地铁屏蔽门系统绝缘方案研究

徐 凯

（深圳地铁集团运营总部，广东深圳 518112）

0 引言

为防止乘客上下车时存在触电的安全风险，地铁屏蔽门系统在设计上主要采用了屏蔽门门体对车站地绝缘，并在屏蔽门站台侧设置不小于 900  mm 绝缘带的共同保障方案。但根据调查，在各城市地铁实际运营中，无论是早期建设的线路还是近期建设的线路，无论是采用早期的绝缘方案还是采用优化后的绝缘方案，都或多或少存在屏蔽门门体及绝缘带阻值降低甚至失效的问题，由此产生的安全隐患一直困扰着地铁运营管理人员。

1 屏蔽门系统绝缘基本原理

屏蔽门系统绝缘分为门体绝缘和站台绝缘带绝缘 2 部分。列车、屏蔽门、乘客安全防护原理如图 1 所示，屏蔽门门体与钢轨轨道采用等电位连接线连接，保障乘客在任何情况下正常上下车时接触到的物体与车站地均处于绝缘状态，即使屏蔽门门体与列车带电，乘客经过屏蔽门上下车时也不会因为电位差而触电，以此保障乘客人身安全。

2 屏蔽门门体绝缘方案

2.1 门体绝缘方案

屏蔽门门体主要由立柱、机仓、上盖板、后盖板、地槛以及下部支撑组成。目前行业内主要采取的绝缘方案是在固定门体的立柱上下部做绝缘隔离，门体其他组件均由立柱支撑，其上下绝缘连接点均设置在乘客不能接触的位置，上部绝缘紧贴楼板或构造樑，下部绝缘设置在地槛下。

图1 列车、屏蔽门、乘客安全防护原理（单位：mm）

在实际工程中，屏蔽门立柱上下部绝缘主要有 2 种方式：上部绝缘一是采用螺杆连接方式（图 2），二是采用伸缩柱方式（图 3）；下部绝缘一是采用绝缘套方式（图 4），二是采用绝缘垫方式（图 5）。根据调查，国内外大部分厂家上部绝缘采用螺杆连接方式，下部绝缘采用绝缘垫方式。

2.2 门体绝缘问题分析

通过对各城市地铁屏蔽门运行情况进行调研，发现不管采用哪个品牌、哪种方案，门体绝缘都存在不同程度的降低或失效。通过对深圳地铁某线路从安装调试到投入运营近  2  年周期的观察分析，发现主要有以下  4  个问题影响屏蔽门门体绝缘。

（1）隧道金属粉尘问题。地铁运行时，车轮与钢轨接触产生的金属粉尘在绝缘组件表面连成线状，直接将屏蔽门门体与车站地导通，从而导致绝缘下降或失效，此类问题在运行越久的线路表现得越严重。同时，由于土建结构空间限制，下部绝缘组件安装维护空间较小，靠近站台侧绝缘组件很难有效清理，也是导致门体绝缘降低的主要原因。

图2 螺杆连接方式

图3 伸缩柱方式

图4 绝缘套方式

图5 绝缘垫方式

（2）外界水源问题。因地铁隧道清洗、结构渗漏水、天气潮湿等原因导致屏蔽门门体绝缘降低或失效。下部绝缘采用绝缘垫方式的接触面较大，部分厂家在绝缘垫上设计凹槽以减少接触面，一旦有水汽渗入将会在凹槽内凝为液态，很难挥发，直接影响门体绝缘，导致采用绝缘垫方式的屏蔽门系统问题尤为严重。

（3）接口施工不规范问题。因接口专业未严格按照设计预留≥25  mm 的电气间隙要求施工，导致其他系统设备、管线及支吊架等与屏蔽门门体搭接，直接影响门体绝缘，部分线路还因金属搭接出现“打火”现象。

（4）绝缘组件材质不良问题。有个别线路因绝缘套材质不良出现裂纹，导致粉尘或水汽浸入，从而导致绝缘降低或失效。

2.3 门体绝缘解决方案

2.3.1 针对隧道金属粉尘问题

在实际工程应用中，隧道金属粉尘是不可避免的环境因素。要防止隧道金属粉尘对绝缘的危害，首先是防止隧道金属粉尘吸附在绝缘组件表面，但在绝缘组件上增加任何防尘措施都会带来其他的绝缘问题，因此定期对绝缘组件表面进行清洁是保证良好绝缘最简单有效的措施。在现有工程实例中下部绝缘可维护空间设计尺寸均偏小，尤其是靠站台侧基本没有维护空间，因此，在工程设计中，建议土建结构预留充足空间，以便于下部绝缘组件的安装维护。以绝缘套安装方式为例，建议屏蔽门下部绝缘设计如图 6 所示，将绝缘套与站台侧预留间隙由原来的 25  mm 改为 60  mm 及以上，将原绝缘组件整体高度由原来的 150  mm 改为 200  mm 及以上。

图6 建议屏蔽门下部绝缘设计图（单位：mm）

2.3.2 针对外界水源和绝缘组件材质问题

建议土建结构及时对渗漏水进行处理，尽可能选择绝缘套的方式，以减少接触面积。结合绝缘套出现裂纹的问题，建议选用绝缘良好的屏蔽门绝缘套材料，其主要性能参数要求见表 1。

表1 屏蔽门绝缘套性能参数

2.3.3 针对接口施工不规范问题

设计单位在设计时应充分考虑设计界面，在有条件的情况下，尽量将电气间隙设计更大。同时，考虑个别系统特殊情况，如针对通风空调系统风管侧面、底部保温棉存在脱落的问题，建议在屏蔽门系统正上方不设计任何管线、设备。此外，各系统施工单位还应加强施工技术交底及施工节点、施工工序工艺的卡控，以保证施工质量。

3 屏蔽门站台绝缘带绝缘方案

3.1 绝缘带绝缘方案

目前，行业内根据敷设方式主要分为暗敷和明敷 2 种方式，但因明敷采用橡胶绝缘材料很难满足 GB 50157-2013《地铁设计规范》的防火要求，因此本文只对暗敷绝缘方案进行分析。

目前暗敷绝缘方案主要有 3种：①在绝缘带地砖下方铺设绝缘膜；②在绝缘带地砖下方涂刷环氧树脂地坪漆；③采用绝缘涂料加绝缘卷材的铺设方案，如图 7 所示。

3.2 绝缘带绝缘问题分析

（1）方案①和方案②在施工时，土建结构面不平整、钢筋露出、沙石清理不干净、工序控制不严格、成品保护不善等问题都可能影响绝缘效果。例如后期因车站内环境湿度过高、结构渗漏水、清洁用水等导致有水渗入绝缘层，导通绝缘带与屏蔽门地槛和非绝缘带之间的填缝间隙，使绝缘阻值降低。同时，上述 2 种方案均采用干拌砂浆水泥，由于砂浆水泥中含有硅酸盐、氢氧化钙等导电成分，施工时若绝缘带与屏蔽门地槛和非绝缘带间隙隔离处理不当，也极有可能造成绝缘阻值降低，且对分段绝缘影响也较大，在后期运营维护中很难准确判断问题点，将对运营维护带来较大困难。

（2）方案③是目前地铁行业普遍应用的绝缘方案。通过对多个城市地铁建设、运营调研发现采用该方案，在施工阶段施工环境较恶劣的情况下，所有绝缘阻值都大于 0.5  MΩ，绝大部分绝缘阻值还在 5  MΩ 以上，有的甚至达到几十兆欧。但是运营后，有些线路绝缘仍然出现绝缘阻值降低或失效的问题，通过大量的调查分析发现主要存在以下 3 个问题：①绝缘带靠屏蔽门地槛侧预留间隙施工不规范，设计一般预留 10  mm 作为填缝收口用，但施工完成后预留间隙不足，导致绝缘棒和填缝胶施工困难，施工工艺达不到设计要求，从而导致绝缘阻值降低；②绝缘带靠屏蔽门地槛侧填缝胶施工时，砂石、水汽、杂物等清理不彻底，导致绝缘阻值降低；③施工时干拌砂浆水泥中含有的水分、结构渗水或者后期运营清洁等其他问题导致绝缘带中的水汽从填缝胶处排出，导通车站地，从而导致绝缘阻值降低。

图7 绝缘涂料加绝缘卷材的铺设方案（单位：mm）

3.3 绝缘带绝缘解决方案

通过对不同方案存在的问题分析，发现采用绝缘涂料加绝缘卷材铺设的方案要优于早期应用方案。因此本文主要针对采用绝缘涂料加绝缘卷材铺设方案存在的问题提出解决方案。

（1）针对绝缘带靠屏蔽门地槛侧预留间隙施工不规范问题，建议从设计上考虑将预留间隙施工误差从 10  mm 改为  15～20  mm，以保证施工空间。

（2）改进绝缘缝设计，建议改进后的绝缘缝施工如图 8 所示。将原来设在绝缘棒和绝缘密封胶以下的绝缘卷材改为伸出地面，与屏蔽门地槛、地砖表面三者齐平，避免填缝胶施工时砂石、水汽、杂物等清理不彻底带来的绝缘问题。同时保证绝缘带和屏蔽门门体形成独立的绝缘体，当一方绝缘失效时，互不影响。

图8 改进后的绝缘缝施工图

（3）严格控制施工工艺，保证所有工艺均符合设计和规范要求。同时优化工序，延长干拌砂浆水泥的风干周期，尽量减少地砖铺设后绝缘带内产生水汽。

（4）无论采用哪种绝缘方案施工的绝缘带，运营单位在运营管理中，都应严禁用水冲洗绝缘带。

4 结论与建议

（1）屏蔽门系统绝缘涉及机械、电气、土建结构、安装装修等专业，是一项综合性较强的工程项目，接口工艺设计及施工接口管理都非常重要。无论采用哪种形式的绝缘方案，都需要在建设阶段严格卡控每一个环节，才能有力保障绝缘质量。

（2）涉及绝缘要求的系统设备或设施，对防水要求较高。运营管理单位应高度重视屏蔽门系统绝缘的防水管理，发现结构渗漏水、管道渗漏水等其他系统影响屏蔽门系统绝缘时应及时处理，并且严格要求车站保洁严禁用水冲洗绝缘带。

（3）无论采用哪种绝缘方案，或多或少都存在绝缘降低或失效的问题，是典型的行业难题。目前行业内已有单位研究屏蔽门门体结构全部采用绝缘材料，对门体绝缘能够起到较好的作用。在绝缘带方面，市场上已有厂家生产出高性能绝缘地板，通过对其产品进行实验发现，泡水 1 个月取出后用毛巾将地砖表面水渍擦拭干净后用 500  V 兆欧表测试，绝缘电阻仍然接近无穷大；模拟现场情况，安装地砖后测试数据在 50  MΩ 以上，但两块砖缝之间的绝缘阻值则低于 0.5  M Ω。若接缝绝缘阻值问题能够有效解决，该材料作为绝缘带的新材料也是一种良好的选择。