浅谈针对隧道电机车防溜车的方案分析

　　摘要:由于城市地铁的施工，盾构掘进成为地铁建设的重要施工工法，盾构掘进中出土电机车在隧道中的运行尤为重要，本文根据电机车牵引吨位与速度和坡度关系从安全保障措施、管理措施及应急预案方案等分析了电机车防溜车的方法。
　　关键词：盾构，电机车，爬坡，防溜车
　　一、工程概况
　　广州市轨道交通五号线三溪～东圃站区间从三溪站出发后，先后以33.857‰、8‰的坡度下降，然后以9.8‰和33‰的坡度上升到达东圃站，本段共有一个曲线段，曲线半径为1500m，线间距为13m。东圃站～车陂南站区间，出了东圃站后，以31.885‰、4‰的坡度下降，然后先以坡度29‰、5‰上升、然后以坡度2‰下降到达车陂南站，本段共有两个曲线段，曲线半径分别为650m和300m，线间距为13m。三溪站～东圃站线路长度1428.943m，东圃站～车陂南站线路长度1065.392m,隧道线路总长度4988.67延米。
　　二、隧洞掘进水平运输分析
　　（1）列车编组模式
　　本工程采用蓄电池式，工程用电机编组列车进行隧洞内水平运输，将盾构掘出的渣土从隧洞内运出至始发井出土口，而掘进所需的管片和砂浆等其他材料通过电机车从始发井运至洞内。每个隧洞采用三列编组列车进行洞内运输，其中40T牵引机车一列，25T牵引机车两列。
　　（2）电机车牵引重量计算
　　40T电机车牵引重量计算；隧道掘进运输时，40T电机车牵引4节满箱渣土，牵引重量为190T，计算如下：一节渣土车自重：12.1T，4节共48.4T；一斗渣土17M3，4斗合计68M3，比重按2T/M3计，计136T；合计184.4T按190T进行计算。25T电机车牵引重量计算；情况一，进洞时,牵引重量为60T，计算如下：一节空渣土车自重12.1×1＝12.1T砂浆车自重5.2T，砂浆5M3比重1.5计7.5T，因此砂浆车重量为12.7T；管片车两节自重7.2T，管片重量为20.2T，因此管片车（2节）重量为27.4T；合计52.2T按60T进行考虑。情况二：出洞时，牵引重量为80T，计算如下：一节渣土车（满箱渣土），计算值按上计算为46.1T；砂浆车自重5.2T；管片车两节自重7.2T，管片重量为20.2T（考虑管片在洞内损坏需重新运出情况），因此管片车（2节）重量为27.4T；合计78.7T按照80T进行考虑。综合25T电机车牵引重量情况一、情况二两种情况，25T电机车牵引重量最大为80T，按最不利情况考虑，故25T列车牵引重量为80T，40T列车牵引重量为190T。
　　（3）电机车性能
　　①40T电机车主要技术参数
　　粘着重量(t)400+10％机车控制方式;计算机智能牵引控制，机车传动方式直-交，机车功率（kw）110×2起动牵引力（kN）109.8持续牵引力（kN）95.4持续速度（km/h）7.8构造速度（km/h）22通过最小曲线半径（m）25
　　②25T电机车主要技术参数
　　粘着重量(t)250+130％机车控制方式；计算机智能牵引控制，机车传动方式直-交机车功率（kw）65×2起动牵引力（kN）68.59持续牵引力（kN）52.67持续速度（km/h）7.8构造速度（km/h）20通过最小曲线半径（m）25
　　（4）电机车牵引吨位与速度和坡度关系
　　40T电机车牵引吨位与速度和坡度关系曲线；本标段曲线坡度有33.857‰、33‰、31.887‰、29‰，其他坡度均小于10‰。在坡度小于10‰情况下面，由25T以及40T电机车牵引吨位与速度和坡度关系曲线图可知，25T电机车以及40T电机车以机车设计最大速度（分别为20km/h、22km/h）运行牵引重量（吨位）大大超过25T和40T电机车实际牵引重量（分别为80T和190T），故在电机车设计性能方面，在坡度小于10‰情况下无论机车以何种速度运行机车不会发生溜车问题。在曲线坡度为33.857‰、33‰、31.887‰、29‰（本方案将这四种坡度统称为大坡度）情况下，根据表2.3有关线路坡度内容，四种坡度统计长度为1100m，占整个线路长度的47％，比较长，从提高机车运行安全可靠程度防止溜车方面考虑，本方案将四种坡度均按35‰坡度情况进行考虑。由25T以及40T电机车牵引吨位与速度和坡度关系曲线图可知，25T机车牵引重量80T、坡度在35‰情况下，机车理论限速为13km/h；40T机车牵引重量190T、坡度在35‰情况下，机车理论限速为9km/h。考虑现场实际情况以及其他兄弟单位机车实际运行经验，在35‰坡度情况下，一般爬坡速度控制在6～8km/h以内，尽量采用低速大牵引力运行。
　　三、电机车防溜车措施
　　（1）安全保障措施
　　①度爬坡位置设置限速标示牌；洞内水平运输分析可知，洞内水平运输电机车性能主要与坡度、速度、牵引重量等因素相关，经过分析，在本标段大坡度前提下，电机车爬坡必须采取小速度大牵引力行驶，机车爬坡限速为6km/h。因此在隧道大坡度位置，设置限速标示牌，使电机车司机清楚机车已经进入大坡度位置，必须按照规定速度要求运行电机车，采取小速度大牵引力行驶，从而预防溜车事故的发生。②置紧急制动装置；机车车头位置设置紧急制动锚钩（见右图），紧急制动锚钩由空气制动系统控制，在正常制动不能满足要求的情况下或溜车的情况下按下紧急按钮启动紧急制动锚钩，使锚钩放下勾住轨枕，将列车强制停下。此装置在机车刚开始溜车或有溜车苗头而机车本身刹车系统不能较好控制机车下滑情况时使用，在大学城
　　四号线使用时起到了比较好的效果，因此本区间继续采用此装置预防溜车事故的发生。
　　③分发挥机车本身制动性能；车制动分为电制动、空气制动和机械弹簧制动。电制动为常用制动，机车下坡道或减速运行，交流异步牵引电动机处于发电状态，将机车动能转化为电能通过变流器向蓄电池充电，当蓄电池充满电的情况下可自动转换成电阻制动将能量消耗掉。压缩空气作为动力的闸瓦制动仅作为紧急制动使用。因此机车在运用过程中闸瓦消耗极少。机械弹簧制动为驻车时防止溜车使用。因此，在机车运行时，必须充分发挥机车本身制动性能，为预防溜车起到最基本的保障作用。要求在平时的运行过程中加强机车的日常维护保养，保障各项制动性能的完好性。④置辅助制动装置；电机车上安装沙箱，设置撒沙装置，行驶中在轨面进行撒沙，以增加车轮与轨道间摩擦力，增强制动能力。在轨道上设置轨挡器（轨挡器随车携带），当列车向前溜动时用以卡住车轮，阻止其溜车。
　　（2）管理措施
　　①加强电机车司机的培训，提高司机操作水平。所有电机车司机均需通过理论与实操考核，合格者即持证方能上岗，严禁无证人员上岗操作。同时还需提高司机操作人员的安全意识，对大坡度行驶机车需具备一定的安全防溜车意识，发现溜车苗头必须按照规定程序采取应急措施如启动锚钩等。②加强电机车指挥调度。本标段电机车指挥调度由专人完成，指挥以规定的鸣哨指令进行指挥，动作必须规范协调。司机必须按照规定指令进行操作，严防误操作造成溜车事故的发生。③严禁超载行驶。本工程列车编组在大坡度位置限速标示为6km/h，前提条件为列车牵引重量为目前现有列车配置。所以洞内列车编组一旦确定，不得无故增加列车牵引设备造成超载，如需增加必须经项目部机电总工程师严格复核确认后方可。④加强电机车维护保养，确保机车各项性能满足运行要求。机车司机必须密切注意电机车电压情况变化，发现电压达到警戒值时必须及时更换机车蓄电池，不得有侥幸心理认为运行距离较短或凭借经验认为可以再运行一段时间的问题发生，防止机车在大坡度爬坡过程突然出现断电问题造成溜车事故的发生。⑤在盾构机10#台车尾部按照摄像头，该摄像头可监视往洞外300m左右的距离，盾构实际操作室可以随时进行监控。当发生溜车事故时，司机可立即启动洞内警铃，提醒洞内人员立即撤往安全地带。保障洞内人员安全。⑥做好轨道泥浆的清理，保证轨道面干净，经常清洗列车车轮保持车轮干净，同时保证轨面和车轮干燥，使机车刹车系统不受泥浆和水污染，保证其刹车所需要的摩擦力。洞内掘进班人员必须按照规定要求做好轨道铺设，同时洞内轨道维修人员必须做好轨道日常维护保养工作，发现轨枕松动或轨道压板、连接杆螺栓松动必须切实做好紧锢工作，严防机车运行过程脱轨造成翻车或溜车事故的发生。
　　(3)事故应急措施
　　①发生溜车事故时，司机必须长鸣喇叭警示所有洞内轨道上作业人员必须马上撤离，避免造成人员伤亡。②在10#台车堆放沙包，当溜车事故发生而其他保障措施得不到保障时，由10#台车机修人员或轨道维修人员迅速在离10#台车尾部约50位置轨道上投放袋装沙包，人为造成机车脱轨，以防机车冲进盾构机头造成人员伤亡或造成盾构机致命损坏，将溜车损失降至最低。③建立健全隧道防溜车应急预案，发生溜车事故时必须及时报告并抢救现场受伤人员，按照“四不放过”原则进行事故调查，同时将调查结果报予上级领导进行处理。
　　参考文献
　　[1]陈忠立.浅谈隧道施工斜井有轨运输预防溜车的安全对策[J].建筑安全
　　[2]莫锦德,陈忠立.长大隧道施工斜井有轨运输预防溜车安全技术措施[J].西部探矿工程
　　[3]贾玉芳.大断面、大角度斜井有轨运输施工技术[J]-西部探矿工程
　　[4]雷升祥.彭水隧道斜井优化设计与施工[J]-铁道标准设计