地鐵剛性接觸網關鍵工程技術分析

寇龍濤

（中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津300308）

0 引言

在當前的大中城市建設中，地鐵工程建設已經成為熱點建設項目，開展地鐵工程施工作業時，各項施工技術的重要性是絕對不容忽視的。施工技術是影響地鐵工程整體質量的最大因素，對于作為地鐵工程關鍵施工環節的地鐵剛性接觸網施工作業來說，有必要深入分析和了解施工中所應用的關鍵技術，有效探索此技術的應用要點和實際應用，以便確保施工質量的可靠性，借此為地鐵系統的安全穩定運行奠定良好基礎。

1 地鐵剛性接觸網概況

接觸網種類繁多，種類不同則意味著懸掛接觸網的性能側重點不一樣。通常情況下，電氣化鐵路多采用架空柔性接觸網懸掛方式，城市軌道交通在地下區段多采用架空剛性懸掛接觸網，而車場區域則采用架空柔性懸掛接觸網，列車通過受電弓與接觸網懸掛系統相互接觸獲得供應電流。在城市地鐵中，列車由車場區域進入正線區段時，列車受電弓需由設置于該區域的柔性懸掛接觸網直接過渡進入剛性懸掛接觸網獲取電流，二者之間的過渡帶接觸硬點的出現頻次是非常高的，所謂過渡帶就是指的實現剛性和柔性相互形式轉化的系統設置，它的作用力體現在讓受電弓在剛性與柔性接觸網二者之間實現平滑轉換，在弓網關系增降過程中提供技術支持。這種設備所處的位置不具備很好的弓網動力性能，需要切實提高剛性和柔性接觸網過渡帶的安裝質量來改善弓網關系，剛柔過渡安裝完成后實際上意味著很難再對安裝完成的弓網結構做出調整，因為此時各種設備都在產生相互影響，所以剛柔過渡的質量對安全保證和技術運用要求非常高[1]。

剛柔過渡段必須保證施工整體過程的安裝作業高質量完成，檢測其具備穩定可靠的安裝性能，受電弓在通過過渡帶時保證其轉換平滑，具備均勻傳遞作用力的能力，須確保兩條剛柔過渡切槽式懸掛接觸線高度相等，有交界的位置匯流排不得壓迫或高抬接觸線，要嚴格按照設計方案設置兩條懸掛點的安裝間距，須保證剛柔過渡下錨子絕緣邊緣和受電弓包絡線間距大于等于75mm，柔性下錨底座和支持懸掛這些接地構件和剛性帶電懸掛構件與受電弓的各自間距須分別保證大于等于150mm 和100mm，如此可確保導線之間無摩擦現象產生，兩個方向的受電弓都可確保過渡平滑，切槽式剛柔過渡元器件各定位點以滿足受電弓工作壓力條件為原則設置導線高度，受電弓起終點位置必須得到提高，以3～5mm 為標準，安裝和懸掛點的位置在施工開始之前就必須保證準確無誤，施工過程就可達到標準的絕緣距離，受電弓碳滑板也因此降低了外來沖擊磨損作用力的侵蝕，弓網關系處于良好狀態，確保供電過程安全[2]。

2 地鐵剛性接觸網工程關鍵技術

2.1 切槽式剛柔過渡測量和定位

剛柔過渡的作業重點是位置測量作業，這其中包括利用激光測量儀實施的隧道懸掛點的縱向位置和組裝開始之前的橫向位置的測量。工程圖紙設計要求是唯一依據標準，要嚴格選用精度極高的定位測量儀器，測量儀器正式投入測量作業使用之前要進行嚴格的性能測試，還要嚴格按照圖紙設計檢查隧道口橫截面里程、間隙、結構和邊界，提前勘查其不得對剛柔過渡安裝造成絕緣距離不足的安裝限制，如果經現場勘測確實存在類似問題，須立即聯系設計人員解決問題，確認無任何異常跡象后實施剛柔過渡懸掛點錨固和縱向支出定位測量，定位標記以激光計于隧道頂設置。

2.2 切槽式剛柔過渡曲線段測量

一般來說，應用于軌道交通的剛柔過渡設置于直線段，如果施工現場條件確實無法滿足這一要求選擇退而求其次于曲線段設置，也須在測量作業時綜合考慮超大角度造成的影響，必須明確曲線段測量作業難度高于直線段，精確度要求也更高，要提前把潛在出現測量數據偏差的因素做綜合分析，提前對此進行明確標記，對誤差因素進行逐一排除[3]。

2.3 確定切槽式剛柔過渡錨固位置

確定切槽式剛柔過渡元件錨固的位置，其計算工作精確度極高，須由具備較高專業技術水平且經驗豐富的技術人員來完成，計算結果要經過反復測試，確認無誤，并保證其誤差范圍在技術標準允許的范圍之內，必須保證計算結果的科學性和合理性，能在地面和地下明挖結構中切實可行，接頭連接端須重點關注高程計算，下錨吊柱及下錨線索的位置計算也是需要重點關注的部分。

一旦確認計算結果的精確度，所有數據立即用于工程施工圖紙設計，后續全流程施工作業必須嚴格按照圖紙設計進行，不得擅自更改，一旦發現施工圖紙設計有不合理之處須立即指出并糾正，要確保下錨點高度設置合理，必須保證懸掛吊柱底部高于列車限高，若懸掛點和接觸線下錨點位置產生沖突，解決辦法就是對剛性懸掛點跨距進行調整。

2.4 切槽式剛柔過渡安裝過渡元件

剛柔過渡的過渡元件安裝分為剛性和柔性兩部分安裝。安裝剛性過渡元件的起點設置必須嚴格以施工圖紙設計為遵循依據，匯流排定位點數需嚴格控制其跨距參數范圍，重點關注所有點位數據平衡值，保持點位坡度和導軌平面合理匹配，由剛性放線小車與輔助設備協助過渡元件向匯流排插入。柔性接觸線凹槽內壁均勻涂抹導電脂，可增加接觸線和匯流排接觸面的導電性，須確保匯流排和柔性接觸線接觸面的光滑度并保證二者的有效連接，牢固固定匯流排終端固定螺栓，確保其連接緊密[4]。

3 施工技術應用

3.1 施工前準備

施工作業開始之前要嚴密檢測測量位置的數據精確度，對剛柔過渡施工方案的選用須綜合考慮并嚴格論證車行速度和軌道實際狀態，列舉多種施工方案以供選擇。鐵路或軌道交通直線段和大半徑曲線段以直通行施工過渡為最佳方案，切槽型剛柔過渡施工方案適用于小半徑曲線段，須注意施工方案和工藝技術的運用以及作業流程，必須嚴格按照鐵路或軌道交通路線狀況而定。

3.2 施工操作注意事項

作業過程要對接觸網作業細節進行重點關注，切槽式匯流排位置安裝須嚴格按照圖紙設計進行，柔性懸掛吊弦的安裝須確保距離4m 以外，不得在剛柔過渡范圍內設置其安裝位置，錨固元件和工作支的接觸點須位于匯流排端子中心延長線，接地線和電氣連接須確保安全可靠，必須保持所有組件安裝位置的設置科學合理，誤差波動范圍要在技術標準允許的范圍之內，不得因為絲毫的疏忽大意而破壞安全結構的可靠性。

3.3 施工完成注意事項

全部工程在作業結束到正式投入使用之前，要對整個系統進行反復的性能檢測，利用激光測量儀進行其靜態參數的測量，接頭以及剛性彎曲過渡點以受電弓冷滑實施檢測，確保無硬性點及切槽式剛柔過渡彈性，整個系統結構在使用期間需要定期檢測，確保無異常跡象[5]。

4 地鐵剛性接觸網施工控制技術案例分析

北京市軌道交通新機場線為國內第一條設計及運營時速160km/h 的地鐵線路，結合時速數據綜合分析其剛性接觸網系統應選擇的技術應用，確保整個系統施工方案的制定、關鍵工藝技術的選擇以及工程驗收技術標準達到國內創新成果新高度，實現創新應用城市軌道交通關鍵工藝技術和核心設施。

4.1 剛性接觸網系統方案

綜合分析設計時速為160km/h 的剛性接觸網系統施工方案，對其施工工藝技術的選用和技術參數進行確定，其中包括錨段長度，拉出和跨距數據安裝懸掛作業形式以及設置匯流排走線等，剛柔過渡施工方案和機械分段是重點關注內容。

4.1.1 機械分段方案

高速受流方案的關鍵環節是機械分段，由有限元分析軟件對錨段關節和膨脹接頭進行仿真，模擬證實膨脹接頭被錨段關節取代是切實可行且非常安全可靠的，這一模擬實驗也最終被決定為對剛性懸掛高速氣流系統進行機械分段的實施方案，有效規避了當膨脹接頭受到弓網沖擊以及電氣燒灼侵蝕和遭遇難以調整困境時的一系列難題，通過對錨段關節可行性方案的綜合研究結論，可以在此基礎上做進一步研究，能有效制定空氣絕緣關節式電分相在交流供電系統的實施方案，對器件式電分相實施方案中拉弧以及硬點等技術難題做出了合理規避[6]。

4.1.2 剛柔過渡方案

機車受電弓運用切槽貫通式剛柔過渡設計方案實現雙向過渡的平滑性，優化分析改進高速受流剛柔過渡設計方案，由幾何參數以及平面設置等方法仿真模擬出高速受流各種技術參數的組合形式，優選出并線彈性過渡的方式為柔性接觸區域的設計方案，使剛柔過渡區域得到了延長，弓網高速過渡得以平穩實現。

4.2 接觸線平順度和高精度調控

對設計時速為160km/h 的剛性接觸網安裝技術工藝的選用對弓網受流質量有著直接影響，通過加大相關技術工藝的研發攻堅力度，成功汲取上線安裝示范區段的作業試驗，對施工工藝技術的選用和配套平臺的設置進行深入探索改進，促進作業質量穩定性好、受控性強且效率極高的施工工藝技術的確定。

4.2.1 時速160km/h 剛性接觸網高精度無軌施工工藝

實際上，軌道交通接觸網安裝作業工期太緊是一個長期存在的問題，針對性提出設計時速160km/h 的剛性接觸網無軌高精度作業工藝技術，它的高精度要求貫穿施工過程始終，分為無軌測量及安裝兩個階段。無軌高精度測量以全站儀固定測站測量為基礎，對水平腕臂實施偏移計算是一種算法方式的創新，計算內容包括剛性懸掛點位高程和中心坐標以及懸掛偏移量等方面的計算，通過CPⅢ控制點和極坐標計算方式使測量放樣提高了精確度，對傳統方式測量無法實現高精度的弊端是一種突破。

軌道鋪設和接觸網施工可以交叉作業同步完成，讓剛性接觸網安裝作業實現高精度水平成為可能。軌道鋪設作業開始之前，對懸掛點吊柱底板實施角度的精準確定，吊柱計算須與凈空高度有機結合并提前算好，材料選購和安裝作業也要提前完成，匯流排和腕臂的安裝通過剛性接觸網安裝作業無軌校核設備施工，并提前于軌道鋪設作業結束前完成匯流排的初步調整，讓軌通和電通得以實現同步，可大幅縮短安裝作業的工期。

4.2.2 新型作業車組匯流排安裝技術

地鐵匯流排安裝高空作業常規做法是人工和梯車共同實施，匯流排極易出現整體變形彎折且無法恢復原貌，即使固定完好仍有彎矩受力現象產生，使安裝作業在平直度方面產生很大誤差。新型匯流排作業車組的研制完成，其組成結構包括作業新式車和匯流排升降槽，它能對長達12m 的整根匯流排實施自動化升降，讓匯流排毫發無傷，有效規避了安裝作業過程對匯流排的損害，安裝作業的精確度以及質量和效率都得到大幅提高[7]。

4.2.3 時速160km/h 剛性接觸網小張力放線工藝

采用常規方法實施剛性接觸網無張力放線普遍存在扭面、硬點以及脫槽等問題，如果在時速160km/h剛性接觸網放線作業時采取小張力工藝，同時剛性接觸線實施架設作業時加入校直設施，試驗證實匯流排和接觸線放線最佳控制角度是10o時為最佳放線角度，放線小車擴張輪控制在14mm，收縮輪控制在8mm 效果最好，1.5kN 恒定張力實施放線作業能有效規避接觸線放線作業的各種安全風險和質量控制難題，使得微觀層面的接觸線不平順嚴重影響高速受流這一難題迎刃而解，完全符合設計時速160km/h 剛性接觸網要求弓網受流平順的技術標準。

5 結語

地鐵工程施工質量不僅關系到地鐵系統運行狀態，而且與廣大民眾的出行安全息息相關，因此，應將保證地鐵工程的安全可靠運行作為地鐵工程建設的核心目標。由于地鐵剛性接觸網施工質量會對地鐵系統的運行狀態造成重大影響，這就要求相關人員積極開展地鐵剛性接觸網關鍵工程技術研究，以便為地鐵工程建設提供技術支撐。