城市軌道交通站臺門門檻絕緣方案研究

張俊嶺

(中鐵第四勘測設計院集團有限公司設備設計處，430063，武漢//高級工程師)

行車鋼軌是整體回流通路的負回流線，可將經由接觸網的直流電輸送回負極端。為了防止運營過程中的雜散電流對地下金屬管線造成電腐蝕，鋼軌與大地相互絕緣,故而鋼軌與大地間存在90～150 V的電位差。為了防止跨步電壓，車站站臺門與鋼軌進行等電位連接。因此，地鐵站臺門的絕緣性十分重要。站臺門需要絕緣安裝，站臺側地板也需要絕緣，才能保證乘客在上下車觸碰到車體和站臺門門體時，不會有觸電的風險。GB 50157—2013《地鐵設計規范》也明確要求地鐵站臺門必須絕緣安裝。但受到絕緣材料、施工環境、運營維保等條件制約，目前國內站臺門的絕緣阻值很難達到設計要求，現有的站臺門絕緣方案也存在很多不足。

1 現有站臺門絕緣方案

方案一：站臺門門體與土建結構上下連接支座處設置絕緣套管及絕緣板等部件，使站臺門絕緣。這是我國地鐵普遍采用的方案。實踐證明，這種方案的絕緣可靠性差。當運營一段時間后，絕緣普遍失效。

方案二：定制絕緣門檻，使用化工塑料類材料作內部支撐件與門體支座連接，支撐件外包金屬面以經受乘客鞋底高強度磨檫。該方案價格高，應用較少。

方案三：站臺門門體全部使用絕緣件。門體金屬外表面包裹一定厚度的樹脂類材料，由金屬骨架受力，由樹脂類材料絕緣。該方案絕緣性能很好，但站臺門表面的樹脂類材料為難燃或阻燃材料，其防火性能較金屬表面大為降低。而且GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定，地鐵站臺所有裝修材料都必須是不燃材料。可見，站臺門樹脂類材料表面并不完全符合規范要求。

也有部分線路采用表面貼膜或刷涂絕緣漆的方案來增加絕緣防護。但站臺門門檻由于被乘客鞋底高強度磨損，難以保持絕緣持久性。

由上述分析可見，這些方案都難以滿足實際需求，需要進一步分析這些方案的門檻絕緣失效原因，提出新方案。

2 門檻絕緣失效原因分析

2.1 現有門檻安裝方式

2.1.1 門檻踏板與緊固板連接方式

某廠家的地鐵站臺門門檻踏板與金屬緊固板以焊接方式進行連接，兩者相互導通。依靠金屬緊固螺栓與金屬緊固板內螺紋的配合，緊密連接門檻踏板與站臺門底座。該門檻連接結構示意圖見圖1。

圖1 門檻踏板與緊固板連接圖

2.1.2 門檻踏板與立柱包板連接方式

某廠家的站臺門門檻踏板與立柱包板緊密連接，且兩者互相導通，但固定門踏板與活動門踏板之間沒有做絕緣斷開處理。該門檻連接示意圖見圖2。

圖2 門檻踏板與立柱包板配合圖

2.2 站臺門門檻絕緣失效原因

通過分析現行地鐵線路的實際運營數據，結合現有門檻安裝方式可知，站臺門門檻絕緣失效的主要原因為：

1) 站臺門門檻踏板同緊固板及立柱包板連接緊密，連接處未做絕緣處理，相互導通。而且立柱包板的絕緣效果差。因而門檻絕緣過于依賴底座連接處的絕緣子。

2) 在施工和運營過程中，站臺門底座絕緣子容易積灰、堆積金屬粉塵，從而導致其絕緣失效。

3) 活動門門檻踏板與固定門門檻踏板相互接通，兩者相互影響，一方的磨損情況會影響另一方的絕緣效果。

地鐵站臺門具有隔斷站臺公共區和列車軌行區、節約通風空調系統能耗的功能。站臺門也是站臺上面積最大的裝修區域，為站臺導向、廣告投放提供了顯示位置，與其它很多相關專業具有大量的接口。

在施工過程中，站臺門專業施工會和其他專業施工交叉進行。施工產生的混凝土碎渣、粉塵、暖通水體影響，以及土建結構導致的站臺門安裝精度等因素均會影響站臺門門檻的絕緣效果。在運營過程中，溫度及濕度的變化，特別是地域氣候的差異而導致的水霧影響，均會降低現有站臺門門檻絕緣子的絕緣效果。

所以，僅靠現有的門檻絕緣結構是很難達到驗收標準的。這對后期運營的絕緣保護也是一大挑戰，改良門檻絕緣方式勢在必行。

3 站臺門門檻絕緣新方案

3.1 新方案的絕緣思路

目前，在站臺門整體絕緣性能無法得到保證的情況下，為保證乘客安全，站臺門門檻新方案應既不對現有站臺門門體結構作大的變動，又不增加門體造價，并使門檻具備永久絕緣功能。參考現有方案，可采用對站臺門門體涂刷絕緣凃層，對活動門門檻節點進行局部絕緣處理的方法。這是效果很好的被動防護。

在現有方案中，站臺門門檻同緊固板及立柱包板是導通的，不存在絕緣電阻。因此可對地鐵站臺門的門檻同地面支座及立柱包板等的連接處進行隔斷處理，從而使站臺活動門與門檻實現獨立絕緣的效果。

將門檻同緊固板及立柱包板連接部位的金屬零部件替換成絕緣材料的零部件，則連接處便具可起到絕緣隔斷的作用，然后再用絕緣材料將隔斷部分進行填充，更是可以大大增加絕緣性能。

3.2 絕緣材料的選取

新絕緣方案所使用的隔離絕緣材料及絕緣螺栓等，既要具備優異的絕緣性能，又具備優異的力學強度。經比較分析，本研究選取工程塑膠PEEK(聚醚醚酮)來替換金屬材料。

PEEK現已廣泛使用于航天、核電及軌道交通等領域。PEEK的材料拉伸強度達175 MPa,壓縮強度達250 MPa，扭轉斷裂扭矩達到11.8 N·m，能完全滿足門檻與立柱以及門檻與支座連接處的材料力學強度要求。

3.3 門檻絕緣新方案

3.3.1 新方案一

新方案一為絕緣緊固板替換方案。先將金屬緊固板替換為絕緣材料板，再對站臺門門檻和底座進行“隔斷”處理，最后將門檻踏板和立柱包板的間隙用中性絕緣材料填充。

1) 將原有的金屬緊固板替換成絕緣緊固板，再將新絕緣緊固板與門檻踏板連接。這能使門檻踏板與緊固板在導電性能上實現“隔斷”的效果。以某站臺門為例，在絕緣緊固板側邊設置2個φ4 mm的通孔，再通過六角法蘭自鉆自攻螺釘實現門檻踏板與門檻的固定。細部構造如圖3所示。

圖3 門檻踏板與絕緣緊固板連接細部構造示意圖

2) 門檻踏板與底座先“隔斷”處理后，再連接。將絕緣緊固板替換為絕緣材料之后，門檻踏板與底座仍舊通過原有緊固螺栓固定，但此時絕緣緊固件中的絕緣墊片厚5.0 mm(見圖4～5，使得門檻踏板與金屬墊板相互隔開。

圖4 門檻踏板與底座連接示意圖

3) 門檻踏板與立柱包板的絕緣處理。門檻踏板總長比原有長度縮短2.5 mm，使得安裝后的踏板與踏板之間形成5.0 mm寬間隙，而門檻踏板與立柱包板之間形成3.0 mm寬的間隙。在間隙處打入中性絕緣硅酮結構膠，形成絕緣帶。

圖5 門檻踏板與立柱包板連接示意圖

新方案一中，雖然地鐵站臺門門檻和支撐底座依然是互相連接的，卻已不再導通。通過對門檻連接的局部處理，簡單高效地完成了絕緣處理。

3.3.2 新方案二

新方案二為滑槽式固定方案。將金屬緊固板替換為絕緣緊固板，在絕緣緊固板兩側開10 mm×3 mm通長的滑槽，并將門檻踏板兩側的金屬板翻卷成8 mm寬卷邊，使絕緣緊固板滑槽與門檻踏板卷邊配合，進而實現物理隔斷。具體結構示意圖見圖6。

圖6 滑槽式固定方案示意圖

新方案二通過滑槽連接的方法使站臺門門檻之間互相絕緣，從而增大了門體絕緣阻值。

3.3.3 新方案三

新方案三為絕緣緊固螺栓方案。將原本的金屬螺栓替換為綜合性能優異的絕緣緊固螺栓，并在金屬固定板與站臺門底座間增加一層2 mm厚的絕緣板。絕緣螺栓穿過絕緣板后與金屬固定板內螺紋配合完成連接，從而實現隔斷絕緣。新方案三的結構示意圖如圖7所示。

3.4 方案分析

以上三種新方案的絕緣原理一致，即對門檻兩端同門柱及支座的連接處進行局部絕緣處理，不需對站臺門門體結構作大的調整，就能實現門檻的獨立絕緣的目的，避免了過度依賴站臺門門體支座絕緣子，使得乘客和工作人員的安全得到更大的保障。

圖7 絕緣螺栓方案示意圖

此外，由于PEEk價格適中，故新方案還具備良好的經濟性。

4 結語

本文針對現行地鐵線路站臺門門檻的結構局限性，從站臺門門檻絕緣失效的原因及安裝方式出發，探討其絕緣失效的原因，結合生產、安裝的實際情況，提出了3個站臺門門檻絕緣新方案。

這些新方案已通過理論驗證和工程化試驗，均被證明是切實可行的。部分新方案已應用在實際的城市軌道交通項目中，絕緣效果良好。

需要特別注意的是，如采用其他絕緣材料，須對替換絕緣件的絕緣強度和材料性能進行檢測和比對，滿足要求后方能使用。