长距离隧道中电瓶车编组制动系统改造与应用

刘亚辉，王 磊，朱晓锋，吴 永，刘 洋

（1.中铁隧道局集团有限公司路桥工程有限公司，天津 300308；2.安徽建筑大学 安徽省城市建设和地下空间工程技术研究中心，安徽合肥 230601）

0 引言

因周边环境和人们交通出行需求的限制，越来越多的地铁隧道采用盾构法施工。电瓶车由于具有运输量大、运输时间快捷、生产成本低等多方面优点，作为配套施工工具在施工现场中得到广泛应用。但施工现场经常由于环境复杂，其运行的安全情况不容乐观，在行使过程中车辆故障不断出现、行车事故时常发生，这些故障不仅严重影响电瓶车的正常运行，而且一旦引发事故会带来巨大的人员伤亡和经济损失，造成项目施工的困难。特别是在长距离盾构隧道[1]施工过程中，更易出现电频车溜车现象。长距离隧道电瓶车溜车风险大、可控性差，一旦发生溜车，将对轨道以及工程安全、人员安全产生不可估量的损失，如何防止电瓶车溜车[2]是工程界亟需解决的难题。本文依托合肥市轨道交通4 号线天—翠区间盾构隧道工程，通过分析电瓶车的工作环境以及对电瓶车的工作原理进行研究改造，研制一种防溜车装置，从而保证盾构施工的安全。

1 工程概况

合肥市轨道交通4 号线6 标天水路站—翠柏路站区间盾构隧道，区间里程为右线K36+717.968—K39+497.238、左线K36+717.968—K39+497.238，区间左线长2953.689 m，右线长2957.708 m，其中明挖区间长116.582 m。线路出天水路站后，沿当涂北路左线以21.800‰和4.606‰的坡度向下，然后以5.289‰和24.594‰的坡度向上；右线以21.750‰和4.607‰的坡度向下，然后以5.335‰和24.615‰的坡度向上，盾构隧道结构为两个单线圆形断面形式，盾构隧道在施工中采用装配式钢筋混凝土衬砌结构，盾构隧道内径为5400 mm，管片厚度为300 mm，宽度为1500 mm，每环由6 块组成，管片混凝土为C50P10。管片错缝拼接，弯螺栓连接，每环管片共16 根纵向连接螺杆和12 根环向连接螺杆；防水等级为二级。结合天水路站—翠柏路站区间实际的地层的特点，根据合肥等已建项目地区地铁施工经验，天水路站—翠柏路站区间拟选用加泥式土压平衡盾构机。该区间隧道洞身主要穿过黏土⑥2 层、粉质黏土⑥3 层，隧道围岩分级为VI 级，易坍塌，隧道洞身穿过黏土⑥2 层具有膨胀性，常因挖掘而产生土体变形，或者因浸水而导致膨胀等现象，使设置在膨胀性围岩中的隧道或地下洞室的洞壁发生位移现象，导致隧道中围岩失稳，衬砌破坏。在本段隧道区间中的电瓶车轨枕采用槽钢，钢枕与管片底紧贴，钢枕通过切槽嵌入轨道进行固定。

2 电瓶车制动系统原理

在地铁施工过程中，蓄电池直—交流变频电瓶车具有牵引力大、运行稳定以及安全可靠的电制动及气制动等优点。电瓶车的制动系统[3]包括变频器作用下的电刹、压缩空气作用下的气刹以及在需要长期停车时通过旋转制动机械手轮的驻车制动。变频驱动[2]的最大特点是无论上坡下坡，电瓶车都能按调速手轮挡位对应的频率，给车提供该挡位额定的转速，上坡时提供动力，下坡时在变频器作用下电机将产生很强的电制动力。在正常运行情况下，需要减速时，变频电瓶车司机通过控制器减挡操作，在微电脑控制下由变频器输出较低的频率和电压驱动电机转动，当速度过快时电动机可以转变为发电机，产生的电流通过变频器向电解电容和电瓶车的蓄电池组充电，在刹车过程中，多余的电流经过刹车电阻消耗掉，特别是在快速停车情况下，可以有效避免电路中直流回路电压上升超过电压的保护值而造成变频器过压保护或烧毁。在短暂的时间内，停车情况可以采用零位制动，也就是将电瓶车处于向前或者向后的位置，司机控制挡位处于零位，利用电瓶车电路中的电容的电量进行零位制动，但这种方式只能作为平整地面驻车的二次保险，当在轨道坡度较大或时间较长的驻车情况下，必须拉手刹采用空气制动方式。电瓶车在行驶过程中，如果因为过载使变频器发生保护性的断电措施，应及时将调速手轮旋至零挡位，当变频器再次重新通电后，将调速手轮迅速旋转至与运行速度相对应的速度挡位。

当变频电瓶车采用空气制动方式时，通过车辆制动手柄[3]操作压缩气体经过继动阀使刹车气缸内有杆腔排气，在车辆气缸内部弹簧的作用下推动刹车闸瓦对电瓶车的行车轮进行抱刹，当手柄推到最大位置时，闸瓦全部抱死，以此实现最大刹车力矩。目前电瓶车采用的刹车气缸全部为断气刹，当空气压力缺失时为刹车状态。在日常使用过程中，维修保养人员需要定期检查刹车系统，根据刹车闸瓦的磨损情况对制动机构的制动间隙进行必要的调整。

3 电瓶车防溜车系统改造

针对电瓶车在长距离盾构隧道运输中存在的易溜车问题，提出防止电瓶车溜车的技术改造方案，以解决在长距离盾构隧道运输过程中电瓶车容易发生制动系统故障所引起的溜车问题。

如图1 所示，在电瓶车底部车轮上安装防溜车装置。防溜车装置通过伸缩杆与电机连接，可以通过电机控制伸缩杆的操作，其中防溜车结构包括夹板、剪式架、连接架等，将夹板设置在车轮的两侧，两个夹板通过剪式架将其连接，剪式架的另一端与连接架滑动连接，连接架与伸缩杆相连接。连接架内设有滑道，剪式架靠近连接架一端设有滑块，滑块与滑道连接，可在滑道内滑动，连接架开设有连接口，套设于剪式架上，可沿剪式架的架臂滑动。连接口之间的距离根据车轮的宽度调整，夹板内侧包覆橡胶层。

图1 防溜车装置结构示意

电瓶车设有速度感应器[4]，当速度感应器感知电瓶车在停放时的速度变化时，从而判断除电瓶车是否产生溜车现象，速度感应器感应到速度发出变化时发出警报，提醒驾驶人员及时开启防溜车装置，通过本项改造可降低工程中电瓶车出现事故的概率。

4 改造效果

通过在电瓶车上设置速度感应器，在电瓶车速度变化时发出警报，提醒电瓶车操作人员按下紧急按钮，开启电机，通过电机带动伸缩杆，伸缩杆带动夹板将车轮夹紧，使电瓶车停止溜车，防止由电瓶车溜车造成的安全事故和人员伤亡，防溜车装置应用后，合肥市轨道交通4 号线天—翠区间盾构施工期间未发生溜车事故。

5 电瓶车安全操作注意事项及应急措施

（1）电瓶车驾驶员必须熟悉电瓶车的状况，对电瓶车必须定期进行检查保养维修维护，保证车辆的良好状态[5]。

（2）每列电瓶车编组必须安装防溜车夹板装置，如发生电瓶车溜车事故，电瓶车司机应及时采取制动措施[6]，如制动措施未能有效制动，司机要保持心态稳定，切勿慌张，及时打开防溜车制动装置，以降低损失。

（3）若有事故发生后，事故现场的应急人员应本着生命第一的原则及时对伤者进行救治，及时发出报警信号、组织自救。

（4）如果发生人员伤亡事故，应及时联系当地医院，并组织现场人员将伤者抬出，清理出生命安全通道，及时对伤者进行抢救。

6 结语

电瓶车在长距离隧道的运输过程中对工程的施工安全以及生命财产安全有着重大影响，一旦在隧道中发生溜车事故，将会危及人员的安全并且造成巨大的经济损失。通过对电瓶车制动系统工作原理的分析，设计出安全可靠并具有针对性的防护措施，从而保证长距离、大坡度、多编组运输以及多组电瓶车同时工作情况下的有序运行安全。在现场施工中解决了运行过程中的坡度溜车等多项技术问题，完成防溜车技术的深度研究，提高了在大直径、长距离、多编组电瓶车轨道运输的关键技术，形成一系列多编组长距离安全运行控制工艺，并且通过实际操作验证工艺运用成熟、可靠，对盾构法隧道施工具有重要和借鉴参考价值。