提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平的建議

孫 靜

（北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068）

提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平的建議

孫 靜

（北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068）

目前架空剛性接觸網(wǎng)在工程建設(shè)及運營維護過程中，安裝及檢測工作自動化水平不高，很多工作需要較多的人力，既難于保證精度也降低了工作效率。通過工程實際調(diào)研，結(jié)合工程建設(shè)管理經(jīng)驗及專業(yè)知識，提出了關(guān)于提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平的幾點建議，希望推動我國架空剛性接觸網(wǎng)在此方面綜合技術(shù)水平的提升。

架空剛性接觸網(wǎng)；安裝；檢測；自動化水平；建議

0　引言

架空剛性接觸網(wǎng)是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)給列車供電的一種方式。由于其具有導(dǎo)線無張力、沒有斷線隱患、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、運營維護方便、安裝空間小等優(yōu)點，特別適合在隧道內(nèi)應(yīng)用。從我國第一條采用架空剛性接觸網(wǎng)的工程項目——廣州地鐵 2 號線開始，架空剛性接觸網(wǎng)已經(jīng)在國內(nèi)應(yīng)用超過了 15 年，目前我國新建的城市軌道交通線路地下隧道內(nèi)絕大多數(shù)采用了架空剛性接觸網(wǎng)方式，另外，在電氣化鐵路方面架空剛性接觸網(wǎng)也已應(yīng)用在一些低凈空隧道內(nèi)。

架空剛性接觸網(wǎng)在我國應(yīng)用了很長時間，但在施工安裝、驗收檢測、運營維護時，很多工作的自動化水平不高，耗費的人力較多，工作效率低，并且不能保證精度。因此，有必要提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平。

1　架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測要求

架空剛性接觸網(wǎng)最顯著特性是精度要求高。架空剛性接觸網(wǎng)由懸吊裝置、絕緣子、帶電導(dǎo)體組成，典型安裝如圖 1 所示。

圖 1 架空剛性接觸網(wǎng)的典型安裝

根據(jù)隧道斷面（矩形隧道、圓形隧道、馬蹄形隧道等）的不同，安裝懸吊裝置分為多種。但無論哪種安裝方式，在滿足帶電導(dǎo)體可靠固定的同時，都必須滿足以下 2 項功能。

（1）精確上下調(diào)節(jié)。即在垂直于鋼軌平面的方向，可上下調(diào)節(jié)，使帶電導(dǎo)體與軌面連線的距離（即導(dǎo)高）盡可能一致。

（2）精確左右調(diào)節(jié)。即在平行于鋼軌平面且垂直于線路中心線的方向，可左右調(diào)節(jié)，使得帶電導(dǎo)體有規(guī)律地偏離線路中心以滿足列車受電弓與帶電導(dǎo)體移動接觸時磨耗均勻。

為了滿足上述功能需求，在施工安裝、驗收檢測及運營維護過程中，對鉆孔安裝、導(dǎo)高測量、拉出值測量等環(huán)節(jié)的精度要求較高。

鉆孔安裝的精度直接影響到架空剛性接觸網(wǎng)后續(xù)弓網(wǎng)受流效果。鉆孔安裝精度不高，一方面造成懸吊裝置安裝不到位，懸吊裝置發(fā)生傾斜、扭轉(zhuǎn)，影響到后續(xù)拉出值的調(diào)整、導(dǎo)高調(diào)整；另一方面，容易造成現(xiàn)場鉆孔安裝出現(xiàn)報廢現(xiàn)象，增加工作量。目前，城市軌道交通建設(shè)中保證工期的壓力十分迫切，鉆孔安裝出現(xiàn)報廢重新定位鉆孔勢必影響到后續(xù)工作的開展。導(dǎo)高測量、拉出值測量是檢驗架空剛性接觸網(wǎng)實施效果的非常重要的環(huán)節(jié)。導(dǎo)高測量為后續(xù)精細(xì)調(diào)整、冷熱滑試驗、動態(tài)調(diào)試提供最基礎(chǔ)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，因此，導(dǎo)高測量的精度和便利性一方面影響到工程質(zhì)量，另一方面會影響到施工安裝工期。

其次，架空剛性接觸網(wǎng)懸掛點多，工作量大。一般工程平均 7 m左右設(shè)有 1 處懸掛安裝點，平均 250 m 左右設(shè)錨段關(guān)節(jié)，在精度要求嚴(yán)格情況下，施工工作量是非常龐大的。在整體自動化水平不高的情況下，只有通過投入大量的人工才能滿足工程建設(shè)工期要求，且有些工作由于達不到精度要求還會出現(xiàn)返工現(xiàn)象。對于驗收檢測及運營維護階段，同樣需要大量人工，運營維護工作量艱巨。

為此，必須提升剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平，才能整體提高我國在該方面的綜合技術(shù)水平。

2　自動化水平不高的原因分析

造成目前國內(nèi)剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平不高的原因主要有以下幾方面。

（1）架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)引入我國相對較晚，很多工作都延續(xù)了既有的技術(shù)模式。從我國城市軌道交通的發(fā)展史看，早期的北京、天津地鐵采用 750 V 接觸軌受流方式，而上世紀(jì)90年代開始建設(shè)的上海地鐵 1 號線、2 號線、廣州地鐵 1 號線、2 號線、上海軌道交通明珠線以及深圳地鐵一期工程均采用 1 500 V 架空柔性接觸網(wǎng)供電方式。2000 年以后，廣州地鐵 2 號線才開始架空剛性接觸網(wǎng)的工程應(yīng)用。這導(dǎo)致了架空剛性接觸網(wǎng)很多工作均在接觸軌和架空柔性接觸網(wǎng)的既有技術(shù)模式基礎(chǔ)上開展，但這些技術(shù)模式顯然已經(jīng)不適用于架空剛性接觸網(wǎng)。

（2）行業(yè)內(nèi)對此方面的重視程度不夠，缺乏相應(yīng)的自動化施工機械及測量工具。

下面通過幾個工程實例進行說明。

根據(jù)對施工安裝及運營維護過程的調(diào)查，隧道內(nèi)平均約 8 m 左右就會有 1 組鉆孔，每組鉆孔有 2 個或 4 個孔位，位置精度要求控制在 5 mm 以內(nèi)。目前現(xiàn)場鉆孔為每個孔位單獨施工，如圖 2 所示。

圖 2 現(xiàn)場人工鉆孔

鉆孔施工時工人采用沖擊鉆在隧道頂部打孔。這種打孔方式很難滿足孔位之間的精度要求，往往造成 1 個孔位不合格其他所有孔位都作廢，須重新更換安裝位置。另外，這種安裝方式工人安裝勞動強度大，效率不高。由于 1 組孔位不能同時進行鉆孔，導(dǎo)致 1 組孔位平均耗時近 30 min，且鉆孔時對工人身體健康極為不利。

目前對于架空剛性接觸網(wǎng)拉出值及導(dǎo)高的測量普遍采用的是激光測距儀?，F(xiàn)場將 1 臺激光測距儀放置在垂直軌道的導(dǎo)軌內(nèi)，然后在導(dǎo)軌內(nèi)移動激光測距儀，人工目測尋找剛性接觸網(wǎng)帶電導(dǎo)體的最低點位置，然后讀取在此位置時激光測距儀的讀數(shù)作為導(dǎo)高測量，此位置相對線路中心的距離視為拉出值?，F(xiàn)場操作如圖 3 所示。

從圖 3 可以看出，該方案最大的缺點是尋找?guī)щ妼?dǎo)體最低位置十分困難。帶電導(dǎo)體最下方是直徑約 15 mm的圓柱銅導(dǎo)體，通過手動移動激光測距儀來尋找圓柱銅導(dǎo)體的最低點極不方便，稍有偏差讀數(shù)就不是最低點的導(dǎo)高數(shù)值。經(jīng)實際調(diào)查，有些關(guān)鍵位置的測量有時需要進行多次測量然后進行誤差處理才能得到，給工程安裝及運營維護增加了很大的工作量。

圖 3 現(xiàn)場人工測量導(dǎo)高及拉出值

3　實施建議

為了提高我國架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平，提升我國在該項技術(shù)方面的綜合技術(shù)實力，應(yīng)在借鑒國外及國內(nèi)其他行業(yè)自動化先進技術(shù)的同時，結(jié)合我國工程實際的具體特點，從研制自動化施工機械和引入先進測量技術(shù)兩方面開展。

自動化施工機械在國外應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)本人調(diào)研，國外架空剛性接觸網(wǎng)在施工安裝時，很多工序都已經(jīng)實現(xiàn)機械自動化。例如，采用專用鉆孔機械實現(xiàn)隧道頂部 1 組鉆孔 1 次完成（圖 4）。將 1 組鉆頭通過卡具安裝固定在 1 個機械臂上，鉆頭的相對位置關(guān)系滿足剛性接觸網(wǎng)懸吊裝置安裝精度要求。然后通過機械傳動保證機械臂能同時進行多根鉆頭的鉆孔工作。機械臂設(shè)置可調(diào)工作行程，以滿足不同的鉆孔深度和高度。一方面多個鉆頭位置基本固定，消除了人工分別鉆孔造成的位置偏移，且機械鉆孔效率較高；另一方面機械臂可固定安裝在通用的軌道施工車上，而軌道施工車是安放在鋼軌上，使得鉆孔安裝均以線路中心為基準(zhǔn)，也提高了懸吊裝置整體對線路中心的安裝精度。

圖 4 國外機械自動鉆孔

對于目前我國架空剛性接觸網(wǎng)工程測量流程現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上稍作調(diào)整即可提高拉出值及導(dǎo)高測量的自動化水平。為此，可研制一種專用測量工具。

該專用測量工具在原專用滑道、激光測距儀的基礎(chǔ)上，增加手搖或者電動機構(gòu)使激光測量儀能沿專用滑道均勻移動，增加測量數(shù)據(jù)處理器，自動分析測量數(shù)據(jù)。具體方案是：制作1條可使激光測距儀精確移動的滑道，在滑道上安裝傳動絲杠軸，通過搖動手柄或者電動方式使絲杠軸轉(zhuǎn)動從而帶動激光測距儀沿滑道均勻移動。在轉(zhuǎn)動絲杠軸帶動激光測距儀移動時，激光測距儀實時測量經(jīng)過路徑上方的空間距離并以一定的采集步長傳遞給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器記錄所有采集數(shù)據(jù)并求出其中最小值，該最小值即為該處帶電導(dǎo)體距離軌面的導(dǎo)高值。另外，在滑道上設(shè)置一刻度尺，導(dǎo)高值所在位置距離線路中心的距離即為拉出值。而拉出值也是在工程中需經(jīng)常測量的一項重要數(shù)據(jù)。設(shè)想方案如圖 5 所示。

圖 5 拉出值及導(dǎo)高測量專業(yè)儀器設(shè)想圖

根據(jù)架空剛性接觸網(wǎng)的安裝斷面可知，激光測距儀沿導(dǎo)軌移動時所測量的一系列數(shù)值中最小值一定是導(dǎo)高值。通過電動機構(gòu)或手柄搖動絲杠帶動測距儀均勻移動方式避免了人工手推動激光測距儀產(chǎn)生的誤差。因此，測量精度較目前現(xiàn)有測量方式應(yīng)有較大的提高。另外，該測量工具可以同時測量導(dǎo)高和拉出值 2 項數(shù)據(jù)，可有效提高工作效率。

該設(shè)想方案在原技術(shù)方案基礎(chǔ)上將各部件進行組合優(yōu)化，增加了專用滑道、傳動絲杠及數(shù)據(jù)處理模塊，使得導(dǎo)高測量更為便捷準(zhǔn)確。從測量工具研制角度看難度不大，以國內(nèi)技術(shù)條件，完全有能力自主研制生產(chǎn)。

4　結(jié)束語

我國架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了一個系統(tǒng)的研究過程，既借鑒國外技術(shù)經(jīng)驗又獨立自我創(chuàng)新，在我國很多城市中被廣泛應(yīng)用。但在施工安裝及運營維護自動化水平方面的研究還不夠深入，缺少相應(yīng)專業(yè)工具，已經(jīng)不能適應(yīng)我國城市軌道交通快速發(fā)展的實際需求。

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市軌道交通的建設(shè)項目會更多，提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測自動化水平的需求會更加急迫。通過技術(shù)借鑒與消化吸收，我國具備在這方面進行技術(shù)提升的能力。因此，希望通過本文能起到拋磚引玉的作用，使行業(yè)對此方面給予充分重視，推動我國架空剛性接觸網(wǎng)綜合技術(shù)水平的提升。

［1］ GB 50157-2013 地鐵設(shè)計規(guī)范［S］. 2013.

［2］ TB 10421-2003 鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］. 2003.

［3］ 黃德亮，趙勤，李金華，等. 城市軌道交通架空剛性懸掛技術(shù)的應(yīng)用與改進［J］. 電氣化鐵道，2010（3）：28-30.

［4］ 李金華. 架空剛性懸掛的技術(shù)分析［J］. 城市軌道交通研究，2000（3）：33-37.

［5］ 于萬聚. 高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)［M］. 四川成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

［6］ 傅俊武. 剛性與柔性接觸網(wǎng)若干功能差異及標(biāo)準(zhǔn)的探論［J］. 電氣化鐵道，2007（6）：41-42.

責(zé)任編輯 冒一平

Suggestions on Improving Installation and Testing Automation Level of Rigid Overhead Contact System

Sun Jing

The automation level of the installation and testing on rigid overhead contact system in engineering construction and maintenance work is low， and a lot of works require more manually， therefore it is difficult to ensure the accuracy， causing lower work effi ciency. Through engineering practice and study， and in view of the construction experience and professional knowledge， the paper puts forward some suggestions on improving the installation and testing automation level of rigid overhead contact system. It is expected to further improve the comprehensive technical level to promote rigid overhead contact system in China.

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U225

2016-04-27

孫靜（1965—），女，高級工程師