城市軌道交通站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣方案研究

張俊嶺

(中鐵第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司設(shè)備設(shè)計(jì)處，430063，武漢//高級(jí)工程師)

行車(chē)鋼軌是整體回流通路的負(fù)回流線，可將經(jīng)由接觸網(wǎng)的直流電輸送回負(fù)極端。為了防止運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的雜散電流對(duì)地下金屬管線造成電腐蝕，鋼軌與大地相互絕緣,故而鋼軌與大地間存在90～150 V的電位差。為了防止跨步電壓，車(chē)站站臺(tái)門(mén)與鋼軌進(jìn)行等電位連接。因此，地鐵站臺(tái)門(mén)的絕緣性十分重要。站臺(tái)門(mén)需要絕緣安裝，站臺(tái)側(cè)地板也需要絕緣，才能保證乘客在上下車(chē)觸碰到車(chē)體和站臺(tái)門(mén)門(mén)體時(shí)，不會(huì)有觸電的風(fēng)險(xiǎn)。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》也明確要求地鐵站臺(tái)門(mén)必須絕緣安裝。但受到絕緣材料、施工環(huán)境、運(yùn)營(yíng)維保等條件制約，目前國(guó)內(nèi)站臺(tái)門(mén)的絕緣阻值很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)有的站臺(tái)門(mén)絕緣方案也存在很多不足。

1 現(xiàn)有站臺(tái)門(mén)絕緣方案

方案一：站臺(tái)門(mén)門(mén)體與土建結(jié)構(gòu)上下連接支座處設(shè)置絕緣套管及絕緣板等部件，使站臺(tái)門(mén)絕緣。這是我國(guó)地鐵普遍采用的方案。實(shí)踐證明，這種方案的絕緣可靠性差。當(dāng)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，絕緣普遍失效。

方案二：定制絕緣門(mén)檻，使用化工塑料類(lèi)材料作內(nèi)部支撐件與門(mén)體支座連接，支撐件外包金屬面以經(jīng)受乘客鞋底高強(qiáng)度磨檫。該方案價(jià)格高，應(yīng)用較少。

方案三：站臺(tái)門(mén)門(mén)體全部使用絕緣件。門(mén)體金屬外表面包裹一定厚度的樹(shù)脂類(lèi)材料，由金屬骨架受力，由樹(shù)脂類(lèi)材料絕緣。該方案絕緣性能很好，但站臺(tái)門(mén)表面的樹(shù)脂類(lèi)材料為難燃或阻燃材料，其防火性能較金屬表面大為降低。而且GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，地鐵站臺(tái)所有裝修材料都必須是不燃材料?？梢?jiàn)，站臺(tái)門(mén)樹(shù)脂類(lèi)材料表面并不完全符合規(guī)范要求。

也有部分線路采用表面貼膜或刷涂絕緣漆的方案來(lái)增加絕緣防護(hù)。但站臺(tái)門(mén)門(mén)檻由于被乘客鞋底高強(qiáng)度磨損，難以保持絕緣持久性。

由上述分析可見(jiàn)，這些方案都難以滿足實(shí)際需求，需要進(jìn)一步分析這些方案的門(mén)檻絕緣失效原因，提出新方案。

2 門(mén)檻絕緣失效原因分析

2.1 現(xiàn)有門(mén)檻安裝方式

2.1.1 門(mén)檻踏板與緊固板連接方式

某廠家的地鐵站臺(tái)門(mén)門(mén)檻踏板與金屬緊固板以焊接方式進(jìn)行連接，兩者相互導(dǎo)通。依靠金屬緊固螺栓與金屬緊固板內(nèi)螺紋的配合，緊密連接門(mén)檻踏板與站臺(tái)門(mén)底座。該門(mén)檻連接結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 門(mén)檻踏板與緊固板連接圖

2.1.2 門(mén)檻踏板與立柱包板連接方式

某廠家的站臺(tái)門(mén)門(mén)檻踏板與立柱包板緊密連接，且兩者互相導(dǎo)通，但固定門(mén)踏板與活動(dòng)門(mén)踏板之間沒(méi)有做絕緣斷開(kāi)處理。該門(mén)檻連接示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 門(mén)檻踏板與立柱包板配合圖

2.2 站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣失效原因

通過(guò)分析現(xiàn)行地鐵線路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有門(mén)檻安裝方式可知，站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣失效的主要原因?yàn)椋?/p>

1) 站臺(tái)門(mén)門(mén)檻踏板同緊固板及立柱包板連接緊密，連接處未做絕緣處理，相互導(dǎo)通。而且立柱包板的絕緣效果差。因而門(mén)檻絕緣過(guò)于依賴(lài)底座連接處的絕緣子。

2) 在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，站臺(tái)門(mén)底座絕緣子容易積灰、堆積金屬粉塵，從而導(dǎo)致其絕緣失效。

3) 活動(dòng)門(mén)門(mén)檻踏板與固定門(mén)門(mén)檻踏板相互接通，兩者相互影響，一方的磨損情況會(huì)影響另一方的絕緣效果。

地鐵站臺(tái)門(mén)具有隔斷站臺(tái)公共區(qū)和列車(chē)軌行區(qū)、節(jié)約通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的功能。站臺(tái)門(mén)也是站臺(tái)上面積最大的裝修區(qū)域，為站臺(tái)導(dǎo)向、廣告投放提供了顯示位置，與其它很多相關(guān)專(zhuān)業(yè)具有大量的接口。

在施工過(guò)程中，站臺(tái)門(mén)專(zhuān)業(yè)施工會(huì)和其他專(zhuān)業(yè)施工交叉進(jìn)行。施工產(chǎn)生的混凝土碎渣、粉塵、暖通水體影響，以及土建結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的站臺(tái)門(mén)安裝精度等因素均會(huì)影響站臺(tái)門(mén)門(mén)檻的絕緣效果。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，溫度及濕度的變化，特別是地域氣候的差異而導(dǎo)致的水霧影響，均會(huì)降低現(xiàn)有站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣子的絕緣效果。

所以，僅靠現(xiàn)有的門(mén)檻絕緣結(jié)構(gòu)是很難達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的。這對(duì)后期運(yùn)營(yíng)的絕緣保護(hù)也是一大挑戰(zhàn)，改良門(mén)檻絕緣方式勢(shì)在必行。

3 站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣新方案

3.1 新方案的絕緣思路

目前，在站臺(tái)門(mén)整體絕緣性能無(wú)法得到保證的情況下，為保證乘客安全，站臺(tái)門(mén)門(mén)檻新方案應(yīng)既不對(duì)現(xiàn)有站臺(tái)門(mén)門(mén)體結(jié)構(gòu)作大的變動(dòng)，又不增加門(mén)體造價(jià)，并使門(mén)檻具備永久絕緣功能。參考現(xiàn)有方案，可采用對(duì)站臺(tái)門(mén)門(mén)體涂刷絕緣凃?qū)?，?duì)活動(dòng)門(mén)門(mén)檻節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部絕緣處理的方法。這是效果很好的被動(dòng)防護(hù)。

在現(xiàn)有方案中，站臺(tái)門(mén)門(mén)檻同緊固板及立柱包板是導(dǎo)通的，不存在絕緣電阻。因此可對(duì)地鐵站臺(tái)門(mén)的門(mén)檻同地面支座及立柱包板等的連接處進(jìn)行隔斷處理，從而使站臺(tái)活動(dòng)門(mén)與門(mén)檻實(shí)現(xiàn)獨(dú)立絕緣的效果。

將門(mén)檻同緊固板及立柱包板連接部位的金屬零部件替換成絕緣材料的零部件，則連接處便具可起到絕緣隔斷的作用，然后再用絕緣材料將隔斷部分進(jìn)行填充，更是可以大大增加絕緣性能。

3.2 絕緣材料的選取

新絕緣方案所使用的隔離絕緣材料及絕緣螺栓等，既要具備優(yōu)異的絕緣性能，又具備優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度。經(jīng)比較分析，本研究選取工程塑膠PEEK(聚醚醚酮)來(lái)替換金屬材料。

PEEK現(xiàn)已廣泛使用于航天、核電及軌道交通等領(lǐng)域。PEEK的材料拉伸強(qiáng)度達(dá)175 MPa,壓縮強(qiáng)度達(dá)250 MPa，扭轉(zhuǎn)斷裂扭矩達(dá)到11.8 N·m，能完全滿足門(mén)檻與立柱以及門(mén)檻與支座連接處的材料力學(xué)強(qiáng)度要求。

3.3 門(mén)檻絕緣新方案

3.3.1 新方案一

新方案一為絕緣緊固板替換方案。先將金屬緊固板替換為絕緣材料板，再對(duì)站臺(tái)門(mén)門(mén)檻和底座進(jìn)行“隔斷”處理，最后將門(mén)檻踏板和立柱包板的間隙用中性絕緣材料填充。

1) 將原有的金屬緊固板替換成絕緣緊固板，再將新絕緣緊固板與門(mén)檻踏板連接。這能使門(mén)檻踏板與緊固板在導(dǎo)電性能上實(shí)現(xiàn)“隔斷”的效果。以某站臺(tái)門(mén)為例，在絕緣緊固板側(cè)邊設(shè)置2個(gè)φ4 mm的通孔，再通過(guò)六角法蘭自鉆自攻螺釘實(shí)現(xiàn)門(mén)檻踏板與門(mén)檻的固定。細(xì)部構(gòu)造如圖3所示。

圖3 門(mén)檻踏板與絕緣緊固板連接細(xì)部構(gòu)造示意圖

2) 門(mén)檻踏板與底座先“隔斷”處理后，再連接。將絕緣緊固板替換為絕緣材料之后，門(mén)檻踏板與底座仍舊通過(guò)原有緊固螺栓固定，但此時(shí)絕緣緊固件中的絕緣墊片厚5.0 mm(見(jiàn)圖4～5，使得門(mén)檻踏板與金屬墊板相互隔開(kāi)。

圖4 門(mén)檻踏板與底座連接示意圖

3) 門(mén)檻踏板與立柱包板的絕緣處理。門(mén)檻踏板總長(zhǎng)比原有長(zhǎng)度縮短2.5 mm，使得安裝后的踏板與踏板之間形成5.0 mm寬間隙，而門(mén)檻踏板與立柱包板之間形成3.0 mm寬的間隙。在間隙處打入中性絕緣硅酮結(jié)構(gòu)膠，形成絕緣帶。

圖5 門(mén)檻踏板與立柱包板連接示意圖

新方案一中，雖然地鐵站臺(tái)門(mén)門(mén)檻和支撐底座依然是互相連接的，卻已不再導(dǎo)通。通過(guò)對(duì)門(mén)檻連接的局部處理，簡(jiǎn)單高效地完成了絕緣處理。

3.3.2 新方案二

新方案二為滑槽式固定方案。將金屬緊固板替換為絕緣緊固板，在絕緣緊固板兩側(cè)開(kāi)10 mm×3 mm通長(zhǎng)的滑槽，并將門(mén)檻踏板兩側(cè)的金屬板翻卷成8 mm寬卷邊，使絕緣緊固板滑槽與門(mén)檻踏板卷邊配合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理隔斷。具體結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 滑槽式固定方案示意圖

新方案二通過(guò)滑槽連接的方法使站臺(tái)門(mén)門(mén)檻之間互相絕緣，從而增大了門(mén)體絕緣阻值。

3.3.3 新方案三

新方案三為絕緣緊固螺栓方案。將原本的金屬螺栓替換為綜合性能優(yōu)異的絕緣緊固螺栓，并在金屬固定板與站臺(tái)門(mén)底座間增加一層2 mm厚的絕緣板。絕緣螺栓穿過(guò)絕緣板后與金屬固定板內(nèi)螺紋配合完成連接，從而實(shí)現(xiàn)隔斷絕緣。新方案三的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

3.4 方案分析

以上三種新方案的絕緣原理一致，即對(duì)門(mén)檻兩端同門(mén)柱及支座的連接處進(jìn)行局部絕緣處理，不需對(duì)站臺(tái)門(mén)門(mén)體結(jié)構(gòu)作大的調(diào)整，就能實(shí)現(xiàn)門(mén)檻的獨(dú)立絕緣的目的，避免了過(guò)度依賴(lài)站臺(tái)門(mén)門(mén)體支座絕緣子，使得乘客和工作人員的安全得到更大的保障。

圖7 絕緣螺栓方案示意圖

此外，由于PEEk價(jià)格適中，故新方案還具備良好的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)現(xiàn)行地鐵線路站臺(tái)門(mén)門(mén)檻的結(jié)構(gòu)局限性，從站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣失效的原因及安裝方式出發(fā)，探討其絕緣失效的原因，結(jié)合生產(chǎn)、安裝的實(shí)際情況，提出了3個(gè)站臺(tái)門(mén)門(mén)檻絕緣新方案。

這些新方案已通過(guò)理論驗(yàn)證和工程化試驗(yàn)，均被證明是切實(shí)可行的。部分新方案已應(yīng)用在實(shí)際的城市軌道交通項(xiàng)目中，絕緣效果良好。

需要特別注意的是，如采用其他絕緣材料，須對(duì)替換絕緣件的絕緣強(qiáng)度和材料性能進(jìn)行檢測(cè)和比對(duì)，滿足要求后方能使用。