地鐵單洞雙線隧道雙扇防護密閉隔斷門研制

盧緒智 黃靜華 楊 潔 劉 首 張曉辰

(軍事科學院國防工程研究院，100850，北京//第一作者,工程師)

1 研究背景

哈爾濱市的地鐵系統(tǒng)始建于2008年[1]，然而其隧道工程的歷史可追溯至1973年。當時，沈陽軍區(qū)決定在沈陽、長春及哈爾濱3座城市修建戰(zhàn)備大隧道。后來,哈爾濱市決定利用戰(zhàn)備隧道修建地鐵，實現(xiàn)“平戰(zhàn)結(jié)合”。該戰(zhàn)備大隧道工程于1973年開始規(guī)劃，1975年開始施工，至1979年共建成隧道10.1 km和5座車站。其中，連續(xù)貫通隧道7.5 km。隧道主體為凈跨7.3 m、凈高6 m的封閉結(jié)構(gòu)，埋深約22 m，主要采用暗挖法施工[2]。

哈爾濱地鐵1號線修建時對戰(zhàn)備隧道進行了人防工程改造[3]。地鐵平時是地下交通干線;戰(zhàn)時,既是城市人民防空的疏散干道，又可以作為緊急人員掩蔽部;在遭受核武器、化學武器、常規(guī)武器襲擊時和襲擊后的城市次生災(zāi)害下，保障人員和設(shè)備的安全，提高整個城市的綜合防護能力。設(shè)防后的地鐵是由許多車站通過隧道連接而成的大型人防工程[6]。為了保證戰(zhàn)時1個車站的人防功能喪失不影響相鄰車站防護功能的發(fā)揮，需要在車站之間的隧道中設(shè)置能承受雙向沖擊波荷載的防護密閉隔斷門，以形成相互獨立的防護單元。

根據(jù)文獻[4-9]，現(xiàn)有的隔斷門均為單扇門，橫向跨度相對較小;門扇屬于橫向受力結(jié)構(gòu)，只適用于單洞單線的區(qū)間隔斷，并不適用于單洞雙線隧道或線間距較小的雙線隧道。而哈爾濱地鐵改造段上的隧道，是單洞雙線隧道。在單洞雙線隧道段設(shè)置區(qū)間隔斷門，需要解決多軌道密閉、橫向跨度大、雙向受力等多項技術(shù)難題。若采用單扇門，門扇比較重，鉸頁承受力較大，況且門扇開啟所需尺寸過大，不利于布置;若采用雙扇門，每個單扇門的質(zhì)量變小，門扇開啟所需尺寸也相應(yīng)的變小，從而減少了土建開挖量，便于布置。為滿足特殊工程需求，雙扇防護密閉隔斷門(以下簡為“雙扇隔斷門”)的研制工作勢在必行。

2 雙扇隔斷門的結(jié)構(gòu)與性能分析

雙扇隔斷門研制設(shè)計要著重解決雙扇隔斷門橫向跨度大、雙扇隔斷門與多條軌道的密閉及活門檻受載問題。

本研究采用活門檻梁解決了軌道與道床的密封問題，分析了門扇下沿與門框受載問題，通過優(yōu)化門扇結(jié)構(gòu)形式來減輕門扇質(zhì)量，并保證了門扇與門框的貼合及密閉性能。

2.1 門體結(jié)構(gòu)

雙扇隔斷門的門體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 雙扇隔斷門設(shè)計圖

2.2 活門檻

雙扇隔斷門的尺寸較大、橫向跨度大,存在雙向受力等問題。采用活門檻的形式可解決上述問題。活門檻由活門檻梁、軌道密封件和承載件(如圖2所示)等組成。活門檻梁由角鋼切制而成。軌道密封件與活門檻梁連接可實現(xiàn)軌道處的密封。承載件由工字鋼和面板組成，能把門扇所受荷載傳遞到門框上。

圖2 承載件結(jié)構(gòu)

活門檻用來調(diào)整門扇與門框底部的間隙，以解決隔斷門在不同區(qū)間位置時道床平面不一致的問題。平時,活門檻放置在靠鉸頁的一側(cè)并固定牢靠;戰(zhàn)時,活門檻與門框底部連接以實現(xiàn)軌道密閉。

2.3 門扇受力分析

為適應(yīng)單洞雙線和大跨度的需要，雙扇隔斷門采用縱向受力結(jié)構(gòu)。先由型鋼組焊成井字梁骨架，再將內(nèi)外鋼板與骨架焊接成整體，以承受正反雙向荷載。由于門扇的尺寸較大，門扇結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化。經(jīng)數(shù)值模擬,雙扇隔斷門的結(jié)構(gòu)受載應(yīng)力云圖如圖3～4所示。由圖3～4可知,雙扇隔斷門的結(jié)構(gòu)受力合理，滿足工程需要。

圖3 雙扇隔斷門整體受載應(yīng)力云圖(整體)

圖5 雙扇隔斷門正面受載應(yīng)力云圖(正面)

2.4 密閉問題

門扇底部的4條軌道通過適應(yīng)性強的活門檻滿足密封要求?；铋T檻底部的軌道密封箱可隨鋼軌的偏移進行調(diào)整，以適應(yīng)鋼軌的設(shè)計與施工偏差。密封箱的寬度較小，可放在2根軌枕之間，便于軌枕的布置。軌道的密封如圖6～7所示。

a) 豎向剖面圖

b) 水平剖面圖

圖7 軌道的密封實物

雙扇隔斷門的門扇尺寸較大，且加工精度要求高，其門扇與門框貼合度要符合設(shè)計要求?；铋T檻與下門框密封細部構(gòu)造圖如圖8所示，雙扇門門縫之間的密封細部構(gòu)造圖如圖9所示。密封處必須達到人防工程要求，因此有必要進行密閉性能測試。

圖8 活門檻與下門框密封細部構(gòu)造圖

圖9 門縫之間的密封細部構(gòu)造圖

根據(jù)RFJ 01—2002《人防工程防護設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量檢驗及施工驗收標準》規(guī)定[13]，采用流量法來測試密閉性能。選取氣源壓力P=0.4 MPa，通過流量計給門后的密閉箱(超壓室)充氣。根據(jù)要求，當密閉箱內(nèi)的超壓ΔP=50 Pa時，要求最大漏氣量Q≤2.8 m3/h[14]。

雙扇隔斷門的密閉性能測試共測5次,實測漏氣量依次為2.20 m3/h、2.15 m3/h、2.25 m3/h、2.40 m3/h和2.05 m3/h,實測漏氣量平均值為2.21 m3/h,均滿足漏氣量要求。

3 結(jié)語

本文主要針對既有線路工程改造段，研制出適用于單洞雙線隧道或線間距較小的雙線隧道的雙扇隔斷門。雙扇隔斷門具有如下特點:① 雙扇門門體結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕，門扇尺寸變小，便于布置。② 大跨度、寬尺寸的活門檻，密閉性能可靠，可實現(xiàn)與多條軌道的密封。③ 門扇為梁板結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單，受力合理。④ 密閉措施可靠，密閉性能良好，實測漏氣量小于RFJ 01—2002《人防工程防護設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量檢驗及施工驗收標準》標準規(guī)定的最大允許漏氣量。