地鐵區(qū)間人防門安全固定裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

秦偉民 賈彥明

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 概述

根據(jù)法律法規(guī)及規(guī)范要求，地鐵工程建設(shè)須兼顧人民防空，一般按照“一座車站加一相鄰區(qū)間為一個(gè)單元”的原則進(jìn)行防護(hù)單元?jiǎng)澐?，每個(gè)防護(hù)單元內(nèi)部自成獨(dú)立體系，以提高整體人防工程的抗毀傷能力，防護(hù)單元之間采用區(qū)間人防門進(jìn)行分隔。區(qū)間人防門又稱為區(qū)間隔斷門，設(shè)置在區(qū)間隧道正線上，與地鐵行車、軌道、接觸網(wǎng)或接觸軌等專業(yè)密切相關(guān)。根據(jù)授電方式的不同，區(qū)間隔斷門分為適用于接觸軌授電的單扇區(qū)間隔斷門、適用于剛性接觸網(wǎng)授電的不斷剛性接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門及適用于柔性接觸網(wǎng)授電的不斷柔性接觸網(wǎng)隔斷門。

作為設(shè)置在區(qū)間正線上的大型設(shè)備，區(qū)間人防門與地鐵運(yùn)營安全息息相關(guān)，目前已發(fā)生過列車碰撞區(qū)間人防門造成運(yùn)營事故的案例。因此區(qū)間人防門平時(shí)開啟到位時(shí)其安全固定措施的有效性和可靠性至關(guān)重要。目前地鐵區(qū)間人防門常采用電信號(hào)、機(jī)械鎖、頂緊裝置等多套安全措施，相互獨(dú)立，共同保證人防門平時(shí)狀態(tài)的安全性[1]。

隨著近年來全國各地新建地鐵數(shù)量的急劇增多，地鐵運(yùn)營部門對(duì)區(qū)間人防門的平時(shí)安全性要求越來越高，因此人防防護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)單位也不斷對(duì)區(qū)間人防門的安全固定裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以增加區(qū)間人防門在平時(shí)運(yùn)營中的安全保證。該文通過對(duì)適用于接觸網(wǎng)授電的大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門上部小門扇的安全固定裝置進(jìn)行分析研究，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以提高地鐵平時(shí)運(yùn)營安全性。

1 大小扇隔斷門的上部小門扇安全固定裝置現(xiàn)狀

對(duì)采用接觸網(wǎng)授電的地鐵工程，目前運(yùn)用較多的區(qū)間隔斷門為大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門，其門扇系統(tǒng)由大門扇和上部小門扇組成，在兩門扇之間的接觸網(wǎng)標(biāo)高處設(shè)有孔洞，可穿過接觸網(wǎng)[2]。這樣設(shè)計(jì)的目的是在不需要斷開接觸網(wǎng)的前提下即可進(jìn)行關(guān)門和開門操作，平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換快捷。大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門的上部小門扇，大多采用以下3種安全固定裝置[3]：1）限位螺栓。在上部小門扇正下方的門框上安裝支托架，支托架完全固定不可移動(dòng)，以支托架為固定點(diǎn)，采用2個(gè)限位螺栓插入小門扇的限位座內(nèi)部，達(dá)到限制門扇活動(dòng)的目的，從而使門扇保持90°開啟狀態(tài)，如圖1所示。2）電信號(hào)。在限位螺栓處適當(dāng)位置安裝行程開關(guān)，并由BAS系統(tǒng)采集電信號(hào)，將限位螺栓的狀態(tài)納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可在車站車控室實(shí)時(shí)顯示安全固定裝置是否有效以及門扇是否處于開啟到位狀態(tài)。一旦出現(xiàn)限位螺栓異?；蛎撐坏那樾?，車控室系統(tǒng)會(huì)立即警報(bào)提醒，由運(yùn)營人員查看風(fēng)險(xiǎn)后進(jìn)行處置。人防門附近也可安裝信號(hào)箱，自帶聲光報(bào)警系統(tǒng)，出現(xiàn)異常時(shí)可及時(shí)向列車司機(jī)發(fā)出預(yù)警[4]。3）頂緊裝置。為在平時(shí)將小門扇固定于90°開啟位置，在門扇背后支托架上焊接一個(gè)限位槽鋼作為頂緊裝置，可使小門扇開啟90°后即不可繼續(xù)開啟，配合限位螺栓作用，保證小門扇在活塞風(fēng)作用下不會(huì)產(chǎn)生過大的振動(dòng)，從而提高整套安全固定裝置的可靠性[5]。

圖1 正常狀態(tài)下區(qū)間人防門上小門扇及限位螺栓、導(dǎo)向螺栓的實(shí)物圖

2 限位螺栓安全固定裝置分析

由于大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間隔斷門的上部小門扇的安全固定裝置，主要是通過限位螺栓的作用，因此主要針對(duì)限位螺栓進(jìn)行分析，提出優(yōu)化建議。

2.1 限位螺栓安全固定裝置不同狀態(tài)的對(duì)比

圖1為正常狀態(tài)下區(qū)間人防門上小門扇及限位螺栓、導(dǎo)向螺栓的實(shí)物圖。其中上小門扇長(zhǎng)1855mm、小端高935mm、長(zhǎng)端高1254mm、厚236mm，質(zhì)量為514 kg。通過側(cè)面螺栓與軸桿固定，可通過鉸頁旋轉(zhuǎn)開啟或關(guān)閉，戰(zhàn)時(shí)關(guān)閉后與大門扇配合達(dá)到隔斷防護(hù)單元的人防功能。平時(shí)開啟90°，門扇下方兩個(gè)限位螺栓自下向上穿過支托架，擰入小門扇底部的限位座，將上小門固定，可防止上小門向關(guān)門方向產(chǎn)生移位，從而保證列車安全通過。導(dǎo)向螺栓位于限位螺栓的絲母上。

圖2為存在隱患的區(qū)間人防門上小門扇處的現(xiàn)場(chǎng)圖片，圖中可以看出，兩個(gè)限位螺栓未全部上擰到位或已下滑，與上小門限位座脫扣，無法起到限位的作用，容易導(dǎo)致門體移位侵限，發(fā)生侵限后上小門與車體如發(fā)生碰撞將引發(fā)嚴(yán)重事故。因此如何防止發(fā)生限位螺栓未全部上擰到位或下滑的情形，是亟需解決的現(xiàn)實(shí)需求。

圖2 存在隱患的限位螺栓、導(dǎo)向螺栓

2.2 限位螺栓、導(dǎo)向螺栓構(gòu)造設(shè)計(jì)及分析

圖3為限位螺栓構(gòu)造圖及正常狀態(tài)下相對(duì)位置圖，其中限位螺栓由絲桿、絲母、手輪、擋圈、定位軸組成。絲母固定于支托架上，其內(nèi)部設(shè)置設(shè)有雙線螺紋，通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動(dòng)絲桿在絲母內(nèi)部向上螺旋并同時(shí)頂升定位軸，使其落入上小門限位座。定位軸在上小門扇限位座與絲母之間類似一個(gè)銷栓，起到固定上小門作用，防止小門扇離開90°開啟位置。

從圖3中可以看出，絲母上設(shè)置一導(dǎo)向螺栓，同時(shí)定位軸上設(shè)有一凹槽，在絲桿旋擰、定位軸頂升過程中，由于導(dǎo)向螺栓卡在定位軸上的凹槽內(nèi)，使定位軸并不能旋轉(zhuǎn)，僅可做上下位移。

圖3 限位螺栓、導(dǎo)向螺栓構(gòu)造

圖4為導(dǎo)向螺栓尺寸圖及實(shí)物圖，圖5為限位螺栓絲桿、定位軸尺寸圖。從圖中可以看出，導(dǎo)向螺栓絲扣長(zhǎng)度為16mm，小于限位螺栓絲母壁厚（10mm）與定位軸凹槽深度（10mm）之和20mm，還有4mm的差值，可見導(dǎo)向螺栓在擰緊狀態(tài)下其端部并不能與定位軸凹槽底部緊密接觸，無頂緊效果，僅靠其側(cè)壁阻擋定位軸轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)向螺栓的作用較為單一。而定位軸本身為光滑面無螺絲，其位置固定需靠其下部的非一體的絲桿受力上頂，在絲桿旋擰到位的情況下，定位軸可保持對(duì)上小門扇的限位作用，一旦絲桿未旋擰到位，定位軸也會(huì)隨即下落脫位，造成上小門扇限位裝置功能的缺位。

圖4 導(dǎo)向螺栓尺寸圖及實(shí)物圖（尺寸單位：mm）

圖5 限位螺栓絲桿、定位軸尺寸圖（尺寸單位：mm）

3 針對(duì)限位螺栓的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分析

為了更好地使定位軸始終保持在應(yīng)有位置，應(yīng)該注意以下3點(diǎn)：1）設(shè)置必要的后續(xù)操作步驟，保證必須將下方絲桿旋擰到位、定位軸完全嵌入門扇限位座后，方可進(jìn)行此后續(xù)步驟，以減少或避免因操作人員失誤造成的絲桿未全部上擰到位的情況；2）增強(qiáng)絲桿與絲母之間的緊固力，在隧道活塞風(fēng)、振動(dòng)等非人為操作的作用下，絲桿不易自行下滑；3）在原有絲桿上頂作用保持定位軸定位的基礎(chǔ)上，考慮增加一道獨(dú)立的定位軸固定措施，達(dá)到即使絲桿的上頂作用消失，定位軸也不會(huì)脫落的效果。

通過對(duì)整個(gè)限位螺栓作用原理的分析，筆者認(rèn)為可以對(duì)導(dǎo)向螺栓和絲桿絲母進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)限位螺栓裝置中部分零件進(jìn)行如下調(diào)整：1）將導(dǎo)向螺栓變更導(dǎo)向緊定螺栓并附帶一個(gè)防松六角螺母，如圖6所示。同時(shí)在定位軸上開一個(gè)限位孔，如圖7所示。導(dǎo)向緊定螺栓采用M12螺栓標(biāo)準(zhǔn)件改制，螺栓上配一M12六角螺母，螺栓長(zhǎng)60 mm，螺栓端頭焊接一手柄，方便人工擰緊。定位軸上原來的導(dǎo)向凹槽仍然保留，僅在導(dǎo)向緊定螺栓位置增加凹槽深度，即相當(dāng)于開一限位孔，限位孔直徑14 mm，深度約為定位軸直徑的一半，在安裝時(shí)，必須將緊定螺栓擰入定位軸的限位孔頂緊，并將六角螺母擰緊防止松動(dòng)。2）將絲桿和絲母由雙線螺紋設(shè)計(jì)變更單線螺紋。

圖6 導(dǎo)向緊定螺栓設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

圖7 定位軸限位孔示意圖（單位：mm）

原設(shè)計(jì)的雙線螺紋導(dǎo)程大，絲桿在絲母中螺旋上升速度快，方便操作，但缺點(diǎn)是絲桿和絲母旋合形成的摩擦力略小，自鎖能力較弱。而單線螺栓由于其螺旋升角較小，螺絲和螺母旋合形成的摩擦力較大，不容易滑動(dòng)，具有較強(qiáng)的自瑣能力，可用于螺紋的鎖緊。因此為提高限位螺栓的可靠性，建議將絲桿和絲母之間的螺紋由雙線螺紋改為單線螺紋。

該優(yōu)化方式使導(dǎo)向螺栓不僅可以起到阻止定位軸轉(zhuǎn)動(dòng)僅做上下移動(dòng)的作用，同時(shí)螺栓擰入定位軸的限位孔后，可以阻止定位軸下滑。如此一來，定位軸的限位就具備導(dǎo)向緊定螺栓和下部絲桿上頂雙重保險(xiǎn)，防止它意外下滑脫位，顯著提升了定位軸的可靠性。

將絲桿和絲母的雙線螺紋變更單線螺紋后，絲桿絲母之間的緊固作用增強(qiáng)，絲桿更不容易受振動(dòng)等因素脫扣，從而提高整套系統(tǒng)的可靠性。

5 補(bǔ)充安全固定措施建議

隨著新建地鐵工程的增多，對(duì)地鐵區(qū)間人防門運(yùn)營安全的要求越來越高，對(duì)大小扇區(qū)間隔斷門的上部小門扇，也可考慮在上述限位螺栓、電信號(hào)以及頂緊裝置等安全裝置外增設(shè)獨(dú)立的補(bǔ)充安全固定措施，如安全拉桿、限位插板等。

5.1 安全拉桿固定措施

一些地鐵為增加區(qū)間人防門平時(shí)的安全保障，在門扇背后使用安全拉鏈（鐵鏈）將門扇與主體側(cè)墻或人防門框墻進(jìn)行連接，作為補(bǔ)充安全固定措施，當(dāng)出現(xiàn)限位螺栓失效的情況時(shí)，仍能保證門扇不脫離安全位置，造成侵限事故。但拉鏈（鐵鏈）本身是柔性的，其作為區(qū)間人防門的安全固定裝置可能會(huì)遇到以下2個(gè)問題：1）拉鏈必須完全繃緊才可以發(fā)揮作用，但是否繃緊受操作人員現(xiàn)場(chǎng)因素的影響較大，人為不可控因素增加。2）柔性的拉鏈只可以提供抵抗門扇關(guān)門的拉力，無法提供反向的推力，在活塞風(fēng)作用下，無法限制門扇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，影響拉鏈的安全性。

通過以上分析，建議采用剛性的安全拉桿作為補(bǔ)充安全固定措施。剛性安全拉桿設(shè)計(jì)為可拆卸式，關(guān)門時(shí)只需打開拉桿與門扇的接頭即可。且安全拉桿為剛性桿，可使門扇在隧道活塞風(fēng)作用下不產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，增加其可靠性。同時(shí)拉桿設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，提高其適用性。

5.2 限位插板固定措施

在固定限位螺栓的懸臂支托架上焊接一個(gè)限位插槽，小門扇開到位后將一塊鋼插板插入鋼插槽內(nèi)，也可阻止小門扇意外自行關(guān)門。關(guān)門時(shí)只需將鋼插板取出即可，平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換也非常便捷。

6 結(jié)語

地鐵工程運(yùn)營安全涉及公共安全，是所有參建、運(yùn)營單位必須首要重視的事。區(qū)間人防門作為地鐵工程在戰(zhàn)時(shí)發(fā)揮兼顧人防作用的重要設(shè)備，其平時(shí)安全性也必須得到充分保證。該文通過對(duì)大小扇不斷接觸網(wǎng)區(qū)間人防門上部小門扇限位裝置的深入分析，提出對(duì)限位螺栓的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議，顯著提升限位螺栓的可靠性，并對(duì)補(bǔ)充安全固定裝置提出建議，為地鐵區(qū)間人防門平時(shí)運(yùn)營安全提供技術(shù)支持和保障，為地鐵人防設(shè)計(jì)人員和地鐵運(yùn)營單位提供參考。