2019创新项目推广 | 广州地铁升降式防淹防护密闭门优化研究

根据《中华人民共和国人民防空法》、《人民防空工程战术技术要求》（国防动员委员会【2003】8号）、《人民防空工程设计规范》、《地铁设计规范》（GB50157－2003）、《轨道交通工程人民防空设计规范》RFJ02-2009等法规和标准要求，随着城市轨道交通系统的发展，城市地铁在以地下线路穿越河流或湖泊、常年蓄水或地处海域海岛的地区等水域时，应考虑在进出水域的隧道或地铁两站之间的区间隧道过江（河）隧道两端的适当位置，既要在区间设置一道双向受力的防护密闭隔断门，又必须在跨江的两侧各设一道防淹门。平时在洪水泛滥时门扇可以迅速方便关闭防淹，战时关闭具备防护、密闭功能的防灾设备，以防止因意外使洪水进入隧道和车站，避免造成大范围的人身伤亡和财产损失，可有效保护地下设备和人身的安全。设置的防淹门和防护密闭隔断门，如图1所示。

为减少地铁工程造价，满足国家法律、法规和设计规范的要求和工程平时防灾、战时防空的紧迫需要。因此，原总参工程兵第四设计研究院（以下简称‘总参四院’）研制出了集人防与防淹功能为一体的智能化防淹防护密闭门，如图2所示。

国内各地普遍使用垂直升降式防淹防护密闭隔断门，如图1、2所示。其各系统组成如下：

防淹门和防淹防护密闭门系统主要由机械系统和监控系统两部分组成。防淹防护密闭门机械部分主要由门扇、门槽、启闭设备、安全锁定装置等部件组成，防淹防护密闭门监控系统主要由液位传感器、现场控制装置（PLC）、控制柜（箱）、报警设备、控制电缆等组成。

系统功能主要包括区间水位监视和报警、门体状态监控等。区间水位监视和报警在区间废水泵房内设置液位传感器（或液位变送器），用于采集区间水位信息，并将这些信息传送至防淹防护密闭门室主控制装置。主控制装置对水位进行分析综合后，驱动车站车控室和防淹防护密闭门室内相关指示灯警笛、警铃动作，并将水位及设备相关状态传输到车站控制室工作站，在车站控制室及防淹防护密闭门室能对区间水位进行自动监测及报警。当区间水位超过系统相应设定值时，系统自动向防淹防护密闭门控制室、车站控制室报警。

当区间水位到达影响列车正常运行的临界水位时，或者区间水位及其变化趋势危及列车正常运行时，系统自动向相关车站控制室发出区间水位报警信号。区间水位按四级监视、两级报警设置。一般区间最低里程处钢轨底以下100mm处设为一级水位预报警，即系统报警临界水位（此水位将危及信号系统的正常工作）；区间最低处钢轨顶面以上60mm处为四级水位，即危险水位（此水位将危及机车的正常工作）。

根据系统需要，一级与四级水位之间，设置二级水位和三级水位。一级水位与二级水位之间、二级水位与三级水位之间作为水位上涨速度监测区，水位上涨速度（暂定50mm/min，系统可调）作为危险水位报警信号。水位预报警信号和危险水位报警信号均由防淹防护密闭门系统主控制装置上传至车站级主控系统，主控系统终端显示状态信号并报警，防淹防护密闭门状态信息和区间水位信息由主控系统上传至控制中心（OCC），实现中央级的监视功能。

中央级监视功能在车站，车站级的主控系统集成防淹防护密闭门系统，防淹防护密闭门状态信息和区间水位信息通过车站级的主控系统上传至控制中心，实现了对全线防淹防护密闭门状态、被监视区间水位的集中监视功能。车站控制室具有对本站防淹防护密闭门系统的状态、被监视区间水位、水位上涨速度监视的功能。防淹防护密闭门系统主控制装置PLC通过RS485与主控系统进行接口，可以实现数据共享和远程监视功能。另外，车控室的IBP盘（应急控制盘）通过硬线与防淹防护密闭门系统主控制装置PLC连接，实现远程控制功能。

区间水位信息和防淹防护密闭门状态信息通过系统主控制装置PLC显示和报警，防淹防护密闭门的现场控制箱（柜）设置。门体控制的功能按钮和状态指示灯，实现现场控制。

防淹防护密闭门机械系统的设计主要包括闸门门扇的设计、启闭设备的选型设计、安全锁定装置的设计等。

升降式闸门也叫平面滑动式闸门，门体为单扇，属平面型钢焊接井字梁钢结构件，两侧采用钢基铜塑材料作为滑动导向块，与门槽配合，在门槽内上下滑动，实现闸门在隧道内开闭和水流通道的动作。门体底部需要与地铁行车轨道配合设计，经特殊处理，与轨道接触的地方采用橡胶块做防水处理。闸门质量10t以上能依靠自重在3m水深涌水条件下关闭。门体通过钢丝绳与双钩电动葫芦连接。

在图1中，a启闭机构设置在三层中隔板下面，存在着安装困难，调试因要在空中操作，带来安全隐患，同时，门扇起吊后需要足够的土建层高；b.启闭机构设置在三层中隔板上面，同样存在着安装困难，启闭机构设在第三层，土建设计与施工对起吊加工的预埋底座要求准确。调试钢丝绳穿过两层底板，安装调试困难。因此要在空中操作，带来安全隐患，同时，门扇起吊后需要足够的土建层高；增加了第三层的土建费用。在正常运营模式时，纯防淹门闸门和防淹防护密闭门门扇悬挂在站厅层，处于锁定装置的上方；闸门（门扇）的维修和保养均在站厅层。工程造价高，且不利于设备的检修和维护。

广州地铁已有线路的防淹防护密闭门与人防隔断门是分别设置的，存在占用空间大、布置困难、驱动机构安装有安全隐患，很难维护等诸多不足。

经查阅一些资料，韩国首尔地铁出入口防护门兼防洪门，为立转式门，如图3所示。

广州地铁建设集团有限公司针对广州市的地理条件建设复杂的地铁工程，选用国内各地普遍使用垂直升降式防淹防护密闭隔断门，经过几年的应用和成果推广，该技术成果暴露出如控制方式、密封方式等一些问题，于2016年提出迫切需要根据应用情况进行原成果的优化，对实际地铁工程条件对防淹防护密闭门提出了更高要求以便更加适用于新线地铁设防需要。

为解决上述问题对后续线路将采用国内已有兼顾人防与防淹功能的电动升降式防淹防护密闭门进行优化研究，提高针对广州地铁的适应性，降低运营时的使用维护难度，提高使用维护时的安全性。针对上述图2防淹防护密闭门存在的诸多不足，在本研究中，采用总体设计和多重试验研究相结合的方法，充分调研、分析、论证的基础上，提出图4所示优化设计方案。

方案确定后，用三维动画模型，对防淹防护密闭门的运行和机理充分论证和门体的计算。

优化方案理念是将原设置于顶板的启闭机构设置于中板上，可大大增强使用维护性能，较大降低层高要求。为实现该技术难点，需对已有启闭机构进行非标设计，以实现反装的要求。启闭机构反装后，需对滑轮组重新设计和布置。启闭机构设置于中板上，其布置位置与已有安全机构挡板小车重叠，需对安全机构与启闭机构统筹布置，总体设计。

a  电动升降式防淹防护密闭门的动力装置为卷扬式启闭机和电动葫芦启闭机二种形式。

卷扬式启闭机主要用于启闭依靠门扇自重或其它加重方式关闭的防淹防护密闭门，启闭速度一般为1m/min～2.5m/min，维护简单，手动、电动平稳可靠，制动系统完善，可较好的满足本项目的要求。但卷扬启闭机对空间尺寸要求较高，在覆土较薄的位置设置卷扬启闭机比较困难。在具备上下层空间，且上层空间足够的情况下优先选用卷扬式启闭机。

电动葫芦启闭机与卷扬式启闭机类似，也用于启闭依靠门扇自重或其它加重方式关闭的防淹防护密闭门，启闭速度可达3.5m/min。相比卷扬式启闭机，其反吊至顶板上，节省了启闭机平台2m多的高度，较好的满足空间要求。但电动葫芦无专门的制动系统，起升下降不够平稳，为较简易的起升机构。一般升降空间足够的情况下选用卷扬式启闭机。具备上下双层空间，但上层高度不足时选用双钩手电动葫芦启闭机。

b电动升降式防淹防护密闭门的动力装置研究

1.针对尺寸DJYFM4245H30防淹防护密闭门启闭机系统采用2x80KN固定卷扬式启闭机作为启闭设备，对标准启闭机进行了改进，增加了手动开门的自锁功能。

系统主要结构如图5所示。

启闭机为双吊点，有两套卷扬系统组成，两套卷扬系统中间由同步轴连接,卷扬系统由1台电动机通过带制动轮联轴器与减速器高速轴连接，卷筒上钢丝绳通过动滑轮和平衡滑轮启闭门扇。

卷筒采用滚动轴承支承，通过法兰与减速器低速轴相联；卷筒绳槽采用双联螺旋线型绳槽；钢丝绳的缠绕方式为双联单层绕；在平衡滑轮轴设有轴销式荷重传感器，用于起升载荷的信号输出；在卷筒轴上装有1套起升高度限制传感器。高度限制传感器及显示仪用于上下极限位置控制；减速器高速轴上装有1台YWZ3型制动器，用于工作制动。

2 动滑轮装置的位置调整

在水利机械上，常用的启闭机的动滑轮装置是与闸门的吊耳装置相联接，闸门的开孔尺寸受动滑轮装置尺寸与闸门升降钢丝绳制约。而地铁中结构尺寸较小，开孔过大对结构不利。调整动滑轮装置的位置，把动滑轮装置与防淹防护密闭门焊接在一起，平衡轮、动滑轮以及钢丝绳的出绳在同一平面。

动滑轮装置的位置调整，如图5所示。

由图可见，启闭机有着如下明显的特点：（1）动滑轮装置和定滑轮装置以及钢丝绳的出绳在同一平面形成W形状。（2）减少钢丝绳在启闭防淹防护密闭门时的窜动。（3）开孔尺寸小，利于减小结构尺寸。

3 手摇机构调速及制动器装置设计

采用单头蜗轮蜗杆式手摇机构，为满足自锁条件，蜗轮蜗杆传动比要在1：30以上。启闭机为闭式齿轮传动，与手摇机构组合后总传动比为9518.4，手摇启升防淹防护密闭门时时间过长。深入设计后改用棘轮自锁手摇机构。棘轮式手摇机构有以下优点：（1）能够产生自锁，使得在手摇启升防淹防护密闭门不会自动下落。（2）可根据实际情况来设定传动速比。通过反复的计算，最后设定传动比为1：2，既满足了自锁条件，又能大大地缩短手摇启升防淹防护密闭门的时间。

为保证4m/min的快速闭门速度，防淹防护密闭门利用自重快速下落时，其速度即不能过快又不能过慢，过快可能损坏轨道，过慢不满足快速闭门要求。采用调速及制动器来控制防淹防护密闭门下落的速度。调速及制动器的工作原理是在防淹防护密闭门快速下落时，调速器高速旋转，角形杠杆在向心力作用下向两边张开，从而带动左锥形套与右锥形套向中间挤压，左锥形套与右锥形套上的制动带与调速器支座摩擦，产生阻力限制防淹防护密闭门下降的速度。

地铁列车的安全运行极其重要，任何设备的设置都必须以不影响列车的安全运营为前提。为此，必须保证电动防淹防护密闭门在平时的状态下不能有任何影响列车运营的安全隐患。

首先，必须设置一套机械锁定装置将电动防淹防护密闭门牢牢地锁定在平时的开启位置，没有严格的相应操作程序，机械锁定装置不动作，从而，确保电动防淹防护密闭门不能离开正常位置。

其次，电动防淹防护密闭门的监控系统还应与地铁的FAS和BAS系统相关联，以保证地铁运行的绝对安全，即防淹防护密闭门一旦脱离全开状态，应由信号系统进行列车的控制，使列车停车在安全区域。

国内城市轨道交通地铁人防工程原设置在过江隧道两端的电动升降式防淹防护密闭门，由于提升防淹防护密闭门门体的启闭机构的选择存在土建层高要求大、较多的车站难以布置等技术问题，进行设计优化研究、对驱动执行机构的传动和布置方式进行了攻关。研究后的防淹防护密闭门解决了对土建层高要求，设置同样的孔口尺寸防淹防护密闭门要求从7.5~8m降低至6~6.5m左右。减少层高1~1.5米，使土建工程量减小，较大地降低了工程造价，每站节省100万元；对地铁平时运营时的使用、大大降低了维护成本，同时也减少了安全隐患，具有很好的社会效益和经济效益。

本项目主要技术特点和创新点如下所示：

2018年5月23日，国家人民防空办公室在北京组织召开了“地铁电动升降式防淹防护密闭门优化研究”项目成果鉴定会。军内外8个单位的9位专家组成的鉴定委员会，听取了项目组汇报，审查了鉴定材料。经质询讨论，一致认为：

1.本项目研制了一套可垂直升降防淹防护密闭门的手/电动两用启闭机构，该成果是大型升降防护设备研制的重要技术积累。

2.研制了一套升降式防淹防护密闭门适用的安全装置，既保证水压作用下门扇关闭可靠，又可有效避免门扇高空坠落、滑落等意外发生。

3.研制了水位自动监测与报警系统，通过三级监视与二级控制，实现了智能控制，确保了监控的可靠性。

该成果技术先进，创新性和实用性强，具有显著的战备效益、社会效益和经济效益，总体上处于国内领先水平。

鉴定委员会一致同意“地铁电动升降式防淹防护密闭门优化研究”通过鉴定。

成果获《驱动装置下置的升降式地铁防淹防护密闭门》ZL201721275702.8, 《用于垂直升降式防淹门启闭机构》ZL201721279611.X,《用于启动垂直升降式人防门防淹门的闭合式减速机》ZL201721304565.4三项实用新型专利。

 可以参与

成果首先应用于广州地铁11号线和新线工程，得到设计人员的认可。

本成果很好地解决了过江隧道工程战时防空、平时防淹（防灾）相结合的难题。研制的电动升降式防淹防护密闭门功能齐全，安全可靠，平战转换快捷，节省工程投资，降低运营维护难度和运营成本，单樘设备节约土建和设备投资约100万元，具有良好的战备效益、社会效益和经济效益。

该升降式防淹防护密闭门可广泛用于过江（河）隧道地下防护工程，将首先在广州地铁11号线应用。

成果不仅将应用于广州地铁所有线路，同时可推广于其他城市地铁线路之中。

成果推广应用于城市地铁工程中，不仅减小土建施工作业量,降低了防淹门启动机构高空施工安装安全隐患，降低使用维护难度和运营费用,手动电动操作简单,功能齐全,运行安全可靠。具有广阔的应用前景。

成果不仅应用于广州地铁线路，同时可推广于其他城市地铁线路之中。把同DJYFM4245H30尺寸和DJYFM3845H30规格类似防淹门其层高要求从7.5~8m降低至6~6.5m左右。成果应用于地铁工程，不仅将减小土建施工作业量,单樘设备每站节省100万元的投资，而且降低使用维护难度和运营维护费用，具有显著的战备效益、经济效益和社会效益。

（内容来自中国土木工程学会轨道交通分会，如有转载请标明出处）