地鐵隧道風對屏蔽門關門影響的研究與分析

詹樂濤

摘要：隨著地鐵線路客流不斷上升，縮短行車間隔成為提高列車運力的重要措施，由此引起隧道活塞風不斷增大，從而對軌道內設備產生相應影響。文章從介紹列車行車密度與隧道風壓兩者關系出發，并選取廣州地鐵五號線員村站屏蔽門在縮短行車間隔情況下屏蔽門運行中出現關門慢或二次故障情況為例，探討降低風壓對屏蔽門正常運行影響解決方案，保證屏蔽門設備系統安全穩定運行。

關鍵詞：地鐵；屏蔽門；風壓；

屏蔽門系統設置于地鐵站臺邊緣，在列車到達和出發時可自動開啟和關閉。其功能門部分一般由固定門、滑動門、應急門及端門組成。屏蔽門承受外荷載主要有：①風壓，②人群荷載，③沖擊荷載，④地震荷載。屏蔽門滑動門在關閉的過程中，主要受到門檻與門導靴之間產生的摩擦力及隧道風對左右滑動門的防夾膠條的受力產生對屏蔽門的關門阻力。

1 列車行車密度與隧道風壓的關系

列車在隧道內運行現象與活塞運動類似，但又有所不同，列車前面的空氣一部分被推向前方，另一部分則沿列車與隧道之間的環形空間形成回流，這主要是由于空氣黏性以及氣流對隧道壁面和列車表面的摩擦作用使得被列車排擠的空氣不能像在大空間中那樣及時散開。因此，列車前方空氣受壓縮， 隨之就產生特定的壓力變化過程，其引起的空氣動力學效應會隨著行車速度的提高而加劇。同時，列車行車密度加大后，當后續列車越來越加速靠近時，如同活塞運動使被壓縮的空氣壓力將進一步加劇。此時，壓縮空氣急速從打開的屏蔽門散開，產生極大地隧道風壓。

2 屏蔽門關門過程受力分析

屏蔽門在關門過程中主要受到關門動力和阻力作用。在關門過程中電機電流變化過程為線性增大-不變-線性降低，相對應整個關門過程為加速—勻速—減速，在屏蔽門在關門時關

門動力變化為：增大—不變—減少，屏蔽門在關門過程中在正常情況下受到的阻力可以視為不變。

根據屏蔽門設計合同技術要求，滑動門關門過程中，在最后100mm的行程中動能不超過1J/扇門。 故此時的屏蔽門平均動力為f<=1J/0.1m=10N

風壓公式：WP=KrV2/2g

r-容量，標準空氣容量是0.013 KN/m3

V-風速

g-重力加速度

K-空氣動力系數，根據伯努利方程得出的風-壓關系，現設為1

WP=KrV2/2g=0.013×103×8.62÷2÷9.8=49.055 Pa（N/ m2）

單扇門防夾膠條面積為S=2.15m*0.075m=0.16125 m2

阻力F=49.055*0.16125 =7.9N，接近平均動力f。

故當屏蔽門從最后100mm的行程基本為靠慣性關門，當隧道風壓增大的情況下，屏蔽門受到的阻力增大（屏蔽門在關門過程中受力情況近似圖1），由于關門動力沒有增大，故出現屏蔽門在關門過程中受阻情況。

圖1：不同情況下屏蔽門在關門過程中受力情況示意圖

3 員村站屏蔽門數據采集

以地鐵員村站為例，對上行屏蔽門風速進行數據采集及分析。數據采集方法：風速儀離地板一米高處靠近屏蔽門中心線，屏蔽門開關門時，風速儀風扇與風向保持一致，列車帶來的隧道風吹過風速儀的風扇顯示的最大數據就是最大風速； 根據某日對員村站上行1-6號屏蔽門最大風速測量數據如圖2（“X”數據為門體出現故障時的最大風速，其他數據門體正常）：

圖2

從數據采集結果及現場的效果觀察發現，臨界關門測得的最大風速超過8.6m/s（此風速接近5級風力）時，屏蔽門將會出現無法關閉的情況。 另外，員村站屏蔽門受風壓影響發生故障較多的主要為尾端1-7#門，即列車進站時最先經過的屏蔽門。

4 解決方案

根據上述分析情況，從設備上解決該問題主要有兩個途徑：

4.1、增大關門力

在標準內對關門力進行調整，在設備上主要針對關門電流進行調整，調整后故障率比之前有下降，但是不能根本解決該問題，主要原因分析如下：

由于為了防止夾傷乘客，屏蔽門關門力有一定要求，不能進行無限增大，尤其在低峰期間，風壓減少的情況下如果關門力調整過大，因阻力減少，在關門過程中會出現門體碰撞現象；

根據現場反映，大部分門體是在將要關閉的情況下不能完全關閉，從圖1可以看出，在減速段中，關門電流下降較為明顯，關門力同時下降，風壓阻力持續不變或增大，便出現門體不能關門到位情況。

因此，單從增大關門力上不能完全解決該故障。

4.2、減小關門阻力

在增大關門力同時，針對門體特點采取一定方法，以減少屏蔽門在關閉過程中受到的阻力。屏蔽門在關門過程中主要受力部位為導靴，毛刷，風壓等。選擇不同門體分別進行調整，以觀察效果：

4.2.1、對5#屏蔽門導靴進行拆除檢查，檢查發現導靴磨損情況并不嚴重，對該導靴進行更換，更換后該故障還時有發生，尚未能解決該問題。

4.2.2、對4#屏蔽門密封毛刷進行拆除，以減少摩擦，同時起到泄壓的作用，減少風壓對屏蔽門的影響，但是毛刷拆除存在一些問題：毛刷拆除后隧道風可以進入到站臺，導致站臺環境惡化，同時由于沒有了毛刷阻擋，也導致屏蔽門門頭上零部件的衛生較差。通過觀察現場毛刷拆除后的效果，故障發生頻率已降低，但并未完全消除故障。

4.2.3、五號線屏蔽門工控機MMS軟件上有一個參數為從控制系統PSC發出的關門指令響應延遲時間可以設置，正常情況下該參數設置為0，即沒有延遲。考慮到1-7#門處風壓較大，通過調整關門時間使得該處門體關門時風壓變小，通過先關1-7#門，而8-18#門延時關門，使得1-7#門的風壓分散。即將8-18#門關門指令響應延遲時間設置為1S，從而實現1-7#門比8-18#門先關門，使得風壓可以通過8-18#門卸掉部分，減少對1-7#門影響。該方案效果良好，故障發生大大降低。

5 結束語

屏蔽門在軌道交通運輸中地位越來越重要，無論是對乘客安全或者能源節約有著不可替代地位，然而隨著地鐵的發展及客流增大對地鐵速度的要求，高密度行車導致屏蔽門發生的問題也越來越多。只有不斷對屏蔽門進行研究摸索，不斷地總結經驗和改進，才能讓屏蔽門更好的為地鐵服務。