备均应可靠连接，形成电气导通的综合接地系统。
主桥钢梁防撞护栏处均设置40 mm×5 mm镀锌扁钢作为贯通接地带。贯通接地带与钢防撞护栏、钢梁梁体及电气设备均应可靠连接。
3.2.2 公铁合建段混凝土梁接地
铁路面混凝土梁上的接地端子布置在小里程侧。每断面处梁底、挡墙处、检修走道处均设有接地端子。桥墩处梁底的接地端子与墩帽处接地端子采用不锈钢连接线连接。利用梁内非预应力结构钢筋将各处接地端子、接地连接钢筋相连。
公路面在小里程侧的梁底设置接地端子，采用不锈钢连接线与墩帽处接地端子连接。利用梁体内非预应力结构钢筋作为接地引下线。在混凝土防撞墙内均敷设40 mm×5 mm镀锌扁钢作贯通接地带。接地引出线在两侧与防撞护栏内贯通接地扁钢连接。
3.2.3 铁路单建段混凝土梁接地
铁路单建段混凝土梁与公铁合建段中铁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非预应力结构钢筋作为接地引上线，塔身每隔10 m左右利用结构箍筋作为水平均压环[7]。每根塔柱顶部设置一座避雷针，所有避雷针及栏杆扶手均应与接地引上线可靠焊接。有多根接地引上线，下与基础接地极连接，上与均压环、塔顶避雷针连接。
4 涉电设施迁改
对AK184+200～AK191+500（除去水域面积，主河道：AK186+080～AK189+415）里程范围内不满足GB 50061—2010《66 kV及以下架空电力线路设计规范》和GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》要求的涉电设施需迁改，迁改数量如表1。
表1 涉电设施迁改数量表
5 结束语
公铁两用桥梁的供配电设计是随着我国建桥技术水平的提高而出现的新研究课题。本文对公铁两用桥梁的供配电设计进行了详细介绍，包括供电系统，电梯、桥梁检查车、除湿设备、助航标志、航空障碍灯、动力维修电源和健康监测等设备的配电，功能照明和景观照明，防雷接地系统和涉电设施迁改等内容。设计既要满足大桥的自身结构、交通、航道、航空安全及功能要求，设计的夜景照明要使桥梁成为艺术品与城市的名片，又要使得在桥梁后期运营及养护过程中设备检修维护便利，对设计师的专业知识水平是一个挑战，因此本文总结设计经验，对今后的公铁两用桥梁供配电设计起到借鉴作用。
