隧道抗風壓防火門的兩項團體標準解析

王奕然，李 磊，付 超，祝 嵐

（1. 北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037；2. 中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

1 編制背景

城市軌道交通隧道作為列車運行的封閉狹長空間，一旦發(fā)生火災，人員的疏散和事故救援十分困難。為了使兩條單線區(qū)間隧道可以互為火災時的疏散和事故救援通道，國家標準《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2013)的28.2.4條規(guī)定：“兩條單線區(qū)間隧道應設聯(lián)絡通道，相鄰兩個聯(lián)絡通道之間的距離不應大于600 m，聯(lián)絡通道內(nèi)應設并列反向開啟的甲級防火門，門扇的開啟不得侵入限界?！盵1]此外，城市軌道交通多項相關工程標準規(guī)范中亦有類似規(guī)定[2-4]。

受隧道空間的限制，當列車在隧道中行進時，列車所推擠的空氣形成對列車運行前方物體的正壓作用；而列車尾端后存在渦旋區(qū)域，也會對后方物體產(chǎn)生負壓作用，由此形成與列車行進方向相同的活塞風。列車在隧道行進過程中產(chǎn)生的活塞風，會對隧道內(nèi)的設備設施產(chǎn)生交替性的正負壓沖擊。由于長期受到列車活塞風作用，區(qū)間隧道聯(lián)絡通道中的防火門存在發(fā)生損壞脫落、威脅行車安全甚至造成嚴重事故的風險。2011年6月19日，北京地鐵4號線新宮站—公益西橋站區(qū)間防火門變形脫落，使得三軌對走行軌短路停電，造成高米店橋北站—公益西橋站之間停運長達3 h[5]。2013年1月8日，昆明地鐵首期工程南段列車在空載試運行過程中，高架與地下隧道過渡段處的防火門墜落，侵入行車線路限界，導致第一節(jié)車廂脫軌，司機室通風單元墜落，造成值班司機一死一輕傷[6]。此后，為了避免悲劇再次發(fā)生，各地紛紛采取措施，提高防火門產(chǎn)品的抗風壓性能[7]，提升防火門施工安裝質量，加強運營維護管理[8]。

但是，各地實際工程的做法和效果卻存在著很大差異。究其原因，主要是缺乏統(tǒng)一的抗風壓防火門產(chǎn)品與工程技術標準。為解決標準缺失的問題，中國城市軌道交通協(xié)會在《關于下達2017年第二批第二次團體標準修訂計劃的通知》(中城軌[2017]020號)中，將隧道抗風壓防火門的相關標準編制列入計劃。相關標準由中國城市軌道交通協(xié)會安全管理專業(yè)委員會提出，由北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司主編，有從事城市軌道交通工程建設、運營管理、設計研究、施工安裝、質量監(jiān)督以及防火門設備生產(chǎn)的12家單位參與編寫。

2020年9月29日，產(chǎn)品標準《城市軌道交通隧道抗風壓防火門》(T/CAMET 05001—2020)[9]及工程建設標準《城市軌道交通隧道抗風壓防火門工程技術規(guī)范》(T/CAMET 05002—2020)[10]兩項中國城市軌道交通協(xié)會團體標準正式發(fā)布，并于2021年1月1日起實施。

2 產(chǎn)品標準

2.1 主要內(nèi)容

抗風壓防火門產(chǎn)品標準《城市軌道交通隧道抗風壓防火門》(T/CAMET 05001-2020)包含范圍，規(guī)范性引用文件，術語和定義，分級、分類與標記，要求，試驗方法，檢驗規(guī)則，標志、包裝、運輸，貯存，共8章和1個附錄。其中，“分級、分類與標記”章節(jié)規(guī)定了抗風壓性能分級標準，“要求”章節(jié)規(guī)定了抗風壓防火門的一般要求、材料、配件、焊縫、反復啟閉、耐火、抗風壓、防腐等性能的要求，“試驗方法”章節(jié)規(guī)定了各種性能要求的試驗方法，“檢驗規(guī)則”章節(jié)規(guī)定了產(chǎn)品出廠檢驗和型式檢驗內(nèi)容，附錄給出了抗風壓性能試驗方法。

2.2 主要特點

2.2.1 抗風壓性能分級

在實際工程中，聯(lián)絡通道防火門所承受的活塞風壓與隧道阻塞比、列車運行速度和防火門安裝位置等因素相關，數(shù)值大小不一。為了實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化設計與生產(chǎn)，本標準將防火門抗風壓性能按承壓能力分為三級，分別對應±2、±4、±6 kPa。

根據(jù)對運營線路的測試，在列車速度小于80 km/h的情況下，防火門承受的列車活塞風壓一般不超過±1.6 kPa，如圖1所示?？紤]一定的余量，本標準規(guī)定隧道抗風壓防火門的抗風壓能力不應低于±2 kPa。

圖1 不同運營線路防火門的承壓測試結果Figure 1 Pressure test results of fire doors in different operation lines

根據(jù)北京大興機場快線的隧道列車空氣動力學分析，當列車運行速度達到160 km/h時，隧道內(nèi)設施承受的單向活塞風壓可能超過±2 kPa。本標準的適用范圍為最高運行速度不超過160km/h的城市軌道交通工程所采用的隧道抗風壓防火門，同時考慮防火門可能存在雙向承壓的情況，所以將防火門抗風壓性能的最高等級確定為±6 kPa。

2.2.2 產(chǎn)品性能要求

本標準以國家標準《防火門》(GB 12955—2008)為基礎，結合城市軌道交通隧道抗風壓防火門的使用環(huán)境條件，并參考了在編的鐵路標準《隧道洞室門技術條件》的有關內(nèi)容，重點強化了與抗風壓性能和防腐性能相關的要求。

通過大量工程調研發(fā)現(xiàn)，防火門的抗風壓性能與門體結構、防火鎖、鉸鏈、閉門器等配件的質量密切相關。提高門體及門框結構的整體性，可以提升防火門的承壓能力，因此本標準要求采用無亮窗、有下框(四邊均設門框)、門扇無玻璃的平開門。防火鎖一旦鎖定失效，防火門在打開狀態(tài)下，極易被活塞風扇動，導致破壞而發(fā)生脫落，因此本標準要求鎖定點的數(shù)量不少于三點；同時為便于疏散，需采用推閂機構。為提高門扇的抗風壓能力，抗風壓防火門的門扇較一般防火門要重，鉸鏈容易出現(xiàn)變形而導致門扇下沉，影響門體正常關閉，因此本標準要求鉸鏈板厚不應小于8 mm，鉸鏈每側安裝數(shù)量不應少于3個。在夜間隧道檢修時間段，防火門被運維人員打開后沒有在閉門器的作用下正常關閉，是導致防火門損壞的重要原因，因此本標準要求應安裝一級品閉門器，并與門扇質量、門扇寬度匹配，以保證自閉性能。

地鐵隧道環(huán)境中的濕度較大，特別是在南方地區(qū)，容易引起金屬材質的防火門發(fā)生腐蝕，從而降低防火門的結構強度，如圖 2(a)所示。另外，防火門門扇內(nèi)部的珍珠巖填料具有一定的腐蝕性，也會導致防火門發(fā)生腐蝕，如圖2(b)所示。本標準一方面要求門扇面板及龍骨、門框板、防火鎖、防火合頁(鉸鏈)、防火閉門裝置、防脫落鏈、緊固件等部件采用滿足環(huán)境防腐要求的材料，另一方要求防火門在使用過程中不應產(chǎn)生腐蝕性物質。推薦采用不低于304不銹鋼防腐性能的材料，采用其他材料時應進行鹽水噴霧測試。

圖2 防火門腐蝕情況Figure 2 Corrosion of fire door

2.2.3 性能檢驗方法

本標準以國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》(GB/T 7106—2019)為基礎，結合城市軌道交通隧道活塞風壓周期特征和抗風壓防火門的受力特點，并參考在編的鐵路標準《隧道洞室門技術條件》的有關內(nèi)容，提出了防火門抗瞬時風壓和抗疲勞風壓的檢測方法。

抗瞬時風壓檢測包括分級風壓和極限風壓檢測，其中極限風壓為分級風壓的 1.5倍，檢測方法與標準GB/T 7106-2019類似，只進行單次加壓檢測。對于抗疲勞風壓檢測，標準GB/T 7106—2019要求的反復加壓檢測次數(shù)僅為5次。以往工程中的抗風壓防火門產(chǎn)品按此標準進行檢測，與實際工程中的受力情況存在巨大的差異，不能反映防火門的抗疲勞風壓能力。按300對/d的行車數(shù)計算，若防火門單面承受活塞風壓，100萬次相當于約10年的時間，基本可以滿足實際工程需要。同時，考慮檢驗工作的時間成本，本標準提出了在分級風壓交替沖擊100萬次作用下的抗疲勞風壓檢測方法。另外，從運營線路的防火門承壓測試可以看出，列車經(jīng)過聯(lián)絡通道處時防火門承受的風壓最高，之后迅速發(fā)生正負壓轉化，壓力變化速率很快，如圖3所示。標準GB/T 7106—2019要求反復加壓檢測的風壓加載速度為300～500 Pa/s，本標準將該速度提升為 600～1200 Pa/s，更加接近防火門承受活塞風快速沖擊的實際情況。

圖3 防火門承受的風壓變化情況Figure 3 Variation of wind pressure on fire doors

為了驗證本標準提出的抗風壓性能檢驗方法的合理性和可行性，標準編制組開展了相關驗證試驗工作：搭建了試驗平臺(見圖4)，并對3樘不同生產(chǎn)廠家的隧道抗風壓防火門和1樘普通防火門進行了50萬次對比試驗。結果表明，本標準提出的檢驗方法完全可以實現(xiàn)；試驗條件模擬真實環(huán)境且甚為嚴苛，可以有效識別出抗風壓性能不合格的產(chǎn)品。

圖4 抗風壓性能試驗平臺Figure 4 Wind resistant performance test platform

3 工程技術標準

3.1 主要內(nèi)容

抗風壓防火門工程技術標準《城市軌道交通隧道抗風壓防火門工程技術規(guī)范》(T/CAMET 05002—2020)包含范圍、規(guī)范性引用文件、術語和定義、設計、施工與驗收、維護管理，共6章和4個附錄。其中，“設計”章節(jié)規(guī)定了隧道聯(lián)絡通道內(nèi)防火門的設置要求和接口要求；“施工與驗收”章節(jié)規(guī)定了抗風壓防火門進場檢驗、安裝與調試以及驗收要求；“維護管理”章節(jié)規(guī)定了抗風壓防火門檔案管理和檢查維護要求。另外，附錄給出了隧道抗風壓防火門工程施工現(xiàn)場質量管理檢查、施工過程檢驗與驗收、運營檢查與維護的各類可參照記錄表單。

3.2 主要特點

3.2.1 工程設計要求

本標準以國家標準《地鐵設計規(guī)范》(GB 50157—2003)和《地鐵設計防火標準》(GB 51298—2018)為基礎，提出了抗風壓防火門的工程設計要求。

如前所述，實際工程中的聯(lián)絡通道防火門所承受的活塞風壓各不相同，工程設計應根據(jù)隧道阻塞比、列車運行速度、防火門安裝位置、列車編組、隧道的長度、中間風井及泄壓裝置設置等多種因素，通過列車空氣動力學計算，確定隧道抗風壓防火門的抗風壓等級。

根據(jù)實際工程經(jīng)驗，門框的土建預埋件問題多。在區(qū)間土建結構施工時，很多項目沒有預留防火門安裝所需的預埋件，門框與墻體之間僅采用膨脹螺栓固定，完全無法承受活塞風的反復沖擊，防火門門框會很快松動、變形。本標準規(guī)定，隧道抗風壓防火門與墻體宜通過預埋件連接，不應采用膨脹型錨栓固定。進一步，為了防止門框與預埋件之間的焊接導致門框變形，影響安裝精度和抗風壓性能，本標準推薦有條件時采用整體復框預埋，防火門與預埋復框之間完全通過螺栓連接，避免現(xiàn)場動焊。

根據(jù)交通運輸部《城市軌道交通初期運營前安全評估技術規(guī)范 第1部分：地鐵與輕軌》的有關規(guī)定，本標準規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)宜具有防火門遠程監(jiān)視與報警的功能，且宜設置具有視頻記錄功能的中央視頻監(jiān)控(CCTV)攝像機來監(jiān)視防火門狀態(tài)。

3.2.2 施工與驗收要求

本標準以國家標準《防火卷簾、防火門、防火窗施工及驗收規(guī)范》(GB 50877—2014)為基礎，提出了抗風壓防火門安裝的施工與驗收要求。

鑒于防火門安裝的土建預留條件對保證防火門安裝精度和抗風壓性能十分重要，本標準規(guī)定除常規(guī)的進場檢驗外，還應對門洞位置與尺寸、預埋件位置與尺寸等土建預留條件進行全數(shù)進場檢驗。

本標準立足于“預防為主、先導試點”的原則，提出抗風壓防火門施工安裝實行首件工程認可制，即抗風壓防火門批量安裝前需進行首件安裝工程驗證。首件安裝可在現(xiàn)場或外部模擬條件下進行，其數(shù)量應由工程建設單位與監(jiān)理單位、施工單位根據(jù)工程具體情況確定。首件安裝應由施工單位按工藝規(guī)程操作，監(jiān)理單位進行安裝后驗收。檢驗結果合格后，應由監(jiān)理單位批準，再進行現(xiàn)場批量安裝。如果首件安裝施工過程或者檢驗結果有一項不合格，則不可開始批量安裝。通過對首件工程的各項質量指標進行綜合評價，指導工程實施，及時預防和糾正施工中有可能產(chǎn)生的質量問題。

3.2.3 維護管理要求

本標準以國家標準《防火卷簾、防火門、防火窗施工及驗收規(guī)范》(GB 50877—2014)為基礎，提出了運營過程中的維護管理要求。

針對運營過程中隧道抗風壓防火門無人管理或疏于管理的情況，本標準要求將其納入消防設施的范疇，配備專門人員，通過建立設備檢查和維護管理制度進行統(tǒng)一管理。隧道抗風壓防火門的運營環(huán)境條件惡劣、復雜，發(fā)生事故的后果嚴重，通過提升檢查維護的強度來提升其運營安全性是十分必要的。為此，本標準提出了每日、每季度和每半年需要對抗風壓防火門進行檢查和維護的工作內(nèi)容。

在夜間隧道檢修時間段，聯(lián)絡通道被運維人員使用、通行的情況難以避免和控制，這就使抗風壓防火門始終存在打開后未正常關閉的風險，而每日通過人工現(xiàn)場核實防火門開閉情況既不現(xiàn)實也不可靠。因此，本標準建議每日通過中央視頻監(jiān)控(CCTV)攝像機和啟閉反饋信號，對隧道抗風壓防火門進行檢查，檢查其是否正常關閉、其周邊是否有影響門扇啟閉的物品。

從標準編制過程中的 50萬次抗疲勞風壓能力試驗看，即使防火門產(chǎn)品采取了大量提升抗風壓能力的措施，但由于使用環(huán)境條件過于惡劣，每隔一段時間也需要對防火門進行必要的維護，否則亦難以保持完好的狀態(tài)。因此，本標準分別建議每季度和每半年對防火門的重要配件及連接件進行必要的檢查和維護。

4 結語

兩項隧道抗風壓防火門團體標準的頒布實施，將會促進行業(yè)內(nèi)盡快形成統(tǒng)一的隧道抗風壓防火門工程實施標準，對降低運營風險和保障運營安全將發(fā)揮積極作用。今后可在以下幾個方面開展相關研究，以進一步提升聯(lián)絡通道防火門的安全性。

1) 聯(lián)絡通道防火門的設置標準。在目前的實際工程中，聯(lián)絡通道內(nèi)既有設置一道防火門也有設置兩道防火門的情況，究竟如何確定設置標準值得思考。從防火門承壓的角度分析：設置兩道門避免了防火門的雙向承壓，可改善門體的受力情況，延長使用壽命；設置一道防火門需雙向承壓，但可以減少防火門的數(shù)量，設備故障點也相應減少。另外，從消防疏散角度分析，設置一道門優(yōu)于設置兩道門。

2) 新型聯(lián)絡通道防火門。在目前的實際工程中，聯(lián)絡通道防火門產(chǎn)品均為常開式平開門，而美國與日本的相關標準允許采用推拉式防火門或常開式防火門。從門體結構和受力特點上看，這兩種門體形式較常開式平開防火門更有利于減小活塞風壓對門體的影響，從而提升抗風壓能力。國內(nèi)軌道交通行業(yè)尚需盡快將推拉式防火門納入防火門體系，并開發(fā)相關產(chǎn)品。對于常開式防火門，則需結合安裝方式，研究活塞風壓對常開門扇的影響以及相應的門扇固定措施。

3) 取消聯(lián)絡通道防火門的可能性。雖然兩項團體標準已頒布實施，但是聯(lián)絡通道防火門仍然是城市軌道交通建設與運營管理的難點與痛點。為徹底解決這個問題，國內(nèi)已開始研究通過構建聯(lián)絡通道內(nèi)的氣流，阻止火災煙氣從火災隧道向非火災隧道蔓延，在不設置防火門的情況下滿足非火災隧道的安全要求，從而取消或減少聯(lián)絡通道防火門的設置數(shù)量[11]。由于防火門的設置與否涉及現(xiàn)行國家標準的強制性規(guī)定，所以在工程實施層面取消防火門尚需進一步研究論證。