提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測(cè)自動(dòng)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(cè)自動(dòng)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(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中，安裝及檢測(cè)工作自動(dòng)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(guò)工程實(shí)際調(diào)研，結(jié)合工程建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提出了關(guān)于提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測(cè)自動(dòng)化水平的幾點(diǎn)建議，希望推動(dòng)我國(guó)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(cè)；自動(dòng)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(chē)供電的一種方式。由于其具有導(dǎo)線(xiàn)無(wú)張力、沒(méi)有斷線(xiàn)隱患、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便、安裝空間小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在隧道內(nèi)應(yīng)用。從我國(guó)第一條采用架空剛性接觸網(wǎng)的工程項(xiàng)目——廣州地鐵 2 號(hào)線(xiàn)開(kāi)始，架空剛性接觸網(wǎng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用超過(guò)了 15 年，目前我國(guó)新建的城市軌道交通線(xiàn)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(guó)應(yīng)用了很長(zhǎng)時(shí)間，但在施工安裝、驗(yàn)收檢測(cè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)時(shí)，很多工作的自動(dòng)化水平不高，耗費(fèi)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(cè)自動(dòng)化水平。

1　架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測(cè)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(wú)論哪種安裝方式，在滿(mǎn)足帶電導(dǎo)體可靠固定的同時(shí)，都必須滿(mǎn)足以下 2 項(xiàng)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(xiàn)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(xiàn)路中心線(xiàn)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(xiàn)路中心以滿(mǎn)足列車(chē)受電弓與帶電導(dǎo)體移動(dòng)接觸時(shí)磨耗均勻。

為了滿(mǎn)足上述功能需求，在施工安裝、驗(yàn)收檢測(cè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程中，對(duì)鉆孔安裝、導(dǎo)高測(cè)量、拉出值測(cè)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(chǎng)鉆孔安裝出現(xiàn)報(bào)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(bào)廢重新定位鉆孔勢(shì)必影響到后續(xù)工作的開(kāi)展。導(dǎo)高測(cè)量、拉出值測(cè)量是檢驗(yàn)架空剛性接觸網(wǎng)實(shí)施效果的非常重要的環(huán)節(jié)。導(dǎo)高測(cè)量為后續(xù)精細(xì)調(diào)整、冷熱滑試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)調(diào)試提供最基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，因此，導(dǎo)高測(cè)量的精度和便利性一方面影響到工程質(zhì)量，另一方面會(huì)影響到施工安裝工期。

其次，架空剛性接觸網(wǎng)懸掛點(diǎn)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(diǎn)，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(dòng)化水平不高的情況下，只有通過(guò)投入大量的人工才能滿(mǎn)足工程建設(shè)工期要求，且有些工作由于達(dá)不到精度要求還會(huì)出現(xiàn)返工現(xiàn)象。對(duì)于驗(yàn)收檢測(cè)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，同樣需要大量人工，運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量艱巨。

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

2　自動(dòng)化水平不高的原因分析

造成目前國(guó)內(nèi)剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測(cè)自動(dòng)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(guó)相對(duì)較晚，很多工作都延續(xù)了既有的技術(shù)模式。從我國(guó)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(kāi)始建設(shè)的上海地鐵 1 號(hào)線(xiàn)、2 號(hào)線(xiàn)、廣州地鐵 1 號(hào)線(xiàn)、2 號(hào)線(xiàn)、上海軌道交通明珠線(xiàn)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(hào)線(xiàn)才開(kāi)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(kāi)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(duì)此方面的重視程度不夠，缺乏相應(yīng)的自動(dòng)化施工機(jī)械及測(cè)量工具。

下面通過(guò)幾個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù)對(duì)施工安裝及運(yùn)營(yíng)維護(hù)過(guò)程的調(diào)查，隧道內(nèi)平均約 8 m 左右就會(huì)有 1 組鉆孔，每組鉆孔有 2 個(gè)或 4 個(gè)孔位，位置精度要求控制在 5 mm 以?xún)?nèi)。目前現(xiàn)場(chǎng)鉆孔為每個(gè)孔位單獨(dú)施工，如圖 2 所示。

圖 2 現(xiàn)場(chǎng)人工鉆孔

鉆孔施工時(shí)工人采用沖擊鉆在隧道頂部打孔。這種打孔方式很難滿(mǎn)足孔位之間的精度要求，往往造成 1 個(gè)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(dòng)強(qiáng)度大，效率不高。由于 1 組孔位不能同時(shí)進(jìn)行鉆孔，導(dǎo)致 1 組孔位平均耗時(shí)近 30 min，且鉆孔時(shí)對(duì)工人身體健康極為不利。

目前對(duì)于架空剛性接觸網(wǎng)拉出值及導(dǎo)高的測(cè)量普遍采用的是激光測(cè)距儀。現(xiàn)場(chǎng)將 1 臺(tái)激光測(cè)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(dòng)激光測(cè)距儀，人工目測(cè)尋找剛性接觸網(wǎng)帶電導(dǎo)體的最低點(diǎn)位置，然后讀取在此位置時(shí)激光測(cè)距儀的讀數(shù)作為導(dǎo)高測(cè)量，此位置相對(duì)線(xiàn)路中心的距離視為拉出值。現(xiàn)場(chǎng)操作如圖 3 所示。

從圖 3 可以看出，該方案最大的缺點(diǎn)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(guò)手動(dòng)移動(dòng)激光測(cè)距儀來(lái)尋找圓柱銅導(dǎo)體的最低點(diǎn)極不方便，稍有偏差讀數(shù)就不是最低點(diǎn)的導(dǎo)高數(shù)值。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，有些關(guān)鍵位置的測(cè)量有時(shí)需要進(jìn)行多次測(cè)量然后進(jìn)行誤差處理才能得到，給工程安裝及運(yùn)營(yíng)維護(hù)增加了很大的工作量。

圖 3 現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量導(dǎo)高及拉出值

3　實(shí)施建議

為了提高我國(guó)架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測(cè)自動(dòng)化水平，提升我國(guó)在該項(xiàng)技術(shù)方面的綜合技術(shù)實(shí)力，應(yīng)在借鑒國(guó)外及國(guó)內(nèi)其他行業(yè)自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)工程實(shí)際的具體特點(diǎn)，從研制自動(dòng)化施工機(jī)械和引入先進(jìn)測(cè)量技術(shù)兩方面開(kāi)展。

自動(dòng)化施工機(jī)械在國(guó)外應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)本人調(diào)研，國(guó)外架空剛性接觸網(wǎng)在施工安裝時(shí)，很多工序都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化。例如，采用專(zhuān)用鉆孔機(jī)械實(shí)現(xiàn)隧道頂部 1 組鉆孔 1 次完成（圖 4）。將 1 組鉆頭通過(guò)卡具安裝固定在 1 個(gè)機(jī)械臂上，鉆頭的相對(duì)位置關(guān)系滿(mǎn)足剛性接觸網(wǎng)懸吊裝置安裝精度要求。然后通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)保證機(jī)械臂能同時(shí)進(jìn)行多根鉆頭的鉆孔工作。機(jī)械臂設(shè)置可調(diào)工作行程，以滿(mǎn)足不同的鉆孔深度和高度。一方面多個(gè)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(jī)械鉆孔效率較高；另一方面機(jī)械臂可固定安裝在通用的軌道施工車(chē)上，而軌道施工車(chē)是安放在鋼軌上，使得鉆孔安裝均以線(xiàn)路中心為基準(zhǔn)，也提高了懸吊裝置整體對(duì)線(xiàn)路中心的安裝精度。

圖 4 國(guó)外機(jī)械自動(dòng)鉆孔

對(duì)于目前我國(guó)架空剛性接觸網(wǎng)工程測(cè)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(cè)量的自動(dòng)化水平。為此，可研制一種專(zhuān)用測(cè)量工具。

該專(zhuān)用測(cè)量工具在原專(zhuān)用滑道、激光測(cè)距儀的基礎(chǔ)上，增加手搖或者電動(dòng)機(jī)構(gòu)使激光測(cè)量?jī)x能沿專(zhuān)用滑道均勻移動(dòng)，增加測(cè)量數(shù)據(jù)處理器，自動(dòng)分析測(cè)量數(shù)據(jù)。具體方案是：制作1條可使激光測(cè)距儀精確移動(dòng)的滑道，在滑道上安裝傳動(dòng)絲杠軸，通過(guò)搖動(dòng)手柄或者電動(dòng)方式使絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)激光測(cè)距儀沿滑道均勻移動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠軸帶動(dòng)激光測(cè)距儀移動(dòng)時(shí)，激光測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)量經(jīng)過(guò)路徑上方的空間距離并以一定的采集步長(zhǎng)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(xiàn)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(cè)量的一項(xiàng)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(cè)量專(zhuān)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(cè)距儀沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)所測(cè)量的一系列數(shù)值中最小值一定是導(dǎo)高值。通過(guò)電動(dòng)機(jī)構(gòu)或手柄搖動(dòng)絲杠帶動(dòng)測(cè)距儀均勻移動(dòng)方式避免了人工手推動(dòng)激光測(cè)距儀產(chǎn)生的誤差。因此，測(cè)量精度較目前現(xiàn)有測(cè)量方式應(yīng)有較大的提高。另外，該測(cè)量工具可以同時(shí)測(cè)量導(dǎo)高和拉出值 2 項(xiàng)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(jìn)行組合優(yōu)化，增加了專(zhuān)用滑道、傳動(dòng)絲杠及數(shù)據(jù)處理模塊，使得導(dǎo)高測(cè)量更為便捷準(zhǔn)確。從測(cè)量工具研制角度看難度不大，以國(guó)內(nèi)技術(shù)條件，完全有能力自主研制生產(chǎn)。

4　結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)架空剛性接觸網(wǎng)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)系統(tǒng)的研究過(guò)程，既借鑒國(guó)外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)又獨(dú)立自我創(chuàng)新，在我國(guó)很多城市中被廣泛應(yīng)用。但在施工安裝及運(yùn)營(yíng)維護(hù)自動(dòng)化水平方面的研究還不夠深入，缺少相應(yīng)專(zhuān)業(yè)工具，已經(jīng)不能適應(yīng)我國(guó)城市軌道交通快速發(fā)展的實(shí)際需求。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市軌道交通的建設(shè)項(xiàng)目會(huì)更多，提高架空剛性接觸網(wǎng)安裝及檢測(cè)自動(dòng)化水平的需求會(huì)更加急迫。通過(guò)技術(shù)借鑒與消化吸收，我國(guó)具備在這方面進(jìn)行技術(shù)提升的能力。因此，希望通過(guò)本文能起到拋磚引玉的作用，使行業(yè)對(duì)此方面給予充分重視，推動(dòng)我國(guó)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(jì)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(yàn)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(jìn)［J］. 電氣化鐵道，2010（3）：28-30.

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［5］ 于萬(wàn)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(jí)工程師