浅论屏蔽门绝缘及与钢轨等电位的安全措施
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摘 要：近些年，随着中国轨道交通工程项目的迅速增长，大量新技术、新工艺逐渐应用于轨道交通行业，随之产生了一些新型的安全问题。该文通过对我国轨道交通屏蔽门与钢轨之间等电位连接情况的分析，提出了采取新工艺和新技术的建议，不仅对提高城市轨道交通安全控制水平提供了一定的理论借鉴意义，还具有较强的可操作性。
关键词：轨道交通 地铁 屏蔽门 站台门 安全门 等电位 绝缘 安全 监控
中图分类号：U229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（c）-0076-02
近几年，各个大中城市轨道交通客流量不断快速增长，北京、上海、广州等城市表现尤为明显，目前日均1000万的客流量已成为常态。为了避免出现乘客或物品掉落轨行区引发安全事故的情况，大多数轨道交通线路均将屏蔽门（或称站台门、安全门）系统作为标准配置纳入统一设计和采购中来。
世界各国城市轨道交通的供电电压大都在DC 600～1500V之间。考虑到列车在运行时的回流与屏蔽门和大地之间的电位差对乘客可能形成的安全隐患，目前世界上的轨道交通线路在设计屏蔽门时均根据相关规范标准，要求屏蔽门采用绝缘设计，并与钢轨进行等电位连接。
中华人民共和国住房和城乡建设部《城市轨道交通站台屏蔽门系统技术规范CJJ 183-2012》4.4.8条中规定：当采用钢轨作回流轨时，屏蔽门应与钢轨进行等电位连接……单侧站台门体与车站土建结构之间的绝缘电阻在500VDC下不应小于0.5MΩ……地面应设置距离门体不小于900mm的绝缘区域……4.4.9条中规定：当钢轨不作回流轨时，屏蔽门应通过接地端子连接车站的接地网。
根据规范要求，屏蔽门底部与土建站台板、上部与土建结构梁、侧面与站台装修层、正线与端门、端门与土建结构柱、站台靠近屏蔽门2m范围内的站台装修层等多处部位均需进行绝缘处理。目前国内大部分城市轨道交通项目中，门体绝缘方式为上部采用绝缘套筒，下部敷设绝缘垫方案。每侧屏蔽门在系统内部使用等电位连接：使用柔性导线将各金属部件（如门槛、固定门门框、立柱等）连接成等电位体。站台门内部等电位连接后每侧站台的屏蔽门设置一个与轨道的连接点，使得轨道到屏蔽门门体上任何一点的总电阻都小于0.4Ω。因此，轨道和站台门构架之间的电位差维持在一个足够低的水平，消除了同时接触列车和站台门构架时产生的电压危险。
由于绝缘接口的关键位置处于地面，受轨道交通运营环境中的尘土、湿度影响，绝缘效果难以保证。单点绝缘失效后，门体绝缘整体失效，且失效点不易发现及修复，目前尚无可以持久保持绝缘的办法。
当各种不利因素叠加后不仅无法进行安全防护，还将形成新的安全隐患。而且绝缘设计和等电位连接本身还会降低结构可靠性和稳定性，对工程造价、工期、工序、美观、接口、协调难度产生较大影响。一旦绝缘不能保证，对于乘客的生命及财产安全将存在重大安全隐患。
地槛打火引起的门槛及行李车烧痕如图1、图2所示，该文提出以下建议。
1 工艺上的优化
对乘客容易接触到的门槛、立柱包板等金属部件进行工艺上的优化。
1.1 门槛
目前屏蔽门门槛主要采用铝型材，并在门槛支撑中采用绝缘板和绝缘套等部件进行绝缘处理。因门槛长度最少為113m，且与土建接口距离仅10mm，极易受到灰尘和污水的影响而导致绝缘值达不到设计要求。在实际应用过程中发现，在对铝型材进行阳极氧化处理后表面可形成氧化铝薄层，其厚度为5～30μm，硬质阳极氧化膜可达25～150μm。阳极氧化后的铝或其合金，不仅可提高其硬度和耐磨性，还具有优良的绝缘性，耐击穿电压高达2000V，完全可以满足屏蔽门的绝缘要求。
由于门槛表面一般情况下都设置了不锈钢防滑板，其对铝型材门槛产生了有效的保护作用，避免乘客携带的硬物、行李箱、高根鞋跟等可能对门槛产生的冲击力和摩擦力破坏绝缘效果。
对其他门槛材料，可在门槛上粘贴厚度为1～2mm的经阳极氧化处理后的铝型材防滑板。
当然，为进一步提高绝缘性能，也可在门槛与防滑板之间加装绝缘材料或用绝缘胶进行粘贴。
1.2 立柱包板
目前屏蔽门立柱包板主要采用不锈钢材料，由于安装的立柱也是金属材料，且与土建结构有直接接触和连接，一侧站台的连接点多达50个以上，单点绝缘不合格就会导致单侧门绝缘不合格，乘客候车时的“倚靠屏蔽门”行为就存在一定的安全隐患。由于选用不锈钢材料加工成立柱包板的主要原因是其表面光滑、色泽好，如果要使其表面绝缘，采用通常的化学氧化处理会导致不锈钢表面发黑，绝缘性能也难以得到保证。而采用不锈钢板表面微弧氧化研磨抛光方法，不仅可保持不锈钢表面呈现本色，还可在不锈钢制品表面形成一层强化氧化膜，从而达到绝缘效果。
虽然此项工艺会增加成本，但在实施此项工艺后可取消屏蔽门的绝缘设计，综合成本将不升反降。
为进一步提高绝缘性能，也可在立柱包板与结构件之间加装绝缘材料或用绝缘胶进行粘贴。
1.3 其他部位
一般情况下，屏蔽门上部支撑与土建结构的连接位置均进行了绝缘处理，屏蔽门正线单元与端门单元原则上也进行了隔断处理，但因车站内灰尘和水气在列车活塞风的施压下渗透力极大，故需对以上部位在施工过程中及时进行绝缘保护，并加强每月巡检巡查时的监测，及时修复，以达到绝缘效果。
2 新技术的研发
由于地铁行业内对屏蔽门绝缘和等电位连接的争论一直缺乏数据和案例的支撑，导致在实际工程阶段的应用随业主的要求而存在较大的变化。目前国内部分城市采用在乘客容易接触到的金属表面粘贴绝缘膜的方法来防范屏蔽门绝缘失效后产生的安全隐患，或者尝试在金属表面喷涂绝缘材料，但由于其绝缘效果无法有效测量，目前在行业内还没能形成统一的意见和方案。 在此情况下，研发屏蔽门、钢轨与站台候车区电位差监控装置就尤为重要。此装置应24h不间断监测屏蔽门、钢轨与站台候车区之间的电位差，当出现较大电位差时，根据预设的规则采取系统内警示、声光报警、断开安全回路（阻止屏蔽门和车门打开），或自动闭合（实现物理等电位连接）等方式提高对人员和设备的安全保护，并重点对列车即将进站、进站、停靠、乘降、离站、离站后，以及特殊情况下的电位差、电流等数据进行记录和分析，为提高屏蔽门安全和进行离散电流的研究提供数据支持。
通过设置既有运营线路试验点，在其各车站增设屏蔽门、钢轨与站台候车区电位差监控装置，可以对目前的各类绝缘实施方案的效果進行检核，验证各种绝缘方案的有效性，发现安全隐患。而通过对各种状况下的电位差、电流进行大数据分析，可以为专家进行绝缘和等电位研究工作提供数据基础，从而不断优化屏蔽门技术指标要求。
在既有运营线路试点成功后，通过进行充分的总结和方案的优化，开始设置新建线路试验点。在征得专家组同意的情况下，尝试取消目前的屏蔽门绝缘和等电位连接要求，以提高屏蔽门本体结构的稳定性，简化与土建接口的复杂性，大幅降低屏蔽门成本的同时，提高屏蔽门现场施工的效率，并将节省下来的费用投入到屏蔽门与钢轨电位差监控装置的研发和实施上，从而产生良性循环。
在此项装置试验并应用成功后，可正式取消目前的屏蔽门绝缘和等电位连接要求，极大地降低了项目成本，并为提高屏蔽门安全和进行离散电流的研究提供进一步的数据支持。
3 其他
屏蔽门系统对乘客的安全起着至关重要的作用。故此，应本着审慎、安全的态度分步进行新工艺、新技术的应用，在完成试验、试点、小范围应用的情况下逐步推进大范围的实施，并由行业专家组进行全过程指导和监督，对获取的数据进行分析和研究，不断修正方案。
在应用成功后，应及时推进相关规范、标准的修改，促进既有线路的改造和新建线路的调整，进一步提高乘运的安全环境。
4 结语
通过新工艺、新技术的应用，可以从根本上解决屏蔽门的绝缘性能指标和等电位连接要求，从而进一步的保障了乘运人员的安全，避免目前的屏蔽门绝缘设计和等电位连接方式对结构可靠性、稳定性的损害，对钢轨打孔以及信号系统的影响，并且可以起到降低工程造价、缩短工期、减少工序的作用。而由于简化了屏蔽门、轨道、土建、装修之间的接口，也会降低业主方的项目管理协调难度。
参考文献
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 183-2012，城市轨道交通站台屏蔽门系统技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] 北京市规划委员会、北京市质量技术监督局.DB11-995-2013，城市轨道交通工程设计规范[S].北京：北京市质量技术监督局办公室，2013.
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 30013-2013，城市轨道交通试运营基本条件[S].北京：中国标准出版社，2013.
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