長距離隧道中電瓶車編組制動(dòng)系統(tǒng)改造與應(yīng)用

劉亞輝，王 磊，朱曉鋒，吳 永，劉 洋

（1.中鐵隧道局集團(tuán)有限公司路橋工程有限公司，天津 300308；2.安徽建筑大學(xué) 安徽省城市建設(shè)和地下空間工程技術(shù)研究中心，安徽合肥 230601）

0 引言

因周邊環(huán)境和人們交通出行需求的限制，越來越多的地鐵隧道采用盾構(gòu)法施工。電瓶車由于具有運(yùn)輸量大、運(yùn)輸時(shí)間快捷、生產(chǎn)成本低等多方面優(yōu)點(diǎn)，作為配套施工工具在施工現(xiàn)場中得到廣泛應(yīng)用。但施工現(xiàn)場經(jīng)常由于環(huán)境復(fù)雜，其運(yùn)行的安全情況不容樂觀，在行使過程中車輛故障不斷出現(xiàn)、行車事故時(shí)常發(fā)生，這些故障不僅嚴(yán)重影響電瓶車的正常運(yùn)行，而且一旦引發(fā)事故會(huì)帶來巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，造成項(xiàng)目施工的困難。特別是在長距離盾構(gòu)隧道[1]施工過程中，更易出現(xiàn)電頻車溜車現(xiàn)象。長距離隧道電瓶車溜車風(fēng)險(xiǎn)大、可控性差，一旦發(fā)生溜車，將對軌道以及工程安全、人員安全產(chǎn)生不可估量的損失，如何防止電瓶車溜車[2]是工程界亟需解決的難題。本文依托合肥市軌道交通4 號(hào)線天—翠區(qū)間盾構(gòu)隧道工程，通過分析電瓶車的工作環(huán)境以及對電瓶車的工作原理進(jìn)行研究改造，研制一種防溜車裝置，從而保證盾構(gòu)施工的安全。

1 工程概況

合肥市軌道交通4 號(hào)線6 標(biāo)天水路站—翠柏路站區(qū)間盾構(gòu)隧道，區(qū)間里程為右線K36+717.968—K39+497.238、左線K36+717.968—K39+497.238，區(qū)間左線長2953.689 m，右線長2957.708 m，其中明挖區(qū)間長116.582 m。線路出天水路站后，沿當(dāng)涂北路左線以21.800‰和4.606‰的坡度向下，然后以5.289‰和24.594‰的坡度向上；右線以21.750‰和4.607‰的坡度向下，然后以5.335‰和24.615‰的坡度向上，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)為兩個(gè)單線圓形斷面形式，盾構(gòu)隧道在施工中采用裝配式鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑為5400 mm，管片厚度為300 mm，寬度為1500 mm，每環(huán)由6 塊組成，管片混凝土為C50P10。管片錯(cuò)縫拼接，彎螺栓連接，每環(huán)管片共16 根縱向連接螺桿和12 根環(huán)向連接螺桿；防水等級為二級。結(jié)合天水路站—翠柏路站區(qū)間實(shí)際的地層的特點(diǎn)，根據(jù)合肥等已建項(xiàng)目地區(qū)地鐵施工經(jīng)驗(yàn)，天水路站—翠柏路站區(qū)間擬選用加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。該區(qū)間隧道洞身主要穿過黏土⑥2 層、粉質(zhì)黏土⑥3 層，隧道圍巖分級為VI 級，易坍塌，隧道洞身穿過黏土⑥2 層具有膨脹性，常因挖掘而產(chǎn)生土體變形，或者因浸水而導(dǎo)致膨脹等現(xiàn)象，使設(shè)置在膨脹性圍巖中的隧道或地下洞室的洞壁發(fā)生位移現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道中圍巖失穩(wěn)，襯砌破壞。在本段隧道區(qū)間中的電瓶車軌枕采用槽鋼，鋼枕與管片底緊貼，鋼枕通過切槽嵌入軌道進(jìn)行固定。

2 電瓶車制動(dòng)系統(tǒng)原理

在地鐵施工過程中，蓄電池直—交流變頻電瓶車具有牽引力大、運(yùn)行穩(wěn)定以及安全可靠的電制動(dòng)及氣制動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。電瓶車的制動(dòng)系統(tǒng)[3]包括變頻器作用下的電剎、壓縮空氣作用下的氣剎以及在需要長期停車時(shí)通過旋轉(zhuǎn)制動(dòng)機(jī)械手輪的駐車制動(dòng)。變頻驅(qū)動(dòng)[2]的最大特點(diǎn)是無論上坡下坡，電瓶車都能按調(diào)速手輪擋位對應(yīng)的頻率，給車提供該擋位額定的轉(zhuǎn)速，上坡時(shí)提供動(dòng)力，下坡時(shí)在變頻器作用下電機(jī)將產(chǎn)生很強(qiáng)的電制動(dòng)力。在正常運(yùn)行情況下，需要減速時(shí)，變頻電瓶車司機(jī)通過控制器減擋操作，在微電腦控制下由變頻器輸出較低的頻率和電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)速度過快時(shí)電動(dòng)機(jī)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的電流通過變頻器向電解電容和電瓶車的蓄電池組充電，在剎車過程中，多余的電流經(jīng)過剎車電阻消耗掉，特別是在快速停車情況下，可以有效避免電路中直流回路電壓上升超過電壓的保護(hù)值而造成變頻器過壓保護(hù)或燒毀。在短暫的時(shí)間內(nèi)，停車情況可以采用零位制動(dòng)，也就是將電瓶車處于向前或者向后的位置，司機(jī)控制擋位處于零位，利用電瓶車電路中的電容的電量進(jìn)行零位制動(dòng)，但這種方式只能作為平整地面駐車的二次保險(xiǎn)，當(dāng)在軌道坡度較大或時(shí)間較長的駐車情況下，必須拉手剎采用空氣制動(dòng)方式。電瓶車在行駛過程中，如果因?yàn)檫^載使變頻器發(fā)生保護(hù)性的斷電措施，應(yīng)及時(shí)將調(diào)速手輪旋至零擋位，當(dāng)變頻器再次重新通電后，將調(diào)速手輪迅速旋轉(zhuǎn)至與運(yùn)行速度相對應(yīng)的速度擋位。

當(dāng)變頻電瓶車采用空氣制動(dòng)方式時(shí)，通過車輛制動(dòng)手柄[3]操作壓縮氣體經(jīng)過繼動(dòng)閥使剎車氣缸內(nèi)有桿腔排氣，在車輛氣缸內(nèi)部彈簧的作用下推動(dòng)剎車閘瓦對電瓶車的行車輪進(jìn)行抱剎，當(dāng)手柄推到最大位置時(shí)，閘瓦全部抱死，以此實(shí)現(xiàn)最大剎車力矩。目前電瓶車采用的剎車氣缸全部為斷氣剎，當(dāng)空氣壓力缺失時(shí)為剎車狀態(tài)。在日常使用過程中，維修保養(yǎng)人員需要定期檢查剎車系統(tǒng)，根據(jù)剎車閘瓦的磨損情況對制動(dòng)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)間隙進(jìn)行必要的調(diào)整。

3 電瓶車防溜車系統(tǒng)改造

針對電瓶車在長距離盾構(gòu)隧道運(yùn)輸中存在的易溜車問題，提出防止電瓶車溜車的技術(shù)改造方案，以解決在長距離盾構(gòu)隧道運(yùn)輸過程中電瓶車容易發(fā)生制動(dòng)系統(tǒng)故障所引起的溜車問題。

如圖1 所示，在電瓶車底部車輪上安裝防溜車裝置。防溜車裝置通過伸縮桿與電機(jī)連接，可以通過電機(jī)控制伸縮桿的操作，其中防溜車結(jié)構(gòu)包括夾板、剪式架、連接架等，將夾板設(shè)置在車輪的兩側(cè)，兩個(gè)夾板通過剪式架將其連接，剪式架的另一端與連接架滑動(dòng)連接，連接架與伸縮桿相連接。連接架內(nèi)設(shè)有滑道，剪式架靠近連接架一端設(shè)有滑塊，滑塊與滑道連接，可在滑道內(nèi)滑動(dòng)，連接架開設(shè)有連接口，套設(shè)于剪式架上，可沿剪式架的架臂滑動(dòng)。連接口之間的距離根據(jù)車輪的寬度調(diào)整，夾板內(nèi)側(cè)包覆橡膠層。

圖1 防溜車裝置結(jié)構(gòu)示意

電瓶車設(shè)有速度感應(yīng)器[4]，當(dāng)速度感應(yīng)器感知電瓶車在停放時(shí)的速度變化時(shí)，從而判斷除電瓶車是否產(chǎn)生溜車現(xiàn)象，速度感應(yīng)器感應(yīng)到速度發(fā)出變化時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛?cè)藛T及時(shí)開啟防溜車裝置，通過本項(xiàng)改造可降低工程中電瓶車出現(xiàn)事故的概率。

4 改造效果

通過在電瓶車上設(shè)置速度感應(yīng)器，在電瓶車速度變化時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒電瓶車操作人員按下緊急按鈕，開啟電機(jī)，通過電機(jī)帶動(dòng)伸縮桿，伸縮桿帶動(dòng)夾板將車輪夾緊，使電瓶車停止溜車，防止由電瓶車溜車造成的安全事故和人員傷亡，防溜車裝置應(yīng)用后，合肥市軌道交通4 號(hào)線天—翠區(qū)間盾構(gòu)施工期間未發(fā)生溜車事故。

5 電瓶車安全操作注意事項(xiàng)及應(yīng)急措施

（1）電瓶車駕駛員必須熟悉電瓶車的狀況，對電瓶車必須定期進(jìn)行檢查保養(yǎng)維修維護(hù)，保證車輛的良好狀態(tài)[5]。

（2）每列電瓶車編組必須安裝防溜車夾板裝置，如發(fā)生電瓶車溜車事故，電瓶車司機(jī)應(yīng)及時(shí)采取制動(dòng)措施[6]，如制動(dòng)措施未能有效制動(dòng)，司機(jī)要保持心態(tài)穩(wěn)定，切勿慌張，及時(shí)打開防溜車制動(dòng)裝置，以降低損失。

（3）若有事故發(fā)生后，事故現(xiàn)場的應(yīng)急人員應(yīng)本著生命第一的原則及時(shí)對傷者進(jìn)行救治，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)、組織自救。

（4）如果發(fā)生人員傷亡事故，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系當(dāng)?shù)蒯t(yī)院，并組織現(xiàn)場人員將傷者抬出，清理出生命安全通道，及時(shí)對傷者進(jìn)行搶救。

6 結(jié)語

電瓶車在長距離隧道的運(yùn)輸過程中對工程的施工安全以及生命財(cái)產(chǎn)安全有著重大影響，一旦在隧道中發(fā)生溜車事故，將會(huì)危及人員的安全并且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過對電瓶車制動(dòng)系統(tǒng)工作原理的分析，設(shè)計(jì)出安全可靠并具有針對性的防護(hù)措施，從而保證長距離、大坡度、多編組運(yùn)輸以及多組電瓶車同時(shí)工作情況下的有序運(yùn)行安全。在現(xiàn)場施工中解決了運(yùn)行過程中的坡度溜車等多項(xiàng)技術(shù)問題，完成防溜車技術(shù)的深度研究，提高了在大直徑、長距離、多編組電瓶車軌道運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，形成一系列多編組長距離安全運(yùn)行控制工藝，并且通過實(shí)際操作驗(yàn)證工藝運(yùn)用成熟、可靠，對盾構(gòu)法隧道施工具有重要和借鑒參考價(jià)值。