隧道抗风压防火门的两项团体标准解析

王奕然，李 磊，付 超，祝 岚

（1. 北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037；2. 中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

1 编制背景

城市轨道交通隧道作为列车运行的封闭狭长空间，一旦发生火灾，人员的疏散和事故救援十分困难。为了使两条单线区间隧道可以互为火灾时的疏散和事故救援通道，国家标准《地铁设计规范》(GB 50157—2013)的28.2.4条规定：“两条单线区间隧道应设联络通道，相邻两个联络通道之间的距离不应大于600 m，联络通道内应设并列反向开启的甲级防火门，门扇的开启不得侵入限界。”[1]此外，城市轨道交通多项相关工程标准规范中亦有类似规定[2-4]。

受隧道空间的限制，当列车在隧道中行进时，列车所推挤的空气形成对列车运行前方物体的正压作用；而列车尾端后存在涡旋区域，也会对后方物体产生负压作用，由此形成与列车行进方向相同的活塞风。列车在隧道行进过程中产生的活塞风，会对隧道内的设备设施产生交替性的正负压冲击。由于长期受到列车活塞风作用，区间隧道联络通道中的防火门存在发生损坏脱落、威胁行车安全甚至造成严重事故的风险。2011年6月19日，北京地铁4号线新宫站—公益西桥站区间防火门变形脱落，使得三轨对走行轨短路停电，造成高米店桥北站—公益西桥站之间停运长达3 h[5]。2013年1月8日，昆明地铁首期工程南段列车在空载试运行过程中，高架与地下隧道过渡段处的防火门坠落，侵入行车线路限界，导致第一节车厢脱轨，司机室通风单元坠落，造成值班司机一死一轻伤[6]。此后，为了避免悲剧再次发生，各地纷纷采取措施，提高防火门产品的抗风压性能[7]，提升防火门施工安装质量，加强运营维护管理[8]。

但是，各地实际工程的做法和效果却存在着很大差异。究其原因，主要是缺乏统一的抗风压防火门产品与工程技术标准。为解决标准缺失的问题，中国城市轨道交通协会在《关于下达2017年第二批第二次团体标准修订计划的通知》(中城轨[2017]020号)中，将隧道抗风压防火门的相关标准编制列入计划。相关标准由中国城市轨道交通协会安全管理专业委员会提出，由北京城建设计发展集团股份有限公司主编，有从事城市轨道交通工程建设、运营管理、设计研究、施工安装、质量监督以及防火门设备生产的12家单位参与编写。

2020年9月29日，产品标准《城市轨道交通隧道抗风压防火门》(T/CAMET 05001—2020)[9]及工程建设标准《城市轨道交通隧道抗风压防火门工程技术规范》(T/CAMET 05002—2020)[10]两项中国城市轨道交通协会团体标准正式发布，并于2021年1月1日起实施。

2 产品标准

2.1 主要内容

抗风压防火门产品标准《城市轨道交通隧道抗风压防火门》(T/CAMET 05001-2020)包含范围，规范性引用文件，术语和定义，分级、分类与标记，要求，试验方法，检验规则，标志、包装、运输，贮存，共8章和1个附录。其中，“分级、分类与标记”章节规定了抗风压性能分级标准，“要求”章节规定了抗风压防火门的一般要求、材料、配件、焊缝、反复启闭、耐火、抗风压、防腐等性能的要求，“试验方法”章节规定了各种性能要求的试验方法，“检验规则”章节规定了产品出厂检验和型式检验内容，附录给出了抗风压性能试验方法。

2.2 主要特点

2.2.1 抗风压性能分级

在实际工程中，联络通道防火门所承受的活塞风压与隧道阻塞比、列车运行速度和防火门安装位置等因素相关，数值大小不一。为了实现产品的标准化设计与生产，本标准将防火门抗风压性能按承压能力分为三级，分别对应±2、±4、±6 kPa。

根据对运营线路的测试，在列车速度小于80 km/h的情况下，防火门承受的列车活塞风压一般不超过±1.6 kPa，如图1所示。考虑一定的余量，本标准规定隧道抗风压防火门的抗风压能力不应低于±2 kPa。

图1 不同运营线路防火门的承压测试结果Figure 1 Pressure test results of fire doors in different operation lines

根据北京大兴机场快线的隧道列车空气动力学分析，当列车运行速度达到160 km/h时，隧道内设施承受的单向活塞风压可能超过±2 kPa。本标准的适用范围为最高运行速度不超过160km/h的城市轨道交通工程所采用的隧道抗风压防火门，同时考虑防火门可能存在双向承压的情况，所以将防火门抗风压性能的最高等级确定为±6 kPa。

2.2.2 产品性能要求

本标准以国家标准《防火门》(GB 12955—2008)为基础，结合城市轨道交通隧道抗风压防火门的使用环境条件，并参考了在编的铁路标准《隧道洞室门技术条件》的有关内容，重点强化了与抗风压性能和防腐性能相关的要求。

通过大量工程调研发现，防火门的抗风压性能与门体结构、防火锁、铰链、闭门器等配件的质量密切相关。提高门体及门框结构的整体性，可以提升防火门的承压能力，因此本标准要求采用无亮窗、有下框(四边均设门框)、门扇无玻璃的平开门。防火锁一旦锁定失效，防火门在打开状态下，极易被活塞风扇动，导致破坏而发生脱落，因此本标准要求锁定点的数量不少于三点；同时为便于疏散，需采用推闩机构。为提高门扇的抗风压能力，抗风压防火门的门扇较一般防火门要重，铰链容易出现变形而导致门扇下沉，影响门体正常关闭，因此本标准要求铰链板厚不应小于8 mm，铰链每侧安装数量不应少于3个。在夜间隧道检修时间段，防火门被运维人员打开后没有在闭门器的作用下正常关闭，是导致防火门损坏的重要原因，因此本标准要求应安装一级品闭门器，并与门扇质量、门扇宽度匹配，以保证自闭性能。

地铁隧道环境中的湿度较大，特别是在南方地区，容易引起金属材质的防火门发生腐蚀，从而降低防火门的结构强度，如图 2(a)所示。另外，防火门门扇内部的珍珠岩填料具有一定的腐蚀性，也会导致防火门发生腐蚀，如图2(b)所示。本标准一方面要求门扇面板及龙骨、门框板、防火锁、防火合页(铰链)、防火闭门装置、防脱落链、紧固件等部件采用满足环境防腐要求的材料，另一方要求防火门在使用过程中不应产生腐蚀性物质。推荐采用不低于304不锈钢防腐性能的材料，采用其他材料时应进行盐水喷雾测试。

图2 防火门腐蚀情况Figure 2 Corrosion of fire door

2.2.3 性能检验方法

本标准以国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》(GB/T 7106—2019)为基础，结合城市轨道交通隧道活塞风压周期特征和抗风压防火门的受力特点，并参考在编的铁路标准《隧道洞室门技术条件》的有关内容，提出了防火门抗瞬时风压和抗疲劳风压的检测方法。

抗瞬时风压检测包括分级风压和极限风压检测，其中极限风压为分级风压的 1.5倍，检测方法与标准GB/T 7106-2019类似，只进行单次加压检测。对于抗疲劳风压检测，标准GB/T 7106—2019要求的反复加压检测次数仅为5次。以往工程中的抗风压防火门产品按此标准进行检测，与实际工程中的受力情况存在巨大的差异，不能反映防火门的抗疲劳风压能力。按300对/d的行车数计算，若防火门单面承受活塞风压，100万次相当于约10年的时间，基本可以满足实际工程需要。同时，考虑检验工作的时间成本，本标准提出了在分级风压交替冲击100万次作用下的抗疲劳风压检测方法。另外，从运营线路的防火门承压测试可以看出，列车经过联络通道处时防火门承受的风压最高，之后迅速发生正负压转化，压力变化速率很快，如图3所示。标准GB/T 7106—2019要求反复加压检测的风压加载速度为300～500 Pa/s，本标准将该速度提升为 600～1200 Pa/s，更加接近防火门承受活塞风快速冲击的实际情况。

图3 防火门承受的风压变化情况Figure 3 Variation of wind pressure on fire doors

为了验证本标准提出的抗风压性能检验方法的合理性和可行性，标准编制组开展了相关验证试验工作：搭建了试验平台(见图4)，并对3樘不同生产厂家的隧道抗风压防火门和1樘普通防火门进行了50万次对比试验。结果表明，本标准提出的检验方法完全可以实现；试验条件模拟真实环境且甚为严苛，可以有效识别出抗风压性能不合格的产品。

图4 抗风压性能试验平台Figure 4 Wind resistant performance test platform

3 工程技术标准

3.1 主要内容

抗风压防火门工程技术标准《城市轨道交通隧道抗风压防火门工程技术规范》(T/CAMET 05002—2020)包含范围、规范性引用文件、术语和定义、设计、施工与验收、维护管理，共6章和4个附录。其中，“设计”章节规定了隧道联络通道内防火门的设置要求和接口要求；“施工与验收”章节规定了抗风压防火门进场检验、安装与调试以及验收要求；“维护管理”章节规定了抗风压防火门档案管理和检查维护要求。另外，附录给出了隧道抗风压防火门工程施工现场质量管理检查、施工过程检验与验收、运营检查与维护的各类可参照记录表单。

3.2 主要特点

3.2.1 工程设计要求

本标准以国家标准《地铁设计规范》(GB 50157—2003)和《地铁设计防火标准》(GB 51298—2018)为基础，提出了抗风压防火门的工程设计要求。

如前所述，实际工程中的联络通道防火门所承受的活塞风压各不相同，工程设计应根据隧道阻塞比、列车运行速度、防火门安装位置、列车编组、隧道的长度、中间风井及泄压装置设置等多种因素，通过列车空气动力学计算，确定隧道抗风压防火门的抗风压等级。

根据实际工程经验，门框的土建预埋件问题多。在区间土建结构施工时，很多项目没有预留防火门安装所需的预埋件，门框与墙体之间仅采用膨胀螺栓固定，完全无法承受活塞风的反复冲击，防火门门框会很快松动、变形。本标准规定，隧道抗风压防火门与墙体宜通过预埋件连接，不应采用膨胀型锚栓固定。进一步，为了防止门框与预埋件之间的焊接导致门框变形，影响安装精度和抗风压性能，本标准推荐有条件时采用整体复框预埋，防火门与预埋复框之间完全通过螺栓连接，避免现场动焊。

根据交通运输部《城市轨道交通初期运营前安全评估技术规范 第1部分：地铁与轻轨》的有关规定，本标准规定监控系统宜具有防火门远程监视与报警的功能，且宜设置具有视频记录功能的中央视频监控(CCTV)摄像机来监视防火门状态。

3.2.2 施工与验收要求

本标准以国家标准《防火卷帘、防火门、防火窗施工及验收规范》(GB 50877—2014)为基础，提出了抗风压防火门安装的施工与验收要求。

鉴于防火门安装的土建预留条件对保证防火门安装精度和抗风压性能十分重要，本标准规定除常规的进场检验外，还应对门洞位置与尺寸、预埋件位置与尺寸等土建预留条件进行全数进场检验。

本标准立足于“预防为主、先导试点”的原则，提出抗风压防火门施工安装实行首件工程认可制，即抗风压防火门批量安装前需进行首件安装工程验证。首件安装可在现场或外部模拟条件下进行，其数量应由工程建设单位与监理单位、施工单位根据工程具体情况确定。首件安装应由施工单位按工艺规程操作，监理单位进行安装后验收。检验结果合格后，应由监理单位批准，再进行现场批量安装。如果首件安装施工过程或者检验结果有一项不合格，则不可开始批量安装。通过对首件工程的各项质量指标进行综合评价，指导工程实施，及时预防和纠正施工中有可能产生的质量问题。

3.2.3 维护管理要求

本标准以国家标准《防火卷帘、防火门、防火窗施工及验收规范》(GB 50877—2014)为基础，提出了运营过程中的维护管理要求。

针对运营过程中隧道抗风压防火门无人管理或疏于管理的情况，本标准要求将其纳入消防设施的范畴，配备专门人员，通过建立设备检查和维护管理制度进行统一管理。隧道抗风压防火门的运营环境条件恶劣、复杂，发生事故的后果严重，通过提升检查维护的强度来提升其运营安全性是十分必要的。为此，本标准提出了每日、每季度和每半年需要对抗风压防火门进行检查和维护的工作内容。

在夜间隧道检修时间段，联络通道被运维人员使用、通行的情况难以避免和控制，这就使抗风压防火门始终存在打开后未正常关闭的风险，而每日通过人工现场核实防火门开闭情况既不现实也不可靠。因此，本标准建议每日通过中央视频监控(CCTV)摄像机和启闭反馈信号，对隧道抗风压防火门进行检查，检查其是否正常关闭、其周边是否有影响门扇启闭的物品。

从标准编制过程中的 50万次抗疲劳风压能力试验看，即使防火门产品采取了大量提升抗风压能力的措施，但由于使用环境条件过于恶劣，每隔一段时间也需要对防火门进行必要的维护，否则亦难以保持完好的状态。因此，本标准分别建议每季度和每半年对防火门的重要配件及连接件进行必要的检查和维护。

4 结语

两项隧道抗风压防火门团体标准的颁布实施，将会促进行业内尽快形成统一的隧道抗风压防火门工程实施标准，对降低运营风险和保障运营安全将发挥积极作用。今后可在以下几个方面开展相关研究，以进一步提升联络通道防火门的安全性。

1) 联络通道防火门的设置标准。在目前的实际工程中，联络通道内既有设置一道防火门也有设置两道防火门的情况，究竟如何确定设置标准值得思考。从防火门承压的角度分析：设置两道门避免了防火门的双向承压，可改善门体的受力情况，延长使用寿命；设置一道防火门需双向承压，但可以减少防火门的数量，设备故障点也相应减少。另外，从消防疏散角度分析，设置一道门优于设置两道门。

2) 新型联络通道防火门。在目前的实际工程中，联络通道防火门产品均为常开式平开门，而美国与日本的相关标准允许采用推拉式防火门或常开式防火门。从门体结构和受力特点上看，这两种门体形式较常开式平开防火门更有利于减小活塞风压对门体的影响，从而提升抗风压能力。国内轨道交通行业尚需尽快将推拉式防火门纳入防火门体系，并开发相关产品。对于常开式防火门，则需结合安装方式，研究活塞风压对常开门扇的影响以及相应的门扇固定措施。

3) 取消联络通道防火门的可能性。虽然两项团体标准已颁布实施，但是联络通道防火门仍然是城市轨道交通建设与运营管理的难点与痛点。为彻底解决这个问题，国内已开始研究通过构建联络通道内的气流，阻止火灾烟气从火灾隧道向非火灾隧道蔓延，在不设置防火门的情况下满足非火灾隧道的安全要求，从而取消或减少联络通道防火门的设置数量[11]。由于防火门的设置与否涉及现行国家标准的强制性规定，所以在工程实施层面取消防火门尚需进一步研究论证。