地鐵剛性接觸網(wǎng)關(guān)鍵工程技術(shù)分析

寇龍濤

（中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308）

0 引言

在當(dāng)前的大中城市建設(shè)中，地鐵工程建設(shè)已經(jīng)成為熱點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，開展地鐵工程施工作業(yè)時(shí)，各項(xiàng)施工技術(shù)的重要性是絕對(duì)不容忽視的。施工技術(shù)是影響地鐵工程整體質(zhì)量的最大因素，對(duì)于作為地鐵工程關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的地鐵剛性接觸網(wǎng)施工作業(yè)來說，有必要深入分析和了解施工中所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，有效探索此技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用，以便確保施工質(zhì)量的可靠性，借此為地鐵系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

1 地鐵剛性接觸網(wǎng)概況

接觸網(wǎng)種類繁多，種類不同則意味著懸掛接觸網(wǎng)的性能側(cè)重點(diǎn)不一樣。通常情況下，電氣化鐵路多采用架空柔性接觸網(wǎng)懸掛方式，城市軌道交通在地下區(qū)段多采用架空剛性懸掛接觸網(wǎng)，而車場區(qū)域則采用架空柔性懸掛接觸網(wǎng)，列車通過受電弓與接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)相互接觸獲得供應(yīng)電流。在城市地鐵中，列車由車場區(qū)域進(jìn)入正線區(qū)段時(shí)，列車受電弓需由設(shè)置于該區(qū)域的柔性懸掛接觸網(wǎng)直接過渡進(jìn)入剛性懸掛接觸網(wǎng)獲取電流，二者之間的過渡帶接觸硬點(diǎn)的出現(xiàn)頻次是非常高的，所謂過渡帶就是指的實(shí)現(xiàn)剛性和柔性相互形式轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)設(shè)置，它的作用力體現(xiàn)在讓受電弓在剛性與柔性接觸網(wǎng)二者之間實(shí)現(xiàn)平滑轉(zhuǎn)換，在弓網(wǎng)關(guān)系增降過程中提供技術(shù)支持。這種設(shè)備所處的位置不具備很好的弓網(wǎng)動(dòng)力性能，需要切實(shí)提高剛性和柔性接觸網(wǎng)過渡帶的安裝質(zhì)量來改善弓網(wǎng)關(guān)系，剛?cè)徇^渡安裝完成后實(shí)際上意味著很難再對(duì)安裝完成的弓網(wǎng)結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，因?yàn)榇藭r(shí)各種設(shè)備都在產(chǎn)生相互影響，所以剛?cè)徇^渡的質(zhì)量對(duì)安全保證和技術(shù)運(yùn)用要求非常高。

剛?cè)徇^渡段必須保證施工整體過程的安裝作業(yè)高質(zhì)量完成，檢測其具備穩(wěn)定可靠的安裝性能，受電弓在通過過渡帶時(shí)保證其轉(zhuǎn)換平滑，具備均勻傳遞作用力的能力，須確保兩條剛?cè)徇^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(yán)格按照設(shè)計(jì)方案設(shè)置兩條懸掛點(diǎn)的安裝間距，須保證剛?cè)徇^渡下錨子絕緣邊緣和受電弓包絡(luò)線間距大于等于75mm，柔性下錨底座和支持懸掛這些接地構(gòu)件和剛性帶電懸掛構(gòu)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(dǎo)線之間無摩擦現(xiàn)象產(chǎn)生，兩個(gè)方向的受電弓都可確保過渡平滑，切槽式剛?cè)徇^渡元器件各定位點(diǎn)以滿足受電弓工作壓力條件為原則設(shè)置導(dǎo)線高度，受電弓起終點(diǎn)位置必須得到提高，以3～5mm為標(biāo)準(zhǔn)，安裝和懸掛點(diǎn)的位置在施工開始之前就必須保證準(zhǔn)確無誤，施工過程就可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)關(guān)系處于良好狀態(tài)，確保供電過程安全。

2 地鐵剛性接觸網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 切槽式剛?cè)徇^渡測量和定位

剛?cè)徇^渡的作業(yè)重點(diǎn)是位置測量作業(yè)，這其中包括利用激光測量儀實(shí)施的隧道懸掛點(diǎn)的縱向位置和組裝開始之前的橫向位置的測量。工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求是唯一依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，要嚴(yán)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(yè)使用之前要進(jìn)行嚴(yán)格的性能測試，還要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)檢查隧道口橫截面里程、間隙、結(jié)構(gòu)和邊界，提前勘查其不得對(duì)剛?cè)徇^渡安裝造成絕緣距離不足的安裝限制，如果經(jīng)現(xiàn)場勘測確實(shí)存在類似問題，須立即聯(lián)系設(shè)計(jì)人員解決問題，確認(rèn)無任何異常跡象后實(shí)施剛?cè)徇^渡懸掛點(diǎn)錨固和縱向支出定位測量，定位標(biāo)記以激光計(jì)于隧道頂設(shè)置。

2.2 切槽式剛?cè)徇^渡曲線段測量

一般來說，應(yīng)用于軌道交通的剛?cè)徇^渡設(shè)置于直線段，如果施工現(xiàn)場條件確實(shí)無法滿足這一要求選擇退而求其次于曲線段設(shè)置，也須在測量作業(yè)時(shí)綜合考慮超大角度造成的影響，必須明確曲線段測量作業(yè)難度高于直線段，精確度要求也更高，要提前把潛在出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)偏差的因素做綜合分析，提前對(duì)此進(jìn)行明確標(biāo)記，對(duì)誤差因素進(jìn)行逐一排除。

2.3 確定切槽式剛?cè)徇^渡錨固位置

確定切槽式剛?cè)徇^渡元件錨固的位置，其計(jì)算工作精確度極高，須由具備較高專業(yè)技術(shù)水平且經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員來完成，計(jì)算結(jié)果要經(jīng)過反復(fù)測試，確認(rèn)無誤，并保證其誤差范圍在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)，必須保證計(jì)算結(jié)果的科學(xué)性和合理性，能在地面和地下明挖結(jié)構(gòu)中切實(shí)可行，接頭連接端須重點(diǎn)關(guān)注高程計(jì)算，下錨吊柱及下錨線索的位置計(jì)算也是需要重點(diǎn)關(guān)注的部分。

一旦確認(rèn)計(jì)算結(jié)果的精確度，所有數(shù)據(jù)立即用于工程施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，后續(xù)全流程施工作業(yè)必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行，不得擅自更改，一旦發(fā)現(xiàn)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)有不合理之處須立即指出并糾正，要確保下錨點(diǎn)高度設(shè)置合理，必須保證懸掛吊柱底部高于列車限高，若懸掛點(diǎn)和接觸線下錨點(diǎn)位置產(chǎn)生沖突，解決辦法就是對(duì)剛性懸掛點(diǎn)跨距進(jìn)行調(diào)整。

2.4 切槽式剛?cè)徇^渡安裝過渡元件

剛?cè)徇^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(diǎn)設(shè)置必須嚴(yán)格以施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)為遵循依據(jù)，匯流排定位點(diǎn)數(shù)需嚴(yán)格控制其跨距參數(shù)范圍，重點(diǎn)關(guān)注所有點(diǎn)位數(shù)據(jù)平衡值，保持點(diǎn)位坡度和導(dǎo)軌平面合理匹配，由剛性放線小車與輔助設(shè)備協(xié)助過渡元件向匯流排插入。柔性接觸線凹槽內(nèi)壁均勻涂抹導(dǎo)電脂，可增加接觸線和匯流排接觸面的導(dǎo)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。

3 施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 施工前準(zhǔn)備

施工作業(yè)開始之前要嚴(yán)密檢測測量位置的數(shù)據(jù)精確度，對(duì)剛?cè)徇^渡施工方案的選用須綜合考慮并嚴(yán)格論證車行速度和軌道實(shí)際狀態(tài)，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?cè)徇^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(shù)的運(yùn)用以及作業(yè)流程，必須嚴(yán)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(xiàng)

作業(yè)過程要對(duì)接觸網(wǎng)作業(yè)細(xì)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，切槽式匯流排位置安裝須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行，柔性懸掛吊弦的安裝須確保距離4m以外，不得在剛?cè)徇^渡范圍內(nèi)設(shè)置其安裝位置，錨固元件和工作支的接觸點(diǎn)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(shè)置科學(xué)合理，誤差波動(dòng)范圍要在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)，不得因?yàn)榻z毫的疏忽大意而破壞安全結(jié)構(gòu)的可靠性。

3.3 施工完成注意事項(xiàng)

全部工程在作業(yè)結(jié)束到正式投入使用之前，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)的性能檢測，利用激光測量儀進(jìn)行其靜態(tài)參數(shù)的測量，接頭以及剛性彎曲過渡點(diǎn)以受電弓冷滑實(shí)施檢測，確保無硬性點(diǎn)及切槽式剛?cè)徇^渡彈性，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在使用期間需要定期檢測，確保無異常跡象。

4 地鐵剛性接觸網(wǎng)施工控制技術(shù)案例分析

北京市軌道交通新機(jī)場線為國內(nèi)第一條設(shè)計(jì)及運(yùn)營時(shí)速160km/h的地鐵線路，結(jié)合時(shí)速數(shù)據(jù)綜合分析其剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)選擇的技術(shù)應(yīng)用，確保整個(gè)系統(tǒng)施工方案的制定、關(guān)鍵工藝技術(shù)的選擇以及工程驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國內(nèi)創(chuàng)新成果新高度，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用城市軌道交通關(guān)鍵工藝技術(shù)和核心設(shè)施。

4.1 剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)方案

綜合分析設(shè)計(jì)時(shí)速為160km/h的剛性接觸網(wǎng)系統(tǒng)施工方案，對(duì)其施工工藝技術(shù)的選用和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行確定，其中包括錨段長度，拉出和跨距數(shù)據(jù)安裝懸掛作業(yè)形式以及設(shè)置匯流排走線等，剛?cè)徇^渡施工方案和機(jī)械分段是重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。

4.1.1 機(jī)械分段方案

高速受流方案的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是機(jī)械分段，由有限元分析軟件對(duì)錨段關(guān)節(jié)和膨脹接頭進(jìn)行仿真，模擬證實(shí)膨脹接頭被錨段關(guān)節(jié)取代是切實(shí)可行且非常安全可靠的，這一模擬實(shí)驗(yàn)也最終被決定為對(duì)剛性懸掛高速氣流系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械分段的實(shí)施方案，有效規(guī)避了當(dāng)膨脹接頭受到弓網(wǎng)沖擊以及電氣燒灼侵蝕和遭遇難以調(diào)整困境時(shí)的一系列難題，通過對(duì)錨段關(guān)節(jié)可行性方案的綜合研究結(jié)論，可以在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步研究，能有效制定空氣絕緣關(guān)節(jié)式電分相在交流供電系統(tǒng)的實(shí)施方案，對(duì)器件式電分相實(shí)施方案中拉弧以及硬點(diǎn)等技術(shù)難題做出了合理規(guī)避。

4.1.2 剛?cè)徇^渡方案

機(jī)車受電弓運(yùn)用切槽貫通式剛?cè)徇^渡設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)雙向過渡的平滑性，優(yōu)化分析改進(jìn)高速受流剛?cè)徇^渡設(shè)計(jì)方案，由幾何參數(shù)以及平面設(shè)置等方法仿真模擬出高速受流各種技術(shù)參數(shù)的組合形式，優(yōu)選出并線彈性過渡的方式為柔性接觸區(qū)域的設(shè)計(jì)方案，使剛?cè)徇^渡區(qū)域得到了延長，弓網(wǎng)高速過渡得以平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)。

4.2 接觸線平順度和高精度調(diào)控

對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)速為160km/h的剛性接觸網(wǎng)安裝技術(shù)工藝的選用對(duì)弓網(wǎng)受流質(zhì)量有著直接影響，通過加大相關(guān)技術(shù)工藝的研發(fā)攻堅(jiān)力度，成功汲取上線安裝示范區(qū)段的作業(yè)試驗(yàn)，對(duì)施工工藝技術(shù)的選用和配套平臺(tái)的設(shè)置進(jìn)行深入探索改進(jìn)，促進(jìn)作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定性好、受控性強(qiáng)且效率極高的施工工藝技術(shù)的確定。

4.2.1 時(shí)速160km/h剛性接觸網(wǎng)高精度無軌施工工藝

實(shí)際上，軌道交通接觸網(wǎng)安裝作業(yè)工期太緊是一個(gè)長期存在的問題，針對(duì)性提出設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h的剛性接觸網(wǎng)無軌高精度作業(yè)工藝技術(shù)，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(gè)階段。無軌高精度測量以全站儀固定測站測量為基礎(chǔ)，對(duì)水平腕臂實(shí)施偏移計(jì)算是一種算法方式的創(chuàng)新，計(jì)算內(nèi)容包括剛性懸掛點(diǎn)位高程和中心坐標(biāo)以及懸掛偏移量等方面的計(jì)算，通過CPⅢ控制點(diǎn)和極坐標(biāo)計(jì)算方式使測量放樣提高了精確度，對(duì)傳統(tǒng)方式測量無法實(shí)現(xiàn)高精度的弊端是一種突破。

軌道鋪設(shè)和接觸網(wǎng)施工可以交叉作業(yè)同步完成，讓剛性接觸網(wǎng)安裝作業(yè)實(shí)現(xiàn)高精度水平成為可能。軌道鋪設(shè)作業(yè)開始之前，對(duì)懸掛點(diǎn)吊柱底板實(shí)施角度的精準(zhǔn)確定，吊柱計(jì)算須與凈空高度有機(jī)結(jié)合并提前算好，材料選購和安裝作業(yè)也要提前完成，匯流排和腕臂的安裝通過剛性接觸網(wǎng)安裝作業(yè)無軌校核設(shè)備施工，并提前于軌道鋪設(shè)作業(yè)結(jié)束前完成匯流排的初步調(diào)整，讓軌通和電通得以實(shí)現(xiàn)同步，可大幅縮短安裝作業(yè)的工期。

4.2.2 新型作業(yè)車組匯流排安裝技術(shù)

地鐵匯流排安裝高空作業(yè)常規(guī)做法是人工和梯車共同實(shí)施，匯流排極易出現(xiàn)整體變形彎折且無法恢復(fù)原貌，即使固定完好仍有彎矩受力現(xiàn)象產(chǎn)生，使安裝作業(yè)在平直度方面產(chǎn)生很大誤差。新型匯流排作業(yè)車組的研制完成，其組成結(jié)構(gòu)包括作業(yè)新式車和匯流排升降槽，它能對(duì)長達(dá)12m的整根匯流排實(shí)施自動(dòng)化升降，讓匯流排毫發(fā)無傷，有效規(guī)避了安裝作業(yè)過程對(duì)匯流排的損害，安裝作業(yè)的精確度以及質(zhì)量和效率都得到大幅提高。

4.2.3 時(shí)速160km/h剛性接觸網(wǎng)小張力放線工藝

采用常規(guī)方法實(shí)施剛性接觸網(wǎng)無張力放線普遍存在扭面、硬點(diǎn)以及脫槽等問題，如果在時(shí)速160km/h剛性接觸網(wǎng)放線作業(yè)時(shí)采取小張力工藝，同時(shí)剛性接觸線實(shí)施架設(shè)作業(yè)時(shí)加入校直設(shè)施，試驗(yàn)證實(shí)匯流排和接觸線放線最佳控制角度是10時(shí)為最佳放線角度，放線小車擴(kuò)張輪控制在14mm，收縮輪控制在8mm效果最好，1.5kN恒定張力實(shí)施放線作業(yè)能有效規(guī)避接觸線放線作業(yè)的各種安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量控制難題，使得微觀層面的接觸線不平順嚴(yán)重影響高速受流這一難題迎刃而解，完全符合設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h剛性接觸網(wǎng)要求弓網(wǎng)受流平順的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

地鐵工程施工質(zhì)量不僅關(guān)系到地鐵系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，而且與廣大民眾的出行安全息息相關(guān)，因此，應(yīng)將保證地鐵工程的安全可靠運(yùn)行作為地鐵工程建設(shè)的核心目標(biāo)。由于地鐵剛性接觸網(wǎng)施工質(zhì)量會(huì)對(duì)地鐵系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)造成重大影響，這就要求相關(guān)人員積極開展地鐵剛性接觸網(wǎng)關(guān)鍵工程技術(shù)研究，以便為地鐵工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。