地鐵屏蔽門系統(tǒng)絕緣方案研究

徐 凱

（深圳地鐵集團(tuán)運(yùn)營總部，廣東深圳 518112）

0 引言

為防止乘客上下車時(shí)存在觸電的安全風(fēng)險(xiǎn)，地鐵屏蔽門系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上主要采用了屏蔽門門體對車站地絕緣，并在屏蔽門站臺側(cè)設(shè)置不小于?900??mm?絕緣帶的共同保障方案。但根據(jù)調(diào)查，在各城市地鐵實(shí)際運(yùn)營中，無論是早期建設(shè)的線路還是近期建設(shè)的線路，無論是采用早期的絕緣方案還是采用優(yōu)化后的絕緣方案，都或多或少存在屏蔽門門體及絕緣帶阻值降低甚至失效的問題，由此產(chǎn)生的安全隱患一直困擾著地鐵運(yùn)營管理人員。

1 屏蔽門系統(tǒng)絕緣基本原理

屏蔽門系統(tǒng)絕緣分為門體絕緣和站臺絕緣帶絕緣?2?部分。列車、屏蔽門、乘客安全防護(hù)原理如圖?1?所示，屏蔽門門體與鋼軌軌道采用等電位連接線連接，保障乘客在任何情況下正常上下車時(shí)接觸到的物體與車站地均處于絕緣狀態(tài)，即使屏蔽門門體與列車帶電，乘客經(jīng)過屏蔽門上下車時(shí)也不會因?yàn)殡娢徊疃|電，以此保障乘客人身安全。

2 屏蔽門門體絕緣方案

2.1 門體絕緣方案

屏蔽門門體主要由立柱、機(jī)倉、上蓋板、后蓋板、地檻以及下部支撐組成。目前行業(yè)內(nèi)主要采取的絕緣方案是在固定門體的立柱上下部做絕緣隔離，門體其他組件均由立柱支撐，其上下絕緣連接點(diǎn)均設(shè)置在乘客不能接觸的位置，上部絕緣緊貼樓板或構(gòu)造樑，下部絕緣設(shè)置在地檻下。

圖1 列車、屏蔽門、乘客安全防護(hù)原理（單位：mm）

在實(shí)際工程中，屏蔽門立柱上下部絕緣主要有?2?種方式：上部絕緣一是采用螺桿連接方式（圖?2），二是采用伸縮柱方式（圖?3）；下部絕緣一是采用絕緣套方式（圖?4），二是采用絕緣墊方式（圖?5）。根據(jù)調(diào)查，國內(nèi)外大部分廠家上部絕緣采用螺桿連接方式，下部絕緣采用絕緣墊方式。

2.2 門體絕緣問題分析

通過對各城市地鐵屏蔽門運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)不管采用哪個(gè)品牌、哪種方案，門體絕緣都存在不同程度的降低或失效。通過對深圳地鐵某線路從安裝調(diào)試到投入運(yùn)營近??2??年周期的觀察分析，發(fā)現(xiàn)主要有以下??4??個(gè)問題影響屏蔽門門體絕緣。

（1）隧道金屬粉塵問題。地鐵運(yùn)行時(shí)，車輪與鋼軌接觸產(chǎn)生的金屬粉塵在絕緣組件表面連成線狀，直接將屏蔽門門體與車站地導(dǎo)通，從而導(dǎo)致絕緣下降或失效，此類問題在運(yùn)行越久的線路表現(xiàn)得越嚴(yán)重。同時(shí)，由于土建結(jié)構(gòu)空間限制，下部絕緣組件安裝維護(hù)空間較小，靠近站臺側(cè)絕緣組件很難有效清理，也是導(dǎo)致門體絕緣降低的主要原因。

圖2 螺桿連接方式

圖3 伸縮柱方式

圖4 絕緣套方式

圖5 絕緣墊方式

（2）外界水源問題。因地鐵隧道清洗、結(jié)構(gòu)滲漏水、天氣潮濕等原因?qū)е缕帘伍T門體絕緣降低或失效。下部絕緣采用絕緣墊方式的接觸面較大，部分廠家在絕緣墊上設(shè)計(jì)凹槽以減少接觸面，一旦有水汽滲入將會在凹槽內(nèi)凝為液態(tài)，很難揮發(fā)，直接影響門體絕緣，導(dǎo)致采用絕緣墊方式的屏蔽門系統(tǒng)問題尤為嚴(yán)重。

（3）接口施工不規(guī)范問題。因接口專業(yè)未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)預(yù)留≥25??mm?的電氣間隙要求施工，導(dǎo)致其他系統(tǒng)設(shè)備、管線及支吊架等與屏蔽門門體搭接，直接影響門體絕緣，部分線路還因金屬搭接出現(xiàn)“打火”現(xiàn)象。

（4）絕緣組件材質(zhì)不良問題。有個(gè)別線路因絕緣套材質(zhì)不良出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致粉塵或水汽浸入，從而導(dǎo)致絕緣降低或失效。

2.3 門體絕緣解決方案

2.3.1 針對隧道金屬粉塵問題

在實(shí)際工程應(yīng)用中，隧道金屬粉塵是不可避免的環(huán)境因素。要防止隧道金屬粉塵對絕緣的危害，首先是防止隧道金屬粉塵吸附在絕緣組件表面，但在絕緣組件上增加任何防塵措施都會帶來其他的絕緣問題，因此定期對絕緣組件表面進(jìn)行清潔是保證良好絕緣最簡單有效的措施。在現(xiàn)有工程實(shí)例中下部絕緣可維護(hù)空間設(shè)計(jì)尺寸均偏小，尤其是靠站臺側(cè)基本沒有維護(hù)空間，因此，在工程設(shè)計(jì)中，建議土建結(jié)構(gòu)預(yù)留充足空間，以便于下部絕緣組件的安裝維護(hù)。以絕緣套安裝方式為例，建議屏蔽門下部絕緣設(shè)計(jì)如圖?6?所示，將絕緣套與站臺側(cè)預(yù)留間隙由原來的?25??mm?改為?60??mm?及以上，將原絕緣組件整體高度由原來的?150??mm?改為?200??mm?及以上。

圖6 建議屏蔽門下部絕緣設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

2.3.2 針對外界水源和絕緣組件材質(zhì)問題

建議土建結(jié)構(gòu)及時(shí)對滲漏水進(jìn)行處理，盡可能選擇絕緣套的方式，以減少接觸面積。結(jié)合絕緣套出現(xiàn)裂紋的問題，建議選用絕緣良好的屏蔽門絕緣套材料，其主要性能參數(shù)要求見表?1。

表1 屏蔽門絕緣套性能參數(shù)

2.3.3 針對接口施工不規(guī)范問題

設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)界面，在有條件的情況下，盡量將電氣間隙設(shè)計(jì)更大。同時(shí)，考慮個(gè)別系統(tǒng)特殊情況，如針對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管側(cè)面、底部保溫棉存在脫落的問題，建議在屏蔽門系統(tǒng)正上方不設(shè)計(jì)任何管線、設(shè)備。此外，各系統(tǒng)施工單位還應(yīng)加強(qiáng)施工技術(shù)交底及施工節(jié)點(diǎn)、施工工序工藝的卡控，以保證施工質(zhì)量。

3 屏蔽門站臺絕緣帶絕緣方案

3.1 絕緣帶絕緣方案

目前，行業(yè)內(nèi)根據(jù)敷設(shè)方式主要分為暗敷和明敷?2?種方式，但因明敷采用橡膠絕緣材料很難滿足?GB?50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的防火要求，因此本文只對暗敷絕緣方案進(jìn)行分析。

目前暗敷絕緣方案主要有?3種：①在絕緣帶地磚下方鋪設(shè)絕緣膜；②在絕緣帶地磚下方涂刷環(huán)氧樹脂地坪漆；③采用絕緣涂料加絕緣卷材的鋪設(shè)方案，如圖?7?所示。

3.2 絕緣帶絕緣問題分析

（1）方案①和方案②在施工時(shí)，土建結(jié)構(gòu)面不平整、鋼筋露出、沙石清理不干凈、工序控制不嚴(yán)格、成品保護(hù)不善等問題都可能影響絕緣效果。例如后期因車站內(nèi)環(huán)境濕度過高、結(jié)構(gòu)滲漏水、清潔用水等導(dǎo)致有水滲入絕緣層，導(dǎo)通絕緣帶與屏蔽門地檻和非絕緣帶之間的填縫間隙，使絕緣阻值降低。同時(shí)，上述?2?種方案均采用干拌砂漿水泥，由于砂漿水泥中含有硅酸鹽、氫氧化鈣等導(dǎo)電成分，施工時(shí)若絕緣帶與屏蔽門地檻和非絕緣帶間隙隔離處理不當(dāng)，也極有可能造成絕緣阻值降低，且對分段絕緣影響也較大，在后期運(yùn)營維護(hù)中很難準(zhǔn)確判斷問題點(diǎn)，將對運(yùn)營維護(hù)帶來較大困難。

（2）方案③是目前地鐵行業(yè)普遍應(yīng)用的絕緣方案。通過對多個(gè)城市地鐵建設(shè)、運(yùn)營調(diào)研發(fā)現(xiàn)采用該方案，在施工階段施工環(huán)境較惡劣的情況下，所有絕緣阻值都大于?0.5??MΩ，絕大部分絕緣阻值還在?5??MΩ?以上，有的甚至達(dá)到幾十兆歐。但是運(yùn)營后，有些線路絕緣仍然出現(xiàn)絕緣阻值降低或失效的問題，通過大量的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)主要存在以下?3?個(gè)問題：①絕緣帶靠屏蔽門地檻側(cè)預(yù)留間隙施工不規(guī)范，設(shè)計(jì)一般預(yù)留?10??mm?作為填縫收口用，但施工完成后預(yù)留間隙不足，導(dǎo)致絕緣棒和填縫膠施工困難，施工工藝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致絕緣阻值降低；②絕緣帶靠屏蔽門地檻側(cè)填縫膠施工時(shí)，砂石、水汽、雜物等清理不徹底，導(dǎo)致絕緣阻值降低；③施工時(shí)干拌砂漿水泥中含有的水分、結(jié)構(gòu)滲水或者后期運(yùn)營清潔等其他問題導(dǎo)致絕緣帶中的水汽從填縫膠處排出，導(dǎo)通車站地，從而導(dǎo)致絕緣阻值降低。

圖7 絕緣涂料加絕緣卷材的鋪設(shè)方案（單位：mm）

3.3 絕緣帶絕緣解決方案

通過對不同方案存在的問題分析，發(fā)現(xiàn)采用絕緣涂料加絕緣卷材鋪設(shè)的方案要優(yōu)于早期應(yīng)用方案。因此本文主要針對采用絕緣涂料加絕緣卷材鋪設(shè)方案存在的問題提出解決方案。

（1）針對絕緣帶靠屏蔽門地檻側(cè)預(yù)留間隙施工不規(guī)范問題，建議從設(shè)計(jì)上考慮將預(yù)留間隙施工誤差從?10??mm?改為??15～20??mm，以保證施工空間。

（2）改進(jìn)絕緣縫設(shè)計(jì)，建議改進(jìn)后的絕緣縫施工如圖?8?所示。將原來設(shè)在絕緣棒和絕緣密封膠以下的絕緣卷材改為伸出地面，與屏蔽門地檻、地磚表面三者齊平，避免填縫膠施工時(shí)砂石、水汽、雜物等清理不徹底帶來的絕緣問題。同時(shí)保證絕緣帶和屏蔽門門體形成獨(dú)立的絕緣體，當(dāng)一方絕緣失效時(shí)，互不影響。

圖8 改進(jìn)后的絕緣縫施工圖

（3）嚴(yán)格控制施工工藝，保證所有工藝均符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。同時(shí)優(yōu)化工序，延長干拌砂漿水泥的風(fēng)干周期，盡量減少地磚鋪設(shè)后絕緣帶內(nèi)產(chǎn)生水汽。

（4）無論采用哪種絕緣方案施工的絕緣帶，運(yùn)營單位在運(yùn)營管理中，都應(yīng)嚴(yán)禁用水沖洗絕緣帶。

4 結(jié)論與建議

（1）屏蔽門系統(tǒng)絕緣涉及機(jī)械、電氣、土建結(jié)構(gòu)、安裝裝修等專業(yè)，是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工程項(xiàng)目，接口工藝設(shè)計(jì)及施工接口管理都非常重要。無論采用哪種形式的絕緣方案，都需要在建設(shè)階段嚴(yán)格卡控每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能有力保障絕緣質(zhì)量。

（2）涉及絕緣要求的系統(tǒng)設(shè)備或設(shè)施，對防水要求較高。運(yùn)營管理單位應(yīng)高度重視屏蔽門系統(tǒng)絕緣的防水管理，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)滲漏水、管道滲漏水等其他系統(tǒng)影響屏蔽門系統(tǒng)絕緣時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，并且嚴(yán)格要求車站保潔嚴(yán)禁用水沖洗絕緣帶。

（3）無論采用哪種絕緣方案，或多或少都存在絕緣降低或失效的問題，是典型的行業(yè)難題。目前行業(yè)內(nèi)已有單位研究屏蔽門門體結(jié)構(gòu)全部采用絕緣材料，對門體絕緣能夠起到較好的作用。在絕緣帶方面，市場上已有廠家生產(chǎn)出高性能絕緣地板，通過對其產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，泡水?1?個(gè)月取出后用毛巾將地磚表面水漬擦拭干凈后用?500??V?兆歐表測試，絕緣電阻仍然接近無窮大；模擬現(xiàn)場情況，安裝地磚后測試數(shù)據(jù)在?50??MΩ?以上，但兩塊磚縫之間的絕緣阻值則低于?0.5??M Ω。若接縫絕緣阻值問題能夠有效解決，該材料作為絕緣帶的新材料也是一種良好的選擇。