地铁隧道水冲洗车的研发

潘义红，田兆霖



地铁隧道水冲洗车的研发

潘义红，田兆霖

地铁隧道水冲洗车由牵引车牵引，采用高压水冲洗方式可根据不同冲洗区域，独立控制各冲洗水路及压力，完成对地铁隧道内壁面、轨道、道床、扣件、排水沟的冲洗，可实现对地铁隧道全断面清洗。

地铁隧道；水冲洗车；高压水冲洗系统

0 引言

在城市轨道交通建设过程中，地铁隧道内会遗留较多建筑粉尘附着在隧道壁上或堆积在排水沟内。车辆行驶时所带动的气流逐渐将这些粉尘吹起，弥漫在隧道内，而且这些粉尘因活塞风效应通过风机、屏蔽门缝隙会蔓延到整个车站甚至设备房内，引起电气设备短路、开关接触不良等现象，严重影响行车安全和人员的身体健康。

在轨道交通发达国家，隧道清洗设备广泛采用“干法清扫技术”，利用气流将隧道内粉尘、杂物吹起，然后利用真空吸尘原理将扬起的粉尘吸入车辆并通过过滤装置将粉尘过滤、收集。该方法的优点是自动化程度高、劳动强度低、节水；但全套设备造价动辄上亿元，保养、维护复杂且费用较高，在转场运输、工程应用、人员培训等方面均不适合工程单位使用。在国内，地铁工程在施工结束后多采用人工清洗的方式，更为先进的技术是通过改装轨道车，加装喷水口及吸尘设备，但其清洗的目标多是道床，对隧道壁、设备及人行平台上附着的灰尘缺少有效处理方法。

随着近年来地铁运营里程迅速增加，地铁隧道内的清洁工作日益繁重，工程单位急需一种隧道冲洗设备对隧道内进行全方位的高效冲洗。因此，本文讨论研发一种适合工程单位使用的隧道水冲洗车，通过高压水冲洗系统对隧道壁、路基等进行全断面冲洗。

1 隧道水冲洗车组成及主要技术参数

隧道水冲洗车由底架、操纵室、转向架、车钩缓冲装置、制动系统、电气系统、柴油发电机组、水箱、高压水泵单元、轨道清洗装置、隧道壁面清洗装置、手持喷枪、水管路等组成。其结构如图1所示。隧道水冲洗车的底架采用中梁承载结构，走行部采用四轴转K2型转向架结构，制动系统采用120型分配阀，并装有ST1-600型闸调器，整车具有良好的运行稳定性和可靠的制动性能。该车的冲洗装置符合GB/T26135-2010《高压清洗机》[2]技术要求，整车设计符合GB50157-2003《地铁设计规范》[3]、TB/T2033-2003《轨道平车技术标准》[1]、GB/T7928-2003《地铁车辆通用技术条件》[4]等相关要求。

隧道水冲洗车主要技术参数如下。

轨距：1 435 mm；

车轮直径：840 mm；

通过最小曲线半径：80 m；

最高运行速度：80 km/h；

转向架中心距：11 700 mm；

轴距：1 750 mm；

底架长度：15 500 mm，宽度：2 560 mm；

钩缓装置：13号下作用式车钩、ST缓冲器及车钩钩尾框；

蓄电池容量：200 Ah×4块；

分配阀：120型；

车钩中心距轨面高度：880±10 mm；

水箱容积：23 m3；

整车质量：约25 t（空车）。

1.1 底架

底架由中梁、侧梁、枕梁、端梁、大横梁、小横梁、纵向辅助梁、支架座和护栏及钢地板组焊而成。中梁为鱼腹梁，采用锻造上心盘和新型上旁承；水箱由中梁与中梁上的支撑梁支撑。平台地板采用8 mm防滑花纹钢板。底架下方吊装燃油箱和4个工作照明灯，燃油箱满足连续作业8 h的需要。车辆两端安装13号下作用式车钩、ST缓冲器及车钩钩尾框，并在工作台两侧装有防护栏。

1.2 操纵室

操纵室为全密封结构，安装有挡风玻璃及LED顶灯、前大灯、门灯，满足隧道内照明要求；操纵室内安装有充电机，用于给蓄电池充电，蓄电池为控制电路和车辆照明提供24 V电源；室内安装有工具箱和灭火器材。

操纵室安装有控制台，可对清洗作业进行操作控制，通过控制系统可对水泵机组的过载、欠压、缺相、短路进行自动保护，对水箱水位过低及过滤器堵塞等情况进行声光报警，当水位低于规定值时，自动切断水泵供水，同时关闭电动水泵机组。

1.底架；2.操纵室；3.转向架；4.电气系统；5.水箱；6.轨道清洗装置；7.高压水泵单元；8.隧道壁面清洗装置；9.手持喷枪。

1.3 转向架

采用满足运装货车[2002]28号文件要求的转K2型转向架。整车具有良好的运行稳定性和平稳性。在轴箱上设有接地装置，使整车各机构均接地良好。

1.4 制动系统

设有空气制动及停车手制动。空气制动系统主要由120型控制阀、制动缸、S闸调器、软管总成、塞门、集尘器、高摩合成闸瓦等组成，且制动管经过磷化处理。

1.5 水箱

水箱容积为23 m³，采用304不锈钢材质，内设防浪板，防止水在箱内晃动；水箱箱顶设有人孔及直通箱底的不锈钢扶梯，水箱与平车直接用连接板进行焊接；水箱加水采用DN65消防接头，并配备有相应的消防水带；水箱外设有容积标尺，便于工作人员观察；水箱内安装有电子液位计，可通过操作面板观察水位指数。

水箱在合适位置设有排污阀和放水阀，进水口设有300目过滤器，以满足水泵对水质的要求。

箱体上部设有小工作台和栏杆，栏杆为折叠式，保证在运行状态时整车处于限界以内，栏杆展开高度为1 000 mm。

1.6 电气系统

整车电气系统由交流和直流2部分组成。交流部分包括柴油发电机组、水泵电机、充电电源、交流插座等；直流部分包括蓄电池、操纵室内顶灯、电扇、行车照明灯等。柴油发电机组通过车载充电机给24 V蓄电池充电，为控制电路和车辆照明提供24 V安全电压。照明灯具有防水安全措施。

1.7 发电机组

采用康明斯柴油发电机组GY-100GF，功率为106 kW，自带水箱散热器、废气涡轮增压、水空中冷、24 V启动马达和充电电机、自启动液晶控制屏。

1.8 喷雾降尘装置

高压喷雾降尘系统利用高压泵将水加压，经高压管路送至高压喷嘴雾化，形成飘飞的水雾。水雾颗粒非常细小，表面张力基本为零，喷洒到空气中能迅速吸附空气中的灰尘颗粒，并将其沉降到隧道下部。喷雾降尘系统额定压力不小于12 MPa，压力可以自动调节。

1.9 低压水冲洗装置

该装置采用2台管道离心泵，产生2.5 MPa的低压水，完成对隧道顶壁、侧壁、轨道内外侧、疏散平台的冲洗，冲洗压力连续可调。离心泵功率22 kW，流量230 L/min，扬程30 m。

1台离心泵供隧道顶壁、侧壁冲洗，喷枪可分区域进行单独水路控制。壁面冲洗系统由3片喷枪组成，冲洗范围可以覆盖整个隧道上壁面。采用可调节机构，清洗时伸出，作业完成后缩回，具有较好的冲洗效果。侧壁喷头配备2组各6个M25065扇型喷嘴，顶璧喷头配备1组9个M25065扇型喷嘴。该喷嘴由快速接头、分流体、球阀和喷嘴等组成。喷嘴最大流量10.5 L/min，最大总流量10.5×21 = 220.5 L/min，离心泵额定流量230 L/min，满足要求。

另1台离心泵连接6个低压M65065鸭嘴式喷嘴，冲洗轨道内外侧、疏散平台，该喷头喷嘴最大流量23 L/min，喷嘴最大总流量23×6 =138 L/min，离心泵额定流量230 L/min，满足要求。

1.10 高压水冲洗系统

该系统由电机、传动装置、高压柱塞泵、进水过滤器、压力表、安全阀、调压阀、安装座、管系及高压喷嘴等组成。系统额定压力为21 MPa，冲洗压力通过变频电机连续可调。喷枪可以分区域进行单独水路控制，从而完成对轨道内侧、排水沟的冲洗。另外设置2把高压水枪，用于局部需要清洗的区域。高压水冲洗系统结构如图2所示。

图2 高压水冲洗系统

高压泵额定压力21 MPa，额定流量135 L/min，功率55 kW。

高压喷嘴采用M55065扇型高压喷嘴，喷嘴最大流量17 L/min，流量和压力可通过变频调整。高压喷嘴分3组，第1组4个喷嘴冲洗轨道内侧，该喷嘴由电磁阀控制，左右45°可调；第2组2个喷嘴冲洗前进方向排水沟；第3组2个喷嘴冲洗后位方向排水沟。喷嘴最大总流量17×6 = 102 L/min（最多6个喷嘴同时工作），高压泵额定流量 135 L/min，满足要求。

在水冲洗车4个角各安装1个快接接头，配置2把高压手握水枪，采用橡胶高压管和铝制快速接头。每把水枪流量65 L/min，用于隧道两侧侧壁和局部需要清洗的区域，水枪由人工手持操作，单独控制，方向和压力均可调。喷嘴总流量65×2 = 130 L/min，高压泵额定流量135 L/min，满足要求。

2 水冲洗原理、冲洗流程及工作时间

冲洗车通过调节水压系统喷嘴入口处的压力，喷嘴射出水流对隧道壁、路基等进行压力冲洗。水流的射程可通过调节水压系统的工作压力和喷嘴的直径进行调节。基本原理如图3所示。

图3 水冲洗车工作原理

在车辆两端安装由3片喷枪组成的壁面冲洗系统、疏散平台喷头。车下中部安装7排喷头，中间一排为高压喷头；从中间往两端的各第一排为低压喷头，将轨道内侧泥土冲洗至轨道外侧；中间往两端的各第二排为低压喷头，冲洗轨道外侧，将第一排内侧喷头冲出的泥沙和排水沟外侧的泥沙冲进排水沟；中间往两端的各第三排为高压喷头，冲洗排水沟，将冲进排水沟的泥沙冲至污水泵房。

有效冲洗时间：实际冲洗时总流量约为 230 L/min，实际冲洗时间为23 / 0.23 = 100 min。

3 冲洗车特点

根据隧道水冲洗车的组成和工作原理分析，该冲洗车具备以下特点：

（1）高低压水泵为各个喷枪分别供水，水压可通过操纵室控制台控制变频电机进行调节和控制，压力稳定，保证每个喷嘴的出水量和射程的均衡一致性；通过电磁阀可控制各个喷枪的开断。

（2）可实现水箱水位的高低指示及报警。当水箱水位降至限制水位时，关闭水泵；暂停冲洗时，水压卸荷，节约了用水，减小了能量损失。

（3）冲洗装置采用消防龙头上水方式，在多处设置放水螺堵，可及时排出系统管路中的残留水，避免冬季冻裂管道。

（4）隧道面冲洗模块分为3片展开和缩回，喷嘴的冲洗范围可覆盖整个隧道面；冲洗系统配有2把高压手握水枪，方便冲洗死角。

4 结语

隧道水冲洗车能够高效地对地铁隧道进行清洁，降低了工人劳动强度。该车具有较高的性价比，较适合工程单位使用，在城市轨道交通建设中取得了很好的社会效益和经济效益。

[1] TB/T2033-2003 轨道平车技术标准[S].

[2] GB/T26135-2010 高压清洗机[S].

[3] GB50157-2003 地铁设计规范[S].

[4] GB/T7928-2003 地铁车辆通用技术条件[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

潘义红.中铁电气化局集团有限公司城铁公司，工程师；

田兆霖.中车太原机车车辆有限公司，高级工程师。