地鐵隧道水沖洗車的研發(fā)

潘義紅，田兆霖

?

地鐵隧道水沖洗車的研發(fā)

潘義紅，田兆霖

地鐵隧道水沖洗車由牽引車牽引，采用高壓水沖洗方式可根據(jù)不同沖洗區(qū)域，獨立控制各沖洗水路及壓力，完成對地鐵隧道內(nèi)壁面、軌道、道床、扣件、排水溝的沖洗，可實現(xiàn)對地鐵隧道全斷面清洗。

地鐵隧道；水沖洗車；高壓水沖洗系統(tǒng)

0 引言

在城市軌道交通建設過程中，地鐵隧道內(nèi)會遺留較多建筑粉塵附著在隧道壁上或堆積在排水溝內(nèi)。車輛行駛時所帶動的氣流逐漸將這些粉塵吹起，彌漫在隧道內(nèi)，而且這些粉塵因活塞風效應通過風機、屏蔽門縫隙會蔓延到整個車站甚至設備房內(nèi)，引起電氣設備短路、開關(guān)接觸不良等現(xiàn)象，嚴重影響行車安全和人員的身體健康。

在軌道交通發(fā)達國家，隧道清洗設備廣泛采用“干法清掃技術(shù)”，利用氣流將隧道內(nèi)粉塵、雜物吹起，然后利用真空吸塵原理將揚起的粉塵吸入車輛并通過過濾裝置將粉塵過濾、收集。該方法的優(yōu)點是自動化程度高、勞動強度低、節(jié)水；但全套設備造價動輒上億元，保養(yǎng)、維護復雜且費用較高，在轉(zhuǎn)場運輸、工程應用、人員培訓等方面均不適合工程單位使用。在國內(nèi)，地鐵工程在施工結(jié)束后多采用人工清洗的方式，更為先進的技術(shù)是通過改裝軌道車，加裝噴水口及吸塵設備，但其清洗的目標多是道床，對隧道壁、設備及人行平臺上附著的灰塵缺少有效處理方法。

隨著近年來地鐵運營里程迅速增加，地鐵隧道內(nèi)的清潔工作日益繁重，工程單位急需一種隧道沖洗設備對隧道內(nèi)進行全方位的高效沖洗。因此，本文討論研發(fā)一種適合工程單位使用的隧道水沖洗車，通過高壓水沖洗系統(tǒng)對隧道壁、路基等進行全斷面沖洗。

1 隧道水沖洗車組成及主要技術(shù)參數(shù)

隧道水沖洗車由底架、操縱室、轉(zhuǎn)向架、車鉤緩沖裝置、制動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、柴油發(fā)電機組、水箱、高壓水泵單元、軌道清洗裝置、隧道壁面清洗裝置、手持噴槍、水管路等組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。隧道水沖洗車的底架采用中梁承載結(jié)構(gòu)，走行部采用四軸轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，制動系統(tǒng)采用120型分配閥，并裝有ST1-600型閘調(diào)器，整車具有良好的運行穩(wěn)定性和可靠的制動性能。該車的沖洗裝置符合GB/T26135-2010《高壓清洗機》[2]技術(shù)要求，整車設計符合GB50157-2003《地鐵設計規(guī)范》[3]、TB/T2033-2003《軌道平車技術(shù)標準》[1]、GB/T7928-2003《地鐵車輛通用技術(shù)條件》[4]等相關(guān)要求。

隧道水沖洗車主要技術(shù)參數(shù)如下。

軌距：1 435 mm；

車輪直徑：840 mm；

通過最小曲線半徑：80 m；

最高運行速度：80 km/h；

轉(zhuǎn)向架中心距：11 700 mm；

軸距：1 750 mm；

底架長度：15 500 mm，寬度：2 560 mm；

鉤緩裝置：13號下作用式車鉤、ST緩沖器及車鉤鉤尾框；

蓄電池容量：200 Ah×4塊；

分配閥：120型；

車鉤中心距軌面高度：880±10 mm；

水箱容積：23 m3；

整車質(zhì)量：約25 t（空車）。

1.1 底架

底架由中梁、側(cè)梁、枕梁、端梁、大橫梁、小橫梁、縱向輔助梁、支架座和護欄及鋼地板組焊而成。中梁為魚腹梁，采用鍛造上心盤和新型上旁承；水箱由中梁與中梁上的支撐梁支撐。平臺地板采用8 mm防滑花紋鋼板。底架下方吊裝燃油箱和4個工作照明燈，燃油箱滿足連續(xù)作業(yè)8 h的需要。車輛兩端安裝13號下作用式車鉤、ST緩沖器及車鉤鉤尾框，并在工作臺兩側(cè)裝有防護欄。

1.2 操縱室

操縱室為全密封結(jié)構(gòu)，安裝有擋風玻璃及LED頂燈、前大燈、門燈，滿足隧道內(nèi)照明要求；操縱室內(nèi)安裝有充電機，用于給蓄電池充電，蓄電池為控制電路和車輛照明提供24 V電源；室內(nèi)安裝有工具箱和滅火器材。

操縱室安裝有控制臺，可對清洗作業(yè)進行操作控制，通過控制系統(tǒng)可對水泵機組的過載、欠壓、缺相、短路進行自動保護，對水箱水位過低及過濾器堵塞等情況進行聲光報警，當水位低于規(guī)定值時，自動切斷水泵供水，同時關(guān)閉電動水泵機組。

1.底架；2.操縱室；3.轉(zhuǎn)向架；4.電氣系統(tǒng)；5.水箱；6.軌道清洗裝置；7.高壓水泵單元；8.隧道壁面清洗裝置；9.手持噴槍。

1.3 轉(zhuǎn)向架

采用滿足運裝貨車[2002]28號文件要求的轉(zhuǎn)K2型轉(zhuǎn)向架。整車具有良好的運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性。在軸箱上設有接地裝置，使整車各機構(gòu)均接地良好。

1.4 制動系統(tǒng)

設有空氣制動及停車手制動?？諝庵苿酉到y(tǒng)主要由120型控制閥、制動缸、S閘調(diào)器、軟管總成、塞門、集塵器、高摩合成閘瓦等組成，且制動管經(jīng)過磷化處理。

1.5 水箱

水箱容積為23 m3，采用304不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)設防浪板，防止水在箱內(nèi)晃動；水箱箱頂設有人孔及直通箱底的不銹鋼扶梯，水箱與平車直接用連接板進行焊接；水箱加水采用DN65消防接頭，并配備有相應的消防水帶；水箱外設有容積標尺，便于工作人員觀察；水箱內(nèi)安裝有電子液位計，可通過操作面板觀察水位指數(shù)。

水箱在合適位置設有排污閥和放水閥，進水口設有300目過濾器，以滿足水泵對水質(zhì)的要求。

箱體上部設有小工作臺和欄桿，欄桿為折疊式，保證在運行狀態(tài)時整車處于限界以內(nèi)，欄桿展開高度為1 000 mm。

1.6 電氣系統(tǒng)

整車電氣系統(tǒng)由交流和直流2部分組成。交流部分包括柴油發(fā)電機組、水泵電機、充電電源、交流插座等；直流部分包括蓄電池、操縱室內(nèi)頂燈、電扇、行車照明燈等。柴油發(fā)電機組通過車載充電機給24 V蓄電池充電，為控制電路和車輛照明提供24 V安全電壓。照明燈具有防水安全措施。

1.7 發(fā)電機組

采用康明斯柴油發(fā)電機組GY-100GF，功率為106 kW，自帶水箱散熱器、廢氣渦輪增壓、水空中冷、24 V啟動馬達和充電電機、自啟動液晶控制屏。

1.8 噴霧降塵裝置

高壓噴霧降塵系統(tǒng)利用高壓泵將水加壓，經(jīng)高壓管路送至高壓噴嘴霧化，形成飄飛的水霧。水霧顆粒非常細小，表面張力基本為零，噴灑到空氣中能迅速吸附空氣中的灰塵顆粒，并將其沉降到隧道下部。噴霧降塵系統(tǒng)額定壓力不小于12 MPa，壓力可以自動調(diào)節(jié)。

1.9 低壓水沖洗裝置

該裝置采用2臺管道離心泵，產(chǎn)生2.5 MPa的低壓水，完成對隧道頂壁、側(cè)壁、軌道內(nèi)外側(cè)、疏散平臺的沖洗，沖洗壓力連續(xù)可調(diào)。離心泵功率22 kW，流量230 L/min，揚程30 m。

1臺離心泵供隧道頂壁、側(cè)壁沖洗，噴槍可分區(qū)域進行單獨水路控制。壁面沖洗系統(tǒng)由3片噴槍組成，沖洗范圍可以覆蓋整個隧道上壁面。采用可調(diào)節(jié)機構(gòu)，清洗時伸出，作業(yè)完成后縮回，具有較好的沖洗效果。側(cè)壁噴頭配備2組各6個M25065扇型噴嘴，頂璧噴頭配備1組9個M25065扇型噴嘴。該噴嘴由快速接頭、分流體、球閥和噴嘴等組成。噴嘴最大流量10.5 L/min，最大總流量10.5×21 = 220.5 L/min，離心泵額定流量230 L/min，滿足要求。

另1臺離心泵連接6個低壓M65065鴨嘴式噴嘴，沖洗軌道內(nèi)外側(cè)、疏散平臺，該噴頭噴嘴最大流量23 L/min，噴嘴最大總流量23×6 =138 L/min，離心泵額定流量230 L/min，滿足要求。

1.10 高壓水沖洗系統(tǒng)

該系統(tǒng)由電機、傳動裝置、高壓柱塞泵、進水過濾器、壓力表、安全閥、調(diào)壓閥、安裝座、管系及高壓噴嘴等組成。系統(tǒng)額定壓力為21 MPa，沖洗壓力通過變頻電機連續(xù)可調(diào)。噴槍可以分區(qū)域進行單獨水路控制，從而完成對軌道內(nèi)側(cè)、排水溝的沖洗。另外設置2把高壓水槍，用于局部需要清洗的區(qū)域。高壓水沖洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 高壓水沖洗系統(tǒng)

高壓泵額定壓力21 MPa，額定流量135 L/min，功率55 kW。

高壓噴嘴采用M55065扇型高壓噴嘴，噴嘴最大流量17 L/min，流量和壓力可通過變頻調(diào)整。高壓噴嘴分3組，第1組4個噴嘴沖洗軌道內(nèi)側(cè)，該噴嘴由電磁閥控制，左右45°可調(diào)；第2組2個噴嘴沖洗前進方向排水溝；第3組2個噴嘴沖洗后位方向排水溝。噴嘴最大總流量17×6 = 102 L/min（最多6個噴嘴同時工作），高壓泵額定流量 135 L/min，滿足要求。

在水沖洗車4個角各安裝1個快接接頭，配置2把高壓手握水槍，采用橡膠高壓管和鋁制快速接頭。每把水槍流量65 L/min，用于隧道兩側(cè)側(cè)壁和局部需要清洗的區(qū)域，水槍由人工手持操作，單獨控制，方向和壓力均可調(diào)。噴嘴總流量65×2 = 130 L/min，高壓泵額定流量135 L/min，滿足要求。

2 水沖洗原理、沖洗流程及工作時間

沖洗車通過調(diào)節(jié)水壓系統(tǒng)噴嘴入口處的壓力，噴嘴射出水流對隧道壁、路基等進行壓力沖洗。水流的射程可通過調(diào)節(jié)水壓系統(tǒng)的工作壓力和噴嘴的直徑進行調(diào)節(jié)。基本原理如圖3所示。

圖3 水沖洗車工作原理

在車輛兩端安裝由3片噴槍組成的壁面沖洗系統(tǒng)、疏散平臺噴頭。車下中部安裝7排噴頭，中間一排為高壓噴頭；從中間往兩端的各第一排為低壓噴頭，將軌道內(nèi)側(cè)泥土沖洗至軌道外側(cè)；中間往兩端的各第二排為低壓噴頭，沖洗軌道外側(cè)，將第一排內(nèi)側(cè)噴頭沖出的泥沙和排水溝外側(cè)的泥沙沖進排水溝；中間往兩端的各第三排為高壓噴頭，沖洗排水溝，將沖進排水溝的泥沙沖至污水泵房。

有效沖洗時間：實際沖洗時總流量約為 230 L/min，實際沖洗時間為23 / 0.23 = 100 min。

3 沖洗車特點

根據(jù)隧道水沖洗車的組成和工作原理分析，該沖洗車具備以下特點：

（1）高低壓水泵為各個噴槍分別供水，水壓可通過操縱室控制臺控制變頻電機進行調(diào)節(jié)和控制，壓力穩(wěn)定，保證每個噴嘴的出水量和射程的均衡一致性；通過電磁閥可控制各個噴槍的開斷。

（2）可實現(xiàn)水箱水位的高低指示及報警。當水箱水位降至限制水位時，關(guān)閉水泵；暫停沖洗時，水壓卸荷，節(jié)約了用水，減小了能量損失。

（3）沖洗裝置采用消防龍頭上水方式，在多處設置放水螺堵，可及時排出系統(tǒng)管路中的殘留水，避免冬季凍裂管道。

（4）隧道面沖洗模塊分為3片展開和縮回，噴嘴的沖洗范圍可覆蓋整個隧道面；沖洗系統(tǒng)配有2把高壓手握水槍，方便沖洗死角。

4 結(jié)語

隧道水沖洗車能夠高效地對地鐵隧道進行清潔，降低了工人勞動強度。該車具有較高的性價比，較適合工程單位使用，在城市軌道交通建設中取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1] TB/T2033-2003 軌道平車技術(shù)標準[S].

[2] GB/T26135-2010 高壓清洗機[S].

[3] GB50157-2003 地鐵設計規(guī)范[S].

[4] GB/T7928-2003 地鐵車輛通用技術(shù)條件[S].

The subway tunnel washing vehicle is towed by the powered tractor, by adopting high pressure water washing at different sections, independent control of various water washing channels and pressures, it is able to realize the washing of subway tunnel wall, track, track-bed, fasteners and drainage ditches inside subway tunnel and realize the washing of the whole profile of the subway tunnel.

Subway tunnel;washing vehicle; high pressure water washing system

U231.3

B

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.01.019

1007-936X(2018)01-0078-03

2017-04-27

潘義紅.中鐵電氣化局集團有限公司城鐵公司，工程師；

田兆霖.中車太原機車車輛有限公司，高級工程師。