淺談高壓水射流清洗技術(shù)在地鐵隧道清洗中的運(yùn)用

王海濤

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，湖北 武漢 430074）

1 高壓水射流清洗技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

縱觀行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)清洗發(fā)展水平較高，其中以高壓水射流清洗技術(shù)頗具代表性，作為一種物理清洗方法，其普遍具備如下幾點(diǎn)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

（1）無(wú)污染。在高壓水射流清洗技術(shù)應(yīng)用過程中，普遍采用的是自來(lái)水和工業(yè)用水，其潔凈度較高，具有無(wú)味、無(wú)毒的特點(diǎn)，沖洗過程中不存在環(huán)境污染問題。

（2）無(wú)腐蝕。水射流的成分較為潔凈，幾乎不含酸、堿等物質(zhì)，不會(huì)發(fā)生金屬受腐蝕或管路受損等異常狀況，有利于延長(zhǎng)作業(yè)裝置的耐久性。

（3）適用范圍廣。水射流的沖擊作用較強(qiáng)，在管道、建筑物等結(jié)構(gòu)的清洗中，可以有效擠碎雜物，使其發(fā)生剝落，幾乎在各類工業(yè)清洗場(chǎng)景中都具有可行性。

（4）低價(jià)高效。高壓水射流清洗技術(shù)所用介質(zhì)為水，其使用成本較低，在合理選型以及控制好壓力、流量后，便可以高效完成清洗作業(yè)。

（5）節(jié)能。高壓水射流清洗采用的是更先進(jìn)的高壓細(xì)射流，絕大部分場(chǎng)景中的噴嘴噴頭直徑僅為0.5 ～2.5mm，僅通過細(xì)射流便可滿足清洗要求，通常用水量?jī)H為3 ～5m3/h，且經(jīng)過使用后的水可被回收利用，緩解了水資源浪費(fèi)的問題。

基于高壓水射流清洗技術(shù)的種種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段，其在工程、工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且實(shí)踐表明，該項(xiàng)技術(shù)可以取得較好的應(yīng)用效果，將其引入隧道清洗中也具有可行性。圖1 為高壓水射流清洗車。

2 隧道高壓水射流清洗系統(tǒng)概述

在地鐵隧道運(yùn)維工作中，可應(yīng)用到高壓水射流清洗技術(shù)，通過配套裝置的使用實(shí)現(xiàn)對(duì)水的加壓處理，經(jīng)特定的噴射裝置（普遍具有直徑較小的特點(diǎn)）后，形成高速、高壓特性的水射流，沖擊雜物并使其剝落。

硬件方面以隧道清洗車為主，其適用范圍廣，在混凝土道床、管路、隧道墻壁等結(jié)構(gòu)的清洗中均可取得良好的應(yīng)用效果，從而使地鐵隧道維持潔凈的狀態(tài)，改善列車的通行環(huán)境，提高安全性。

地鐵隧道工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)階段，道床路面匯聚較多的灰塵、垃圾等，進(jìn)而形成覆蓋層，其與基體路面存在吸附力，而根據(jù)此類作用力的特點(diǎn)（為機(jī)械吸附形式），在合理的射流壓力下便可以深度清理該覆蓋層。施工中以高壓泵為主體裝置，實(shí)現(xiàn)常壓水向高壓水的轉(zhuǎn)變，以水為介質(zhì)，通過壓力作用清洗軌道和隧道壁等部位，但其對(duì)水的壓力提出特定的要求，不同清洗場(chǎng)景所需的壓力各異，因此，適配兩個(gè)子系統(tǒng)，高壓水系統(tǒng)主要用于軌道的清洗作業(yè)。此外，配置中壓水系統(tǒng)，兩者在工作原理方面并無(wú)顯著差異。此處以高壓水系統(tǒng)為例，根據(jù)其水箱、加壓泵、水泵、過濾器、蓄能器等基本組成單元，從功能和系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)角度展開分析。

圖1 高壓水射流清洗車

3 功能設(shè)計(jì)

高壓水系統(tǒng)的主要作用在于轉(zhuǎn)換水箱內(nèi)常壓水的狀態(tài)，經(jīng)處理后形成高壓水，再利用清洗裝置以高壓的形式噴出，水射流沖擊軌道表面附著的雜物，使其恢復(fù)潔凈的狀態(tài)。在功能設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)各裝置的特點(diǎn)展開針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

3.1 水箱的設(shè)計(jì)

水箱是高壓水系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的基礎(chǔ)裝置，其作為供水源而使用，需具有足夠的儲(chǔ)水量，同時(shí)，需優(yōu)化整車布局，盡可能擴(kuò)大水箱的容量。水箱水位的觀測(cè)應(yīng)具有直觀與便捷的特點(diǎn)，因此，可以在水箱上適配可視液位儀，控制臺(tái)的操作人員能夠及時(shí)觀察其實(shí)際情況。在水箱水位偏低時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知工作人員，以便根據(jù)水箱的實(shí)際水位情況合理加水。此外，在水箱內(nèi)部布設(shè)隔板可以達(dá)到穩(wěn)流、加固的效果，提高水流的秩序性。于水箱頂部增設(shè)檢查蓋，以便檢維修工作的順利開展。

3.2 高壓水泵的設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，我國(guó)在高壓水射流清洗技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域依然存在有待改進(jìn)之處，在參數(shù)的配置中尚未形成可靠的理論依據(jù)，以經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)型的設(shè)計(jì)方法為主。但根據(jù)既有工程經(jīng)驗(yàn)可知，在高壓水泵的選型中有必要充分考慮壓力和流量?jī)蓚€(gè)方面。

污垢自身具有特定的耐壓強(qiáng)度極限應(yīng)力，若產(chǎn)生的高壓水射流的應(yīng)力超過該值，便可以破壞污垢的穩(wěn)定性，使其脫離物體，完成清洗作業(yè)。在展開清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以潔凈度要求為導(dǎo)向，結(jié)合污垢在結(jié)構(gòu)上的附著特性，合理控制工作壓力，需擺脫壓力越大則效果越好的誤區(qū)，且在合理控制系統(tǒng)壓力的同時(shí)考慮密封件、連接件等裝置。在壓力偏高時(shí)，雖然可以有效清理雜物，但也容易對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)沖擊，使其缺乏足夠的穩(wěn)定性，耐久性也將隨之下降。在系統(tǒng)壓力與噴射裝置難以形成適配的關(guān)系時(shí)，還易出現(xiàn)“霧化”的情況，實(shí)際取得的清洗效果欠佳。通常，射流壓力以抗壓強(qiáng)度的1倍為宜。污垢耐壓強(qiáng)度極限應(yīng)力難以被精準(zhǔn)確定，因此，需組織大量的試驗(yàn)，再結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上合理選型。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)壓力約為10MPa 時(shí)可以較為有效地清理軌道垃圾。既有試驗(yàn)結(jié)果表明，若采用直徑2.4mm 的扇形噴嘴，系統(tǒng)壓力應(yīng)當(dāng)維持在12MPa 左右，在條件下在1.5m以內(nèi)所取得的噴射效果較好。在設(shè)計(jì)中可以考慮噴嘴的數(shù)量和流量值，由此展開計(jì)算，得到高壓泵流量的具體參數(shù)。

泵裝置的形式多樣，其中以柱塞泵的應(yīng)用效果更佳，其在高壓環(huán)境中的穩(wěn)定性較強(qiáng)，無(wú)明顯的泄漏問題，可以作為首選形式。

3.3 清洗裝置的設(shè)計(jì)

清洗裝置的主要作用在于清洗排水槽、鋼軌、防護(hù)罩等。綜合考慮各部位的清洗需求，可以在軌道外側(cè)布設(shè)2 個(gè)噴嘴，于底部設(shè)10 個(gè)噴嘴，噴射角度為40°。為提高清洗作業(yè)的靈活性，為各噴嘴分別配套手動(dòng)控制閥，可以根據(jù)需求單獨(dú)采取控制措施，避免相互干擾的情況。噴嘴為固定式安裝的形式，設(shè)置于鋼板上（布設(shè)適量的安裝孔），沖洗期間，可以根據(jù)實(shí)際效果靈活調(diào)整噴嘴的角度。

3.4 其他裝置的設(shè)計(jì)

柱塞泵的自吸能力不足，鑒于此特點(diǎn)可以加裝加壓泵，以便保證供水的可靠性。通過蓄能器的應(yīng)用，有利于維持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定性，避免壓力大范圍波動(dòng)的情況?？紤]到高壓泵的降載啟動(dòng)要求，還增添了卸載電磁閥。

4 系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)工作中，兼顧的是水箱缺水、管路堵塞等方面的問題，以此為立足點(diǎn)合理優(yōu)化。

在設(shè)計(jì)安全閥和溢流閥時(shí)，以水系統(tǒng)工作壓力為主要參考依據(jù)合理控制其開啟壓力值；對(duì)于高、低壓壓力開關(guān)，在兩者的聯(lián)動(dòng)關(guān)系下具有應(yīng)急的作用，系統(tǒng)發(fā)生故障后可以有效啟用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的全面保護(hù)。若存在水箱缺水、粗濾器堵塞等異常情況，可隨即暫停高壓泵的運(yùn)行進(jìn)程，減小不良影響，以免出現(xiàn)泵體受損等異常情況。

目前，國(guó)內(nèi)主要有兩種清洗地鐵隧道的方式：一種方式是工人手工清洗，這種清洗方式可以除掉部分固體廢棄物，但是，使清洗工人長(zhǎng)期處在惡劣的工作環(huán)境下進(jìn)行高強(qiáng)度作業(yè)，不但影響身體健康，而且效率低；另一種是采用地鐵隧道清洗車，該車作業(yè)范圍主要是隧道墻壁、軌道、路基等，另外，布設(shè)噴嘴對(duì)隧道內(nèi)各個(gè)死角進(jìn)行清洗。該種設(shè)備能對(duì)地鐵隧道的粉塵等垃圾覆層進(jìn)行清洗，清洗后的污水最終由排水溝排出隧道，大大提高了工作效率，改善了工人的工作環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高壓水射流清洗技術(shù)是現(xiàn)階段工業(yè)清洗領(lǐng)域較為前沿的技術(shù)形式，其充分發(fā)揮出高壓水射流的沖擊作用，可以完成對(duì)結(jié)構(gòu)表層覆蓋物的清洗作業(yè)，兼具清洗效果好、節(jié)能環(huán)保等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本文以地鐵隧道的清洗工作為背景，重點(diǎn)探討高壓水射流清洗技術(shù)在其中的應(yīng)用要點(diǎn)，希望所提內(nèi)容可以為相關(guān)工作人員參考。