淺談高壓水射流清洗技術在地鐵隧道清洗中的運用

王海濤

（中鐵十一局集團電務工程有限公司，湖北 武漢 430074）

1 高壓水射流清洗技術的應用優勢

縱觀行業發展趨勢，美國、日本等發達國家的工業清洗發展水平較高，其中以高壓水射流清洗技術頗具代表性，作為一種物理清洗方法，其普遍具備如下幾點應用優勢：

（1）無污染。在高壓水射流清洗技術應用過程中，普遍采用的是自來水和工業用水，其潔凈度較高，具有無味、無毒的特點，沖洗過程中不存在環境污染問題。

（2）無腐蝕。水射流的成分較為潔凈，幾乎不含酸、堿等物質，不會發生金屬受腐蝕或管路受損等異常狀況，有利于延長作業裝置的耐久性。

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

（4）低價高效。高壓水射流清洗技術所用介質為水，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。

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

基于高壓水射流清洗技術的種種應用優勢，現階段，其在工程、工業領域得到了廣泛的應用，且實踐表明，該項技術可以取得較好的應用效果，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概述

在地鐵隧道運維工作中，可應用到高壓水射流清洗技術，通過配套裝置的使用實現對水的加壓處理，經特定的噴射裝置（普遍具有直徑較小的特點）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、隧道墻壁等結構的清洗中均可取得良好的應用效果，從而使地鐵隧道維持潔凈的狀態，改善列車的通行環境，提高安全性。

地鐵隧道工程建設及運營階段，道床路面匯聚較多的灰塵、垃圾等，進而形成覆蓋層，其與基體路面存在吸附力，而根據此類作用力的特點（為機械吸附形式），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，實現常壓水向高壓水的轉變，以水為介質，通過壓力作用清洗軌道和隧道壁等部位，但其對水的壓力提出特定的要求，不同清洗場景所需的壓力各異，因此，適配兩個子系統，高壓水系統主要用于軌道的清洗作業。此外，配置中壓水系統，兩者在工作原理方面并無顯著差異。此處以高壓水系統為例，根據其水箱、加壓泵、水泵、過濾器、蓄能器等基本組成單元，從功能和系統保護兩個角度展開分析。

圖1 高壓水射流清洗車

3 功能設計

高壓水系統的主要作用在于轉換水箱內常壓水的狀態，經處理后形成高壓水，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，使其恢復潔凈的狀態。在功能設計中，應根據各裝置的特點展開針對性的設計。

3.1 水箱的設計

水箱是高壓水系統得以正常運行的基礎裝置，其作為供水源而使用，需具有足夠的儲水量，同時，需優化整車布局，盡可能擴大水箱的容量。水箱水位的觀測應具有直觀與便捷的特點，因此，可以在水箱上適配可視液位儀，控制臺的操作人員能夠及時觀察其實際情況。在水箱水位偏低時發出報警信號，告知工作人員，以便根據水箱的實際水位情況合理加水。此外，在水箱內部布設隔板可以達到穩流、加固的效果，提高水流的秩序性。于水箱頂部增設檢查蓋，以便檢維修工作的順利開展。

3.2 高壓水泵的設計

現階段，我國在高壓水射流清洗技術應用領域依然存在有待改進之處，在參數的配置中尚未形成可靠的理論依據，以經驗主導型的設計方法為主。但根據既有工程經驗可知，在高壓水泵的選型中有必要充分考慮壓力和流量兩個方面。

污垢自身具有特定的耐壓強度極限應力，若產生的高壓水射流的應力超過該值，便可以破壞污垢的穩定性，使其脫離物體，完成清洗作業。在展開清洗系統的設計時，應當以潔凈度要求為導向，結合污垢在結構上的附著特性，合理控制工作壓力，需擺脫壓力越大則效果越好的誤區，且在合理控制系統壓力的同時考慮密封件、連接件等裝置。在壓力偏高時，雖然可以有效清理雜物，但也容易對結構帶來沖擊，使其缺乏足夠的穩定性，耐久性也將隨之下降。在系統壓力與噴射裝置難以形成適配的關系時，還易出現“霧化”的情況，實際取得的清洗效果欠佳。通常，射流壓力以抗壓強度的1倍為宜。污垢耐壓強度極限應力難以被精準確定，因此，需組織大量的試驗，再結合設備設計參數，在此基礎上合理選型。根據工程經驗，系統壓力約為10MPa 時可以較為有效地清理軌道垃圾。既有試驗結果表明，若采用直徑2.4mm 的扇形噴嘴，系統壓力應當維持在12MPa 左右，在條件下在1.5m以內所取得的噴射效果較好。在設計中可以考慮噴嘴的數量和流量值，由此展開計算，得到高壓泵流量的具體參數。

泵裝置的形式多樣，其中以柱塞泵的應用效果更佳，其在高壓環境中的穩定性較強，無明顯的泄漏問題，可以作為首選形式。

3.3 清洗裝置的設計

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

3.4 其他裝置的設計

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

4 系統保護設計

在系統保護設計工作中，兼顧的是水箱缺水、管路堵塞等方面的問題，以此為立足點合理優化。

在設計安全閥和溢流閥時，以水系統工作壓力為主要參考依據合理控制其開啟壓力值；對于高、低壓壓力開關，在兩者的聯動關系下具有應急的作用，系統發生故障后可以有效啟用，從而實現對水泵的全面保護。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行進程，減小不良影響，以免出現泵體受損等異常情況。

目前，國內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，使清洗工人長期處在惡劣的工作環境下進行高強度作業，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，該車作業范圍主要是隧道墻壁、軌道、路基等，另外，布設噴嘴對隧道內各個死角進行清洗。該種設備能對地鐵隧道的粉塵等垃圾覆層進行清洗，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境。

5 結語

綜上所述，高壓水射流清洗技術是現階段工業清洗領域較為前沿的技術形式，其充分發揮出高壓水射流的沖擊作用，可以完成對結構表層覆蓋物的清洗作業，兼具清洗效果好、節能環保等多重應用優勢。本文以地鐵隧道的清洗工作為背景，重點探討高壓水射流清洗技術在其中的應用要點，希望所提內容可以為相關工作人員參考。