提高架空刚性接触网安装及检测自动化水平的建议

孙 静

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068）

提高架空刚性接触网安装及检测自动化水平的建议

孙 静

（北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068）

目前架空刚性接触网在工程建设及运营维护过程中，安装及检测工作自动化水平不高，很多工作需要较多的人力，既难于保证精度也降低了工作效率。通过工程实际调研，结合工程建设管理经验及专业知识，提出了关于提高架空刚性接触网安装及检测自动化水平的几点建议，希望推动我国架空刚性接触网在此方面综合技术水平的提升。

架空刚性接触网；安装；检测；自动化水平；建议

0　引言

架空刚性接触网是城市轨道交通牵引供电系统给列车供电的一种方式。由于其具有导线无张力、没有断线隐患、可靠性高、结构简单、运营维护方便、安装空间小等优点，特别适合在隧道内应用。从我国第一条采用架空刚性接触网的工程项目——广州地铁 2 号线开始，架空刚性接触网已经在国内应用超过了 15 年，目前我国新建的城市轨道交通线路地下隧道内绝大多数采用了架空刚性接触网方式，另外，在电气化铁路方面架空刚性接触网也已应用在一些低净空隧道内。

架空刚性接触网在我国应用了很长时间，但在施工安装、验收检测、运营维护时，很多工作的自动化水平不高，耗费的人力较多，工作效率低，并且不能保证精度。因此，有必要提高架空刚性接触网安装及检测自动化水平。

1　架空刚性接触网安装及检测要求

架空刚性接触网最显著特性是精度要求高。架空刚性接触网由悬吊装置、绝缘子、带电导体组成，典型安装如图 1 所示。

图 1 架空刚性接触网的典型安装

根据隧道断面（矩形隧道、圆形隧道、马蹄形隧道等）的不同，安装悬吊装置分为多种。但无论哪种安装方式，在满足带电导体可靠固定的同时，都必须满足以下 2 项功能。

（1）精确上下调节。即在垂直于钢轨平面的方向，可上下调节，使带电导体与轨面连线的距离（即导高）尽可能一致。

（2）精确左右调节。即在平行于钢轨平面且垂直于线路中心线的方向，可左右调节，使得带电导体有规律地偏离线路中心以满足列车受电弓与带电导体移动接触时磨耗均匀。

为了满足上述功能需求，在施工安装、验收检测及运营维护过程中，对钻孔安装、导高测量、拉出值测量等环节的精度要求较高。

钻孔安装的精度直接影响到架空刚性接触网后续弓网受流效果。钻孔安装精度不高，一方面造成悬吊装置安装不到位，悬吊装置发生倾斜、扭转，影响到后续拉出值的调整、导高调整；另一方面，容易造成现场钻孔安装出现报废现象，增加工作量。目前，城市轨道交通建设中保证工期的压力十分迫切，钻孔安装出现报废重新定位钻孔势必影响到后续工作的开展。导高测量、拉出值测量是检验架空刚性接触网实施效果的非常重要的环节。导高测量为后续精细调整、冷热滑试验、动态调试提供最基础的现场数据，因此，导高测量的精度和便利性一方面影响到工程质量，另一方面会影响到施工安装工期。

其次，架空刚性接触网悬挂点多，工作量大。一般工程平均 7 m左右设有 1 处悬挂安装点，平均 250 m 左右设锚段关节，在精度要求严格情况下，施工工作量是非常庞大的。在整体自动化水平不高的情况下，只有通过投入大量的人工才能满足工程建设工期要求，且有些工作由于达不到精度要求还会出现返工现象。对于验收检测及运营维护阶段，同样需要大量人工，运营维护工作量艰巨。

为此，必须提升刚性接触网安装及检测自动化水平，才能整体提高我国在该方面的综合技术水平。

2　自动化水平不高的原因分析

造成目前国内刚性接触网安装及检测自动化水平不高的原因主要有以下几方面。

（1）架空刚性接触网技术引入我国相对较晚，很多工作都延续了既有的技术模式。从我国城市轨道交通的发展史看，早期的北京、天津地铁采用 750 V 接触轨受流方式，而上世纪90年代开始建设的上海地铁 1 号线、2 号线、广州地铁 1 号线、2 号线、上海轨道交通明珠线以及深圳地铁一期工程均采用 1 500 V 架空柔性接触网供电方式。2000 年以后，广州地铁 2 号线才开始架空刚性接触网的工程应用。这导致了架空刚性接触网很多工作均在接触轨和架空柔性接触网的既有技术模式基础上开展，但这些技术模式显然已经不适用于架空刚性接触网。

（2）行业内对此方面的重视程度不够，缺乏相应的自动化施工机械及测量工具。

下面通过几个工程实例进行说明。

根据对施工安装及运营维护过程的调查，隧道内平均约 8 m 左右就会有 1 组钻孔，每组钻孔有 2 个或 4 个孔位，位置精度要求控制在 5 mm 以内。目前现场钻孔为每个孔位单独施工，如图 2 所示。

图 2 现场人工钻孔

钻孔施工时工人采用冲击钻在隧道顶部打孔。这种打孔方式很难满足孔位之间的精度要求，往往造成 1 个孔位不合格其他所有孔位都作废，须重新更换安装位置。另外，这种安装方式工人安装劳动强度大，效率不高。由于 1 组孔位不能同时进行钻孔，导致 1 组孔位平均耗时近 30 min，且钻孔时对工人身体健康极为不利。

目前对于架空刚性接触网拉出值及导高的测量普遍采用的是激光测距仪。现场将 1 台激光测距仪放置在垂直轨道的导轨内，然后在导轨内移动激光测距仪，人工目测寻找刚性接触网带电导体的最低点位置，然后读取在此位置时激光测距仪的读数作为导高测量，此位置相对线路中心的距离视为拉出值。现场操作如图 3 所示。

从图 3 可以看出，该方案最大的缺点是寻找带电导体最低位置十分困难。带电导体最下方是直径约 15 mm的圆柱铜导体，通过手动移动激光测距仪来寻找圆柱铜导体的最低点极不方便，稍有偏差读数就不是最低点的导高数值。经实际调查，有些关键位置的测量有时需要进行多次测量然后进行误差处理才能得到，给工程安装及运营维护增加了很大的工作量。

图 3 现场人工测量导高及拉出值

3　实施建议

为了提高我国架空刚性接触网安装及检测自动化水平，提升我国在该项技术方面的综合技术实力，应在借鉴国外及国内其他行业自动化先进技术的同时，结合我国工程实际的具体特点，从研制自动化施工机械和引入先进测量技术两方面开展。

自动化施工机械在国外应用十分广泛。根据本人调研，国外架空刚性接触网在施工安装时，很多工序都已经实现机械自动化。例如，采用专用钻孔机械实现隧道顶部 1 组钻孔 1 次完成（图 4）。将 1 组钻头通过卡具安装固定在 1 个机械臂上，钻头的相对位置关系满足刚性接触网悬吊装置安装精度要求。然后通过机械传动保证机械臂能同时进行多根钻头的钻孔工作。机械臂设置可调工作行程，以满足不同的钻孔深度和高度。一方面多个钻头位置基本固定，消除了人工分别钻孔造成的位置偏移，且机械钻孔效率较高；另一方面机械臂可固定安装在通用的轨道施工车上，而轨道施工车是安放在钢轨上，使得钻孔安装均以线路中心为基准，也提高了悬吊装置整体对线路中心的安装精度。

图 4 国外机械自动钻孔

对于目前我国架空刚性接触网工程测量流程现状，在此基础上稍作调整即可提高拉出值及导高测量的自动化水平。为此，可研制一种专用测量工具。

该专用测量工具在原专用滑道、激光测距仪的基础上，增加手摇或者电动机构使激光测量仪能沿专用滑道均匀移动，增加测量数据处理器，自动分析测量数据。具体方案是：制作1条可使激光测距仪精确移动的滑道，在滑道上安装传动丝杠轴，通过摇动手柄或者电动方式使丝杠轴转动从而带动激光测距仪沿滑道均匀移动。在转动丝杠轴带动激光测距仪移动时，激光测距仪实时测量经过路径上方的空间距离并以一定的采集步长传递给数据处理器，数据处理器记录所有采集数据并求出其中最小值，该最小值即为该处带电导体距离轨面的导高值。另外，在滑道上设置一刻度尺，导高值所在位置距离线路中心的距离即为拉出值。而拉出值也是在工程中需经常测量的一项重要数据。设想方案如图 5 所示。

图 5 拉出值及导高测量专业仪器设想图

根据架空刚性接触网的安装断面可知，激光测距仪沿导轨移动时所测量的一系列数值中最小值一定是导高值。通过电动机构或手柄摇动丝杠带动测距仪均匀移动方式避免了人工手推动激光测距仪产生的误差。因此，测量精度较目前现有测量方式应有较大的提高。另外，该测量工具可以同时测量导高和拉出值 2 项数据，可有效提高工作效率。

该设想方案在原技术方案基础上将各部件进行组合优化，增加了专用滑道、传动丝杠及数据处理模块，使得导高测量更为便捷准确。从测量工具研制角度看难度不大，以国内技术条件，完全有能力自主研制生产。

4　结束语

我国架空刚性接触网技术发展经历了一个系统的研究过程，既借鉴国外技术经验又独立自我创新，在我国很多城市中被广泛应用。但在施工安装及运营维护自动化水平方面的研究还不够深入，缺少相应专业工具，已经不能适应我国城市轨道交通快速发展的实际需求。

随着我国社会经济的快速发展，城市轨道交通的建设项目会更多，提高架空刚性接触网安装及检测自动化水平的需求会更加急迫。通过技术借鉴与消化吸收，我国具备在这方面进行技术提升的能力。因此，希望通过本文能起到抛砖引玉的作用，使行业对此方面给予充分重视，推动我国架空刚性接触网综合技术水平的提升。

［1］ GB 50157-2013 地铁设计规范［S］. 2013.

［2］ TB 10421-2003 铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准［S］. 2003.

［3］ 黄德亮，赵勤，李金华，等. 城市轨道交通架空刚性悬挂技术的应用与改进［J］. 电气化铁道，2010（3）：28-30.

［4］ 李金华. 架空刚性悬挂的技术分析［J］. 城市轨道交通研究，2000（3）：33-37.

［5］ 于万聚. 高速电气化铁路接触网［M］. 四川成都：西南交通大学出版社，2003.

［6］ 傅俊武. 刚性与柔性接触网若干功能差异及标准的探论［J］. 电气化铁道，2007（6）：41-42.

责任编辑 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

孙静（1965—），女，高级工程师