地铁区间人防门安全固定装置优化设计

秦伟民 贾彦明

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510000）

0 概述

根据法律法规及规范要求，地铁工程建设须兼顾人民防空，一般按照“一座车站加一相邻区间为一个单元”的原则进行防护单元划分，每个防护单元内部自成独立体系，以提高整体人防工程的抗毁伤能力，防护单元之间采用区间人防门进行分隔。区间人防门又称为区间隔断门，设置在区间隧道正线上，与地铁行车、轨道、接触网或接触轨等专业密切相关。根据授电方式的不同，区间隔断门分为适用于接触轨授电的单扇区间隔断门、适用于刚性接触网授电的不断刚性接触网区间隔断门及适用于柔性接触网授电的不断柔性接触网隔断门。

作为设置在区间正线上的大型设备，区间人防门与地铁运营安全息息相关，目前已发生过列车碰撞区间人防门造成运营事故的案例。因此区间人防门平时开启到位时其安全固定措施的有效性和可靠性至关重要。目前地铁区间人防门常采用电信号、机械锁、顶紧装置等多套安全措施，相互独立，共同保证人防门平时状态的安全性[1]。

随着近年来全国各地新建地铁数量的急剧增多，地铁运营部门对区间人防门的平时安全性要求越来越高，因此人防防护设备设计单位也不断对区间人防门的安全固定装置进行优化改进，以增加区间人防门在平时运营中的安全保证。该文通过对适用于接触网授电的大小扇不断接触网区间隔断门上部小门扇的安全固定装置进行分析研究，并结合现场实施经验，提出优化设计方案，以提高地铁平时运营安全性。

1 大小扇隔断门的上部小门扇安全固定装置现状

对采用接触网授电的地铁工程，目前运用较多的区间隔断门为大小扇不断接触网区间隔断门，其门扇系统由大门扇和上部小门扇组成，在两门扇之间的接触网标高处设有孔洞，可穿过接触网[2]。这样设计的目的是在不需要断开接触网的前提下即可进行关门和开门操作，平战转换快捷。大小扇不断接触网区间隔断门的上部小门扇，大多采用以下3种安全固定装置[3]：1）限位螺栓。在上部小门扇正下方的门框上安装支托架，支托架完全固定不可移动，以支托架为固定点，采用2个限位螺栓插入小门扇的限位座内部，达到限制门扇活动的目的，从而使门扇保持90°开启状态，如图1所示。2）电信号。在限位螺栓处适当位置安装行程开关，并由BAS系统采集电信号，将限位螺栓的状态纳入综合监控系统，可在车站车控室实时显示安全固定装置是否有效以及门扇是否处于开启到位状态。一旦出现限位螺栓异常或脱位的情形，车控室系统会立即警报提醒，由运营人员查看风险后进行处置。人防门附近也可安装信号箱，自带声光报警系统，出现异常时可及时向列车司机发出预警[4]。3）顶紧装置。为在平时将小门扇固定于90°开启位置，在门扇背后支托架上焊接一个限位槽钢作为顶紧装置，可使小门扇开启90°后即不可继续开启，配合限位螺栓作用，保证小门扇在活塞风作用下不会产生过大的振动，从而提高整套安全固定装置的可靠性[5]。

图1 正常状态下区间人防门上小门扇及限位螺栓、导向螺栓的实物图

2 限位螺栓安全固定装置分析

由于大小扇不断接触网区间隔断门的上部小门扇的安全固定装置，主要是通过限位螺栓的作用，因此主要针对限位螺栓进行分析，提出优化建议。

2.1 限位螺栓安全固定装置不同状态的对比

图1为正常状态下区间人防门上小门扇及限位螺栓、导向螺栓的实物图。其中上小门扇长1855mm、小端高935mm、长端高1254mm、厚236mm，质量为514 kg。通过侧面螺栓与轴杆固定，可通过铰页旋转开启或关闭，战时关闭后与大门扇配合达到隔断防护单元的人防功能。平时开启90°，门扇下方两个限位螺栓自下向上穿过支托架，拧入小门扇底部的限位座，将上小门固定，可防止上小门向关门方向产生移位，从而保证列车安全通过。导向螺栓位于限位螺栓的丝母上。

图2为存在隐患的区间人防门上小门扇处的现场图片，图中可以看出，两个限位螺栓未全部上拧到位或已下滑，与上小门限位座脱扣，无法起到限位的作用，容易导致门体移位侵限，发生侵限后上小门与车体如发生碰撞将引发严重事故。因此如何防止发生限位螺栓未全部上拧到位或下滑的情形，是亟需解决的现实需求。

图2 存在隐患的限位螺栓、导向螺栓

2.2 限位螺栓、导向螺栓构造设计及分析

图3为限位螺栓构造图及正常状态下相对位置图，其中限位螺栓由丝杆、丝母、手轮、挡圈、定位轴组成。丝母固定于支托架上，其内部设置设有双线螺纹，通过旋转手轮带动丝杆在丝母内部向上螺旋并同时顶升定位轴，使其落入上小门限位座。定位轴在上小门扇限位座与丝母之间类似一个销栓，起到固定上小门作用，防止小门扇离开90°开启位置。

从图3中可以看出，丝母上设置一导向螺栓，同时定位轴上设有一凹槽，在丝杆旋拧、定位轴顶升过程中，由于导向螺栓卡在定位轴上的凹槽内，使定位轴并不能旋转，仅可做上下位移。

图3 限位螺栓、导向螺栓构造

图4为导向螺栓尺寸图及实物图，图5为限位螺栓丝杆、定位轴尺寸图。从图中可以看出，导向螺栓丝扣长度为16mm，小于限位螺栓丝母壁厚（10mm）与定位轴凹槽深度（10mm）之和20mm，还有4mm的差值，可见导向螺栓在拧紧状态下其端部并不能与定位轴凹槽底部紧密接触，无顶紧效果，仅靠其侧壁阻挡定位轴转动，导向螺栓的作用较为单一。而定位轴本身为光滑面无螺丝，其位置固定需靠其下部的非一体的丝杆受力上顶，在丝杆旋拧到位的情况下，定位轴可保持对上小门扇的限位作用，一旦丝杆未旋拧到位，定位轴也会随即下落脱位，造成上小门扇限位装置功能的缺位。

图4 导向螺栓尺寸图及实物图（尺寸单位：mm）

图5 限位螺栓丝杆、定位轴尺寸图（尺寸单位：mm）

3 针对限位螺栓的优化设计方案分析

为了更好地使定位轴始终保持在应有位置，应该注意以下3点：1）设置必要的后续操作步骤，保证必须将下方丝杆旋拧到位、定位轴完全嵌入门扇限位座后，方可进行此后续步骤，以减少或避免因操作人员失误造成的丝杆未全部上拧到位的情况；2）增强丝杆与丝母之间的紧固力，在隧道活塞风、振动等非人为操作的作用下，丝杆不易自行下滑；3）在原有丝杆上顶作用保持定位轴定位的基础上，考虑增加一道独立的定位轴固定措施，达到即使丝杆的上顶作用消失，定位轴也不会脱落的效果。

通过对整个限位螺栓作用原理的分析，笔者认为可以对导向螺栓和丝杆丝母进行优化设计。对限位螺栓装置中部分零件进行如下调整：1）将导向螺栓变更导向紧定螺栓并附带一个防松六角螺母，如图6所示。同时在定位轴上开一个限位孔，如图7所示。导向紧定螺栓采用M12螺栓标准件改制，螺栓上配一M12六角螺母，螺栓长60 mm，螺栓端头焊接一手柄，方便人工拧紧。定位轴上原来的导向凹槽仍然保留，仅在导向紧定螺栓位置增加凹槽深度，即相当于开一限位孔，限位孔直径14 mm，深度约为定位轴直径的一半，在安装时，必须将紧定螺栓拧入定位轴的限位孔顶紧，并将六角螺母拧紧防止松动。2）将丝杆和丝母由双线螺纹设计变更单线螺纹。

图6 导向紧定螺栓设计图（单位：mm）

图7 定位轴限位孔示意图（单位：mm）

原设计的双线螺纹导程大，丝杆在丝母中螺旋上升速度快，方便操作，但缺点是丝杆和丝母旋合形成的摩擦力略小，自锁能力较弱。而单线螺栓由于其螺旋升角较小，螺丝和螺母旋合形成的摩擦力较大，不容易滑动，具有较强的自琐能力，可用于螺纹的锁紧。因此为提高限位螺栓的可靠性，建议将丝杆和丝母之间的螺纹由双线螺纹改为单线螺纹。

该优化方式使导向螺栓不仅可以起到阻止定位轴转动仅做上下移动的作用，同时螺栓拧入定位轴的限位孔后，可以阻止定位轴下滑。如此一来，定位轴的限位就具备导向紧定螺栓和下部丝杆上顶双重保险，防止它意外下滑脱位，显著提升了定位轴的可靠性。

将丝杆和丝母的双线螺纹变更单线螺纹后，丝杆丝母之间的紧固作用增强，丝杆更不容易受振动等因素脱扣，从而提高整套系统的可靠性。

5 补充安全固定措施建议

随着新建地铁工程的增多，对地铁区间人防门运营安全的要求越来越高，对大小扇区间隔断门的上部小门扇，也可考虑在上述限位螺栓、电信号以及顶紧装置等安全装置外增设独立的补充安全固定措施，如安全拉杆、限位插板等。

5.1 安全拉杆固定措施

一些地铁为增加区间人防门平时的安全保障，在门扇背后使用安全拉链（铁链）将门扇与主体侧墙或人防门框墙进行连接，作为补充安全固定措施，当出现限位螺栓失效的情况时，仍能保证门扇不脱离安全位置，造成侵限事故。但拉链（铁链）本身是柔性的，其作为区间人防门的安全固定装置可能会遇到以下2个问题：1）拉链必须完全绷紧才可以发挥作用，但是否绷紧受操作人员现场因素的影响较大，人为不可控因素增加。2）柔性的拉链只可以提供抵抗门扇关门的拉力，无法提供反向的推力，在活塞风作用下，无法限制门扇的往复运动，影响拉链的安全性。

通过以上分析，建议采用刚性的安全拉杆作为补充安全固定措施。刚性安全拉杆设计为可拆卸式，关门时只需打开拉杆与门扇的接头即可。且安全拉杆为刚性杆，可使门扇在隧道活塞风作用下不产生往复运动，增加其可靠性。同时拉杆设计为可调节长度，在一定长度范围内可以根据现场情况调节长度，提高其适用性。

5.2 限位插板固定措施

在固定限位螺栓的悬臂支托架上焊接一个限位插槽，小门扇开到位后将一块钢插板插入钢插槽内，也可阻止小门扇意外自行关门。关门时只需将钢插板取出即可，平战转换也非常便捷。

6 结语

地铁工程运营安全涉及公共安全，是所有参建、运营单位必须首要重视的事。区间人防门作为地铁工程在战时发挥兼顾人防作用的重要设备，其平时安全性也必须得到充分保证。该文通过对大小扇不断接触网区间人防门上部小门扇限位装置的深入分析，提出对限位螺栓的优化设计建议，显著提升限位螺栓的可靠性，并对补充安全固定装置提出建议，为地铁区间人防门平时运营安全提供技术支持和保障，为地铁人防设计人员和地铁运营单位提供参考。