大坡度地铁隧道电机车防溜车及防脱轨分析与措施

大坡度地铁隧道电机车防溜车及防脱轨分析与措施

左悦

中铁二十局集团电气化工程有限公司 陕西西安 710119

摘要：随着城市的发展和工商业的繁荣人们对快捷出行的需求越来越迫切。而地铁的便捷、绿色出行等特点促使轨道交通迅猛发展。文章针对地铁工程中大坡度隧道使用电机车运输易发生溜车与脱轨问题，对电机车选用和脱轨进行了分析，并结合工程实践介绍了预防大坡度隧道电机车溜车与脱轨问题的方法和措施，为同类工程的施工提供借鉴。

关键词：大坡度地铁隧道；电机车；溜车；脱轨

目前，地铁建设在我国已经进入快速发展时期地铁隧道采用的盾构施工技术日臻成熟。在盾构施工中，材料运输大多采用电机车及功能车编组运输系统。隧道施工中电机车溜车与脱轨将对轨行区造成一定的伤害，特别是大坡度隧道溜车的危险性较高、可控性相对较低，远距离溜车更是会对盾构设备、人员及工程本身造成难以估量的损害。电机车溜车与脱轨成为许多盾构施工单位所面临的一个问题，从电机车的运行状况和隧道中的狭窄交通环境来看，要彻底消除电机车溜车与脱轨是一件非常困难的事情，但是采取有效的管理和技术手段可以预防溜车与脱轨事故的发生，减少溜车与脱轨所带来的损失。

1工程概况

某项目出入段线从出入段线明挖区间盾构井始发后向西北方向敷设，区间沿线房屋密集，出场线长为649m，入场线长688m。区间线路出段线出电机车段后，以35‰的坡度下坡经过258米后以27‰的坡度进入接收井，出段线隧道最大埋深为22.9m，最大竖曲线半径为2000m；入段线隧道出电机车段后，以34.8‰的坡度经过掘进241m、以27‰的下坡坡度掘进300m、最后以10‰的下坡坡度进入接收井，入线段隧道最大埋深为22.8m，区间最小曲线半径为300m，线路纵坡为一字坡。

2电机车牵引及脱轨分析

2.1电机车编组

盾构施工井下水平运输物料主要有：管片、油脂、泥浆管道、钢轨、轨枕等材料。该项目采用的是泥水平衡盾构机通过排泥泵与泥浆管路输送刀盘切削下来的土砂，不需要配置渣土车运输渣土。根据物料总量和工序安排选用电瓶列车编组包括：电机车一台，物料板车一台，砂浆车一台，管片车两台。管片运输车自重1.74t、物料车重3.5t、砂浆运输车为重车总重为4.5t，管片总重为22.5t、砂浆重15.4t及其他材料2t。

2.2电机车技术参数

45t电机车的的主要参数如下：轨距为0.9m，持续机车行走速度为每小时8.8km，最大时电机车行走速度为每小时25km，启动驱动牵引力为117kN，额定驱动牵引力为104kN，通过最小曲线半径为250m。

2.3电机车牵引重量计算

重载坡道启动的载重量计算公式为：

Fq为启动牵引力；p为电瓶车自重；iq为启动地段的加算坡道千分数，为该项目盾构区间最大坡度；w1为机车单位启动阻力，按牵引规范取5N/kN；w2为货运电机车的启动基本阻力，取值为3.5N/kN；wr为曲线附加阻力，其中R为电机车最小曲线半径取值，按600与R取值wr为2.4。

将数值带入以上公式后计算，可知电瓶车在该项目最大坡道启动牵引吨位Gq为246t。

编组列车进入隧道时为重车，根据电机车编组情况可知牵引负荷G1为96t小于重载坡道启动的载重量Gq。

驶出隧道时功能运输车为空车，可知牵引负荷G2为456t小于重载坡道启动的载重量Gq。

经验算所选用的电瓶车在不同工况下牵引力完全满足现场施工的要求。

2.4电机车脱轨分析

（1）轨道受力分析

图1 钢轨受力模型

P为轮载，θ为接触点A处作切线AB与水平面成的夹角，H为接触点A处作用有轮载和横向水平力，Psinθ为轮载在切线AB上的分力，Hcosθ为横向水平力在切线AB上的分力，μ设摩擦系数为。

轮载在电机车运行过程中，钢轨顶面与车轮踏面无接触，只有轮缘侧面与钢轨侧面接触，如图1所示。θ取决于车轮轮缘工作边与水平面的夹角一轮缘角。轮载在切线上的分力促使车轮沿接触点切线下滑阻止车轮爬轨。横向水平力促使车轮沿接触点切线上爬。车轮上爬或下滑都必克服摩擦力，则上爬或下滑要克服接触点切线方向摩擦力。

（2）脱轨原因分析

电机车在运行时产生较大的振动有可能导致车轮脱离钢轨从而造成行车事故。电机车脱轨原因非常复杂与轨道平顺性和电机车装载及运行环境等因素有关。在爬轨过程中钢轨顶面与车轮踏面无接触，只有轮缘侧面与钢轨侧面接触，横向力过大引起车轮爬轨是造成电机车脱轨的原因之一。在实际运行中发现，更多的电机车脱轨事故是由于轨道稳定性引起的。因此加固轨道是有效预防电机车脱轨的有效措施之一。

3电机车防溜车与防脱轨的有效措施

3.1施工管理措施

建立完善的管理和维修保养制度。严格按照规程每日启动前对整车状况进行检查维保；运行过程中严谨饮酒及疲劳作业，认真填写电机车运行记录，交接班时人对人交接；定期对轨道进行巡查保障轨道及沿线安全；严格按照限度标识驾驶电机车，在内外沟通时采用对讲机联系要求指令要求清晰明确；严禁采用电机车运送人员避免溜车事故发生后增加人员伤亡；所有驾驶人员必须经过严格的培训考试合格后取得操作证后方可上岗；

组织施工和操作人员进行应急演练加强安全意识，增强溜车事故发生后抢险应急能力。

3.2电气制动措施

在电机车制造时采用可靠元器件避免因电气故障诱发溜车；电机车发生溜车事故时势能会快速转换为动能，采用电磁制动和电阻制动方式。溜车时启动制动器将产生的强大的动能转化为热能和电磁能，从而减缓电机车速度使机械刹车更容易发挥作用。

3.3紧急制动措施

在发生溜车事故初期单一的制动措施往往不能有效控制停止电机车。所以可在电机车上配备机械式紧急制动钩，在事故发生初始阶段可触发机械紧急制动锚钩使锚钩垂下勾在轨枕上迫使机车停止。同时在电机车易溜车方向设置轨道撒砂装置，一旦出现溜车事故征兆立即启动撒沙器从而增大电机车车轮与钢轨之间的摩擦力以便快速制动。

3.4防溜车铁鞋

在电机车实际使用中往往需要摘挂连接销对电机车系统进行自由编组。在摘挂连接销时两节不同功能车进行会进行相对运动。摘除连接销时将整列编组分为有电机车编组和无电机车编组两组功能车即有动力编组和无动力编组。其中无动力编组在拆除连接销瞬间由于受到重力作用可能会沿坡道向下滑动造成溜车事故。因此在电机车摘除连接销时必须增加防溜车铁鞋提前对无动力编组进行制动从而达到防溜车的目的。

3.5防溜车锁链

与分离电机车编组类似，在将有动力编组和无动力编组对接时也会有相对运动即有动力编组向无动力编组运动。有动力编组由于停靠位置不能精确控制致使其驶向无动力编组时极有可能会向无动力编组撞击。受到撞击的无动力编组可能会由静止状态变成运动状态，由于坡道存在在重力作用下无动力编组溜车越来越快。为预防撞击造成的溜车，可以各节功能车之间加装防溜车锁链。在对接有动力编组和无动力编组提前将防溜车锁链锁定，即使无动力编组受到撞击也可以通过防溜车锁链临时牵引电机车编组从而预防撞击溜车。

3.6防脱轨措施

经过分析和实践经验保证轨道的稳定性可以有效预防电机车脱轨问题，如采取轨道拉杆加固轨道保证轨距稳定，各个轨枕间焊接钢筋使整个轨道道成为一个整体更有保障轨道整体性。在过小曲线半径时较直线段运行钢轨受力更大，因此限制电机车通过小曲线段速度也可以有效防止脱轨。

4结语

电机车溜车和脱轨事故具有相同的影响因素如轨道、电机车运行速度等，轨道的稳定性是电机车安全运行的基础。通过对大坡度地铁隧道电机车选用计算和使用分析，采取加强施工管理、防溜车锁链、撒砂装置、防溜车铁鞋、轨道拉杆和焊接钢筋等措施，可以有效预防电机车溜车与脱轨事故的发生。

参考文献

[1]武彬华.大坡度地铁隧道电机车防溜车措施分析.黑龙江交通科技,2018.

[2]赵明哲.城市地下综合管廊盾构长大坡度防溜车应急措施,2022.

[3]李成辉.轨道.西南交通大学出版社,2012.