長距離隧道中電瓶車編組制動系統改造與應用

劉亞輝，王 磊，朱曉鋒，吳 永，劉 洋

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

0 引言

因周邊環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法施工。電瓶車由于具有運輸量大、運輸時間快捷、生產成本低等多方面優點，作為配套施工工具在施工現場中得到廣泛應用。但施工現場經常由于環境復雜，其運行的安全情況不容樂觀，在行使過程中車輛故障不斷出現、行車事故時常發生，這些故障不僅嚴重影響電瓶車的正常運行，而且一旦引發事故會帶來巨大的人員傷亡和經濟損失，造成項目施工的困難。特別是在長距離盾構隧道[1]施工過程中，更易出現電頻車溜車現象。長距離隧道電瓶車溜車風險大、可控性差，一旦發生溜車，將對軌道以及工程安全、人員安全產生不可估量的損失，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 號線天—翠區間盾構隧道工程，通過分析電瓶車的工作環境以及對電瓶車的工作原理進行研究改造，研制一種防溜車裝置，從而保證盾構施工的安全。

1 工程概況

合肥市軌道交通4 號線6 標天水路站—翠柏路站區間盾構隧道，區間里程為右線K36+717.968—K39+497.238、左線K36+717.968—K39+497.238，區間左線長2953.689 m，右線長2957.708 m，其中明挖區間長116.582 m。線路出天水路站后，沿當涂北路左線以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，盾構隧道結構為兩個單線圓形斷面形式，盾構隧道在施工中采用裝配式鋼筋混凝土襯砌結構，盾構隧道內徑為5400 mm，管片厚度為300 mm，寬度為1500 mm，每環由6 塊組成，管片混凝土為C50P10。管片錯縫拼接，彎螺栓連接，每環管片共16 根縱向連接螺桿和12 根環向連接螺桿；防水等級為二級。結合天水路站—翠柏路站區間實際的地層的特點，根據合肥等已建項目地區地鐵施工經驗，天水路站—翠柏路站區間擬選用加泥式土壓平衡盾構機。該區間隧道洞身主要穿過黏土⑥2 層、粉質黏土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，常因挖掘而產生土體變形，或者因浸水而導致膨脹等現象，使設置在膨脹性圍巖中的隧道或地下洞室的洞壁發生位移現象，導致隧道中圍巖失穩，襯砌破壞。在本段隧道區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行固定。

2 電瓶車制動系統原理

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、運行穩定以及安全可靠的電制動及氣制動等優點。電瓶車的制動系統[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通過旋轉制動機械手輪的駐車制動。變頻驅動[2]的最大特點是無論上坡下坡，電瓶車都能按調速手輪擋位對應的頻率，給車提供該擋位額定的轉速，上坡時提供動力，下坡時在變頻器作用下電機將產生很強的電制動力。在正常運行情況下，需要減速時，變頻電瓶車司機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動電機轉動，當速度過快時電動機可以轉變為發電機，產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值而造成變頻器過壓保護或燒毀。在短暫的時間內，停車情況可以采用零位制動，也就是將電瓶車處于向前或者向后的位置，司機控制擋位處于零位，利用電瓶車電路中的電容的電量進行零位制動，但這種方式只能作為平整地面駐車的二次保險，當在軌道坡度較大或時間較長的駐車情況下，必須拉手剎采用空氣制動方式。電瓶車在行駛過程中，如果因為過載使變頻器發生保護性的斷電措施，應及時將調速手輪旋至零擋位，當變頻器再次重新通電后，將調速手輪迅速旋轉至與運行速度相對應的速度擋位。

當變頻電瓶車采用空氣制動方式時，通過車輛制動手柄[3]操作壓縮氣體經過繼動閥使剎車氣缸內有桿腔排氣，在車輛氣缸內部彈簧的作用下推動剎車閘瓦對電瓶車的行車輪進行抱剎，當手柄推到最大位置時，閘瓦全部抱死，以此實現最大剎車力矩。目前電瓶車采用的剎車氣缸全部為斷氣剎，當空氣壓力缺失時為剎車狀態。在日常使用過程中，維修保養人員需要定期檢查剎車系統，根據剎車閘瓦的磨損情況對制動機構的制動間隙進行必要的調整。

3 電瓶車防溜車系統改造

針對電瓶車在長距離盾構隧道運輸中存在的易溜車問題，提出防止電瓶車溜車的技術改造方案，以解決在長距離盾構隧道運輸過程中電瓶車容易發生制動系統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連接，可以通過電機控制伸縮桿的操作，其中防溜車結構包括夾板、剪式架、連接架等，將夾板設置在車輪的兩側，兩個夾板通過剪式架將其連接，剪式架的另一端與連接架滑動連接，連接架與伸縮桿相連接。連接架內設有滑道，剪式架靠近連接架一端設有滑塊，滑塊與滑道連接，可在滑道內滑動，連接架開設有連接口，套設于剪式架上，可沿剪式架的架臂滑動。連接口之間的距離根據車輪的寬度調整，夾板內側包覆橡膠層。

圖1 防溜車裝置結構示意

電瓶車設有速度感應器[4]，當速度感應器感知電瓶車在停放時的速度變化時，從而判斷除電瓶車是否產生溜車現象，速度感應器感應到速度發出變化時發出警報，提醒駕駛人員及時開啟防溜車裝置，通過本項改造可降低工程中電瓶車出現事故的概率。

4 改造效果

通過在電瓶車上設置速度感應器，在電瓶車速度變化時發出警報，提醒電瓶車操作人員按下緊急按鈕，開啟電機，通過電機帶動伸縮桿，伸縮桿帶動夾板將車輪夾緊，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，防溜車裝置應用后，合肥市軌道交通4 號線天—翠區間盾構施工期間未發生溜車事故。

5 電瓶車安全操作注意事項及應急措施

（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行檢查保養維修維護，保證車輛的良好狀態[5]。

（2）每列電瓶車編組必須安裝防溜車夾板裝置，如發生電瓶車溜車事故，電瓶車司機應及時采取制動措施[6]，如制動措施未能有效制動，司機要保持心態穩定，切勿慌張，及時打開防溜車制動裝置，以降低損失。

（3）若有事故發生后，事故現場的應急人員應本著生命第一的原則及時對傷者進行救治，及時發出報警信號、組織自救。

（4）如果發生人員傷亡事故，應及時聯系當地醫院，并組織現場人員將傷者抬出，清理出生命安全通道，及時對傷者進行搶救。

6 結語

電瓶車在長距離隧道的運輸過程中對工程的施工安全以及生命財產安全有著重大影響，一旦在隧道中發生溜車事故，將會危及人員的安全并且造成巨大的經濟損失。通過對電瓶車制動系統工作原理的分析，設計出安全可靠并具有針對性的防護措施，從而保證長距離、大坡度、多編組運輸以及多組電瓶車同時工作情況下的有序運行安全。在現場施工中解決了運行過程中的坡度溜車等多項技術問題，完成防溜車技術的深度研究，提高了在大直徑、長距離、多編組電瓶車軌道運輸的關鍵技術，形成一系列多編組長距離安全運行控制工藝，并且通過實際操作驗證工藝運用成熟、可靠，對盾構法隧道施工具有重要和借鑒參考價值。