地铁屏蔽门系统设计分析

李德生

（爱思创电子（上海）有限公司，201199，上海∥工程师）

屏蔽门作为城市轨道交通的新型设备系统，由于其良好的节能效果和对乘客起到安全保障的作用，越来越得到社会公众的认可。

1 屏蔽门的设计安装特点

屏蔽门的产品设计、安装工程和设备性能质量需要符合较高的质量验收标准。

在整体项目实施过程中，影响质量的各种因素较多，质量控制的难度很大。要保证屏蔽门项目优质，设计与安装质量的控制就成了该项目的关键。

而屏蔽门的一些重要设计、安装细节问题是重中之重，如果尺寸不准确、安装不到位，最终将直接影响屏蔽门的安装质量［1］。

2 采用规范与标准

一般说来，屏蔽门系统设备产品的制造、试验和验收，应至少符合如下标准：《轨道交通设计规范》、《城市轨道交通站台屏蔽门》、《电梯制造与安装安全规范》、《玻璃幕墙工程技术规范》、《建筑用安全玻璃》、《建筑玻璃应用技术规范》、《低压配电设计规范》、《低压成套开关设备》。

除此之外，还应满足一些载荷条件的技术要求：人群对门体的冲击载荷2 800 N（在0.08 s时间内）；人群对门体的挤压载荷1 500 N／m（作用在距站台装饰面1.1 m 高处，结构无永久变形）；疲劳负载（活塞风压）为±1 000 Pa（每年22 万次共30年）；地震基本烈度为6度（水平加速度0.25g，垂直加速度0.125g）；振动水平为 BS 4675 第一级水平［2］。

这些相关载荷参数，对后续门体立柱的作用力、滑动门的变形量计算，以及考虑滑动门等门体与列车动态包络线的几何关系等具有重要作用。

其他标准参照相关国内、国际标准。当多个现行标准冲突时，按最高标准执行。

3 屏蔽门设计

屏蔽门应用经验说明，结构设计的可靠性和安全性尤其重要，是评价屏蔽门系统工程优劣的重要指标之一。

屏蔽门机械部件设计成4种类型的模块式单元（沿站台布置，如图1所示［3］）：

①A 型单元——含1扇标准固定门和2扇中分双开活动门，这是屏蔽门里面的大部分。②B 型单元——含1扇标准固定门、1 扇应急门和2 扇中分双开活动门。③C型单元——含有1扇非标固门、2扇中分双开活动门和1 扇应急门。④D 型单元——即备用门，或叫做即单开铰链门，在站台的左右两端各设1扇。

图1 屏蔽门站台布置示意图

列车在正常状态下，乘客通过活动门上下列车；应急状态下，通过B型单元的应急门疏散乘客。

3.1 屏蔽门主要部件

屏蔽门的主体部分，设计成为组合式标准模块。具有代表性的B型单元结构如图2所示。

图2 屏蔽门单元结构示意图

机械部分主要由顶部钢梁结构（或顶部连接焊件）、伸缩装置、门机梁、固定及活动门楣、固定及活动门、结构立柱底部结构组成。对应于应急门部分，还有应急门门楣、应急门体等。

3.2 门体主要受力变形计算

根据前文所述的规范与标准中的相关载荷参数，对门体的变形量进行计算。其中，立柱材料采用Q235－A 无缝钢管。

对门体结构进行强度计算和疲劳计算，需要满足在负载最不利组合条件下，滑动门框、支撑立柱、顶部钢梁结构、横梁外轮廓线边缘最大变形量不超过±12 mm。结构设计模型有限元分析计算如图3所示。

图3 屏蔽门结构设计模型有限元分析计算

3.3 滑动门锁装置

滑动门设置锁装置，锁装置与手动开门把手、钥匙孔联动。正常运行时可自动解锁，故障情况时可进行手动解锁。滑动门关闭后，该锁紧装置可防止外力作用将门打开。滑动门自动开启时，锁紧装置能自动释放；手动开门时，采用开门把手和钥匙释放锁紧装置。

所有滑动门的状态信号均反馈到DCU（门控单元）和PSC（主控机），同时门已开、已锁闭等重要状态信号，由PSC 上传到车站综合控制室并进行显示。滑动门门锁的结构如图4所示。

滑动门锁专为地铁屏蔽门设计。工作时，可分为机械开锁和通过信号触发开锁2种方式。工作原理示意图如图5所示。

当站台出现线路故障、发生紧急情况或需要维护时，可使用机械开锁。机械开锁通过手动开门时，轨道侧开门把手或站台侧的钥匙孔与解锁装置联动，将门扇锁紧力解除，使门扇能够向两侧滑动。

图4 滑动门锁结构示意图

图5 滑动门锁工作原理示意图

机械开锁分站台侧钥匙开锁和轨道侧手动开锁2种。站台侧用三角钥匙顺时针旋转锁芯，或在轨道侧沿手拉方向拉动拉手；拉手旋转带动锁杆；锁杆整体向上位移，从而实现门被打开。动作示意如图6所示。

图6 滑动门锁机械开锁动作示意

门锁的手动解锁力满足不大于40 N 的要求，手动解锁扳手的动作，与门体立面之间夹角一般不大于45°。

信号触发开锁，是当列车到站停靠稳当，站台的PSC给DCU 指令，由DCU 给锁发出开门信号，螺线管产生磁力把磁力活动块推上来，锁舌销轴套脱离曲盘销轴，弹簧拉动曲盘沿销轴水平向外方向转动，同时拉簧A拉动销轴推块，退出销轴，屏蔽门打开。

标准门的锁紧装置设计好后，要在样机上安装、调试，成功完成百万次测试，其工作性能、可靠性要完全达到设计要求。

锁装置的主要优点是集成度高，能实现左右两扇门的同时锁定和解锁，并把信号发生机构集成在装置内，缩小了体积，扩大了安装应用范围。

4 应急门、端门设计

正常情况下，列车进站停稳后，会停靠在误差允许的范围位置内，这时屏蔽门的活动门与列车门的位置都将一一对应。

而应急门（EED）是列车进站停车后，列车门无法对准滑动门时，应急门对准列车开关门，作为疏散乘客的通道。

4.1 应急门装置

在无法保证准确的停车位置时，列车门将全部与活动门错开，对着无法打开的固定门或隧道空间。此时若碰上紧急情况，便无法打开车门疏散列车乘客。为此，部分固定门被设计成为应急门，该应急门可以向站台侧打开。

应急门平常当做固定门使用。一旦需要，由应急门进行紧急疏散；可由乘客在轨道侧打开列车门后，推动应急门的推杆解锁装置；或由站台工作人员在站台侧用专用三角钥匙打开应急门［4］。

理论上，应急门安装越多，屏蔽门系统的安全度越高。因为应急疏散门越多，出现紧急事故时，乘客的逃生通道也越多。但过多的应急门，会影响到整个屏蔽门系统的密封性，因为应急疏散门的密封性，要远小于固定门。因此，目前为止，站台安装应急门装置一般不超过5对。

4.2 应急门单元设计

应急门由应急门楣、门框、限位器（或闭门器，视需要而定）、推杆锁等组成。结构示意图如图7所示。

在应急门的中部，装有手动推杆解锁装置，应急门不会因列车活塞风压、隧道通风系统风压影响而自动开启。

在导轨侧，乘客可推压推杆，推杆带动门框内的解锁机构，打开应急门上下的锁体将门打开；在站台侧，工作人员也可用专用三角钥匙打开应急门。

图7 应急门结构示意

按照苏州地铁要求，顶部靠近门框的位置设计了限位器，可以保证门最大开度，另配有锁紧缓冲卡紧装置，以实现门体能保持在90°位置，防止门体自动关闭，保证门体的应急作用正常发挥。

按实际需要，应急门框上部可装有闭门器，以实现应急门在手动开启后能够自动关闭。

4.3 端门单元及手动解锁装置

一般情况下，端门是乘务人员、站台工作人员和司机的出入通道，当出现紧急事故时，也可以作为乘客的紧急逃生通道。从外形、原理来看，端门跟应急门装置极为相似。

作为应急疏散门单元中的应急门与端门都不需要动力源来带动，都靠手动解锁的方式来打开，都可以将门平推至90°的位置。

但相对于应急门，由于司机上下车、控制室检修等原因，端门的开启十分频繁，故大部分地铁线路的端门门框上部装有自动闭门器，保证门体在手动开启后能够自动关闭。

端门的手动解锁机构和应急门基本相同。考虑到一般人的身高，推杆的高度设置为1.4 m 处，门总高和双扇滑动门是一样的，处于上端的锁杆明显短于下端的锁杆，利用杆本身的自重差，加上顶部锁舌的弹簧产生的回弹力，可以实现在关门后自动回复到原来的位置，即锁死状态。

对于端门的解锁力同样不大于40 N，在设计中，经过计算并在后续的试验中实际验证，手动解锁需要克服的力有：杆的自重力、杆件和锁杆导向块间的摩擦力。杆的自重力约为16 N，摩擦力约10 N。苏州地铁端门手动解锁所施加的合力，经计算、验证符合设计要求。

4.4 手动解锁装置国产化替代

对于苏州地铁屏蔽门项目，完成了应急门单元部分的设计后，全面优化设计了应急门、端头门、手推门的门体动作、锁紧装置等部分单元。

尤其对于推杆防火锁的锁体部分，经多方查找、试用，最后确定某国产锁厂作为供应商。按设计图试制使用后，确认完全可替代原先使用的某国外品牌产品，仅此一项就可以降低成本近百万元，为企业节约成本目标的超额实现起到重要作用。

应急门、端门推杆锁安装完成后，对门体推杆锁手动解锁力进行测试。通过推拉力计对解锁力进行测试，在轨道侧用推杆解锁，在站台侧用钥匙把应急门打开，解锁力都≤40 N 时，测试合格。

5 屏蔽门系统与其他专业接口

如图2所示，在屏蔽门系统的结构中，顶部钢梁结构（或顶部连接焊件）、底部的门槛部分结构等，以高强度锚栓与土建结构相连接固定［5］。

顶部连接焊件、结构立柱、底部的门槛结构、锚栓等连接之后，组成了一个完整的受力构件，可以把屏蔽门受到的载荷传递给土建结构。该受力构件是屏蔽门的垂直载荷、水平载荷（隧道通风系统产生的风压、列车运行活塞风压），以及乘客挤压力和地震等载荷的主要受力部件。

5.1 系统上部与土建接口

门机梁通过伸缩装置固定在顶部连接焊件上，而顶部连接焊件与风道梁土建结构直接相连接。

与风道梁的土建结构相连接有2种比较常见的安装结构，第一种就是通过伸缩装置直接与顶部钢梁或者风道梁底部相连接，不必另外设计加工连接部件，此种安装结构可节省部分零件的设计加工和材料费用。但缺点是：施工面为风道梁底面，施工的难度较大；且由于风道梁浇筑底面土建沉降等原因，经常存在较大的尺寸误差，这些给施工安装造成了较大的困难。

第二种安装方式为门机梁通过伸缩装置固定在顶部连接焊件上，或顶部连接焊件与风道梁土建结构直接相连接，如图8所示。这种安装方式，由于工作面在侧面，所以施工较为方便；而且由于在伸缩节与风道梁侧面之间，顶部连接焊件作为一个中间连接作用部件，还起到了土建误差吸收补偿作用，风道梁的施工尺寸误差，可以由顶部连接焊件的非标尺寸来适应弥补，因此伸缩节可以实现标准化，从而实现不同站点、不同部位的伸缩节可以相互通用，减少了标准零部件的种类。

图8 屏蔽门土建接口示意图

只要顶部连接焊件设计合理，第二种连接安装方式不但有利于安装施工的进度推进，且成本也不会增加。因此，苏州地铁屏蔽门项目最后采用侧面连接的方式［6］。

5.2 端门梁部与装修专业接口

屏蔽门端门梁上部固定面板，与墙面搪瓷钢板的安装空间发生干扰。

土建承包商进行屏蔽门端门梁施工时，由于灌浆跑模等原因，造成屏蔽门端门梁在水平方向上向站台公共区歪斜，从而影响屏蔽门上部钢结构及固定面板也向公共区倾斜。

屏蔽门固定面板与墙面搪瓷钢板安装空间的误差，将导致搪瓷钢板无法安装，或安装后爬电距离小于10 mm，甚至两者相接触，破坏了屏蔽门端门结构的绝缘要求。

解决方法是，在今后的屏蔽门施工测量工作中，应包括对屏蔽门端门梁水平方向上的倾斜度、端门梁的厚度及其位置尺寸等重要内容进行重点测量，必要时进行二次复测。

5.3 上部顶梁处与机电专业接口

机电专业的施工特点有：

（1）覆盖的范围广。

（2）涉及专业众多，专业基础各不相同。一般而言，机电专业涉及到给排水、暖通空调、供配电、自动化、机械、焊接等专业。

（3）机电安装工程施工的限制因素较多。很多时候，施工不是可以单独进行的，在整个施工过程中前一阶段要配合土建工程进行预埋施工，而后一阶段又要配合装饰施工。

（4）受作业场地狭小、材料设备是否及时供应、政府部门的监督等因素的影响。

车站机电承包商进行车站各专业管线安装时，应保证各类线管、线槽及风管等，不侵入屏蔽门上部钢结构及固定面板所需的安装空间，否则屏蔽门上部固定面板将无法安装或安装后有可能与其他专业管线相接触。

由于各线管及线槽已总体接地，与线管、线槽接触，将导致屏蔽门门体结构无法达到对地绝缘性能的要求。

因此，在工程施工过程中必须协调好与屏蔽门相关专业在内的各方关系，这样才能保证工程的顺利进行。

6 结语

随着地铁工程的大范围铺开，与屏蔽门相关的更多设计、制造、安装接口问题将会逐步暴露出来。

根据苏州地铁1号线屏蔽门项目经验，在其他线路的建设过程中，需要提前考虑并同接口各方商讨、落实解决方案，这将会大大降低冲突、矛盾的发生。

综上所述，要能够在设计阶段或者前期协调阶段通过优化产品设计、工程设计和接口设计、现场管理及早协调等方法避免上述类似问题的发生，为按质、按期完成工程项目提供有利的保证。

［1］乔培华.地铁屏蔽门踏步板的安装与改进［J］.建筑施工，2011，33（6）：504.

［2］苏州轨道交通1号线屏蔽门项目组.苏州轨道交通1号线屏蔽门项目技术规格书，采购、安装施工招投标文件技术卷［G］.苏州：苏州轨道交通1号线屏蔽门项目组，2009.

［3］王惠珍.地铁屏蔽门立柱顶部伸缩装置构造［J］.现代电子技术，2002（7）：71.

［4］艾文伟.城市轨道交通屏蔽门系统的应用与思考［J］.都市快轨交通，2006（6）：11.

［5］陈海辉.地铁屏蔽门的机械设计及力学模型［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2004（4）：74.

［6］宋文光.地铁屏蔽门安装中与土建接口问题的处理［J］.科技信息，2011（24）：317.