熊科 王陽明 胡圣偉 賈彥明

摘 要：本文主要針對適用于地鐵隧道環(huán)境使用的液壓立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門，進(jìn)行技術(shù)分析并提出設(shè)計優(yōu)化改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：液壓立轉(zhuǎn)式;防淹防護(hù)密閉門;設(shè)計優(yōu)化

一、研究背景

在地鐵隧道內(nèi)的適當(dāng)位置結(jié)合戰(zhàn)時人防防護(hù)功能需求和平時防淹防災(zāi)需求，設(shè)置集人防功能和防淹功能于一體的防淹防護(hù)密閉門是應(yīng)對城市洪澇災(zāi)害所通常采取的主要工程措施之一。目前，我國采用的地鐵隧道防淹防護(hù)密閉門有兩種常見的形式，一種為升降式平面鋼制閘門，啟閉設(shè)備多為電動卷揚機(jī)或電動葫蘆，閘門的開啟是通過電機(jī)來起吊門扇，從而實現(xiàn)門扇的開啟和關(guān)閉，常見安裝于車站端部或區(qū)間有足夠高度的工作井內(nèi)。另一種為立轉(zhuǎn)式平面鋼制閘門，啟閉設(shè)備多為液壓驅(qū)動，閘門通過液壓油缸或液壓馬達(dá)驅(qū)動門扇繞門軸旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)門扇的開啟和關(guān)閉，常見安裝于端部或隧道區(qū)間有足夠啟閉空間的區(qū)段。

二、防淹防護(hù)密閉門要求

防淹防護(hù)密閉門作為地下隧道空間的關(guān)鍵防洪設(shè)施，在車站進(jìn)水或隧道發(fā)生江河（湖）水泄露時，能及時隔斷受災(zāi)區(qū)間，將洪水隔絕在受災(zāi)區(qū)間段，防止洪水?dāng)U散至整個隧道網(wǎng)路。針對洪水入侵時的特點和設(shè)備使用目的，防淹防護(hù)密閉門需具備以下功能：

（1）設(shè)計水位下，優(yōu)良的防水密閉功能。

（2）具備自動啟閉功能，且能在較大水深下正?？焖賳㈤]。

（3）具備遠(yuǎn)程控制功能，能配合隧道內(nèi)水位監(jiān)測系統(tǒng)，快速響應(yīng)災(zāi)情，在洪水侵入前期，提前關(guān)閉。

（4）具備就地控制功能和手動啟閉功能，以防止遠(yuǎn)程控制功能失效和電力中斷情況下的自動啟閉裝置失效。

（5）因地下隧道一般下跨地表水體，其修建的深度一般在10～40米內(nèi)，當(dāng)隔斷區(qū)間內(nèi)進(jìn)水時，防淹防護(hù)密閉門在結(jié)構(gòu)及密封措施上需應(yīng)對高水頭壓力的作用而不發(fā)生損壞。

（6）滿足人防防護(hù)單元隔斷時的防護(hù)、密閉要求。

三、液壓立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門研究及設(shè)計

圖1為一種液壓立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門，由門扇、門框、密封膠條、密封梁、閉鎖、門扇鉸頁、門軸、液壓啟閉裝置和門扇全開位置鎖閉等機(jī)構(gòu)等組成。

（一）門扇及門框機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）門扇、門框和門軸均為模塊化整體結(jié)構(gòu)，在設(shè)備廠加工檢驗和預(yù)裝完成后，可直接至現(xiàn)場安裝。運輸、安裝和調(diào)試方便。（2）門軸安裝于墻體的預(yù)埋支座上，為保證門軸安裝后的垂直度和上下部分的同軸度，設(shè)有調(diào)整墊片。調(diào)試和維護(hù)方便，消除了土建尺寸誤差對機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響。（3）為便于門扇和門框的安裝調(diào)試，門扇與門軸連接鉸鏈經(jīng)特殊設(shè)計。使用連桿和滑板裝置連接門扇與門軸，而非通過旋轉(zhuǎn)鉸鏈的方式直接連接門扇和門軸。該設(shè)計使得門扇安裝于門軸上時，對尺寸誤差的容差性好，門扇安裝、調(diào)試及維護(hù)保養(yǎng)方便。（4）門扇與門框為上下雙鉸頁結(jié)構(gòu)連接，轉(zhuǎn)動部分全部采用滾動軸承，運轉(zhuǎn)靈活輕便，因門扇自重導(dǎo)致的啟閉阻力小。（5）為實現(xiàn)門扇與門框的密封，門框上裝有密封膠條，門扇上裝有密封梁和閉鎖機(jī)構(gòu)。閉鎖機(jī)構(gòu)在鎖緊過程中的鎖定壓力會帶動門扇擠壓門框上的密封膠條。通過合理設(shè)計鎖頭和門框鎖孔的配合尺寸，可控制密封膠條的壓縮量，實現(xiàn)門扇防水密閉效果可控。（6）密封梁通過連桿機(jī)構(gòu)與閉鎖連接。閉鎖在關(guān)閉過程中，可驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu)帶動密封梁向下壓緊軌道，實現(xiàn)門扇與軌道的同步密封。

（二）啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計

立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門啟閉機(jī)構(gòu)現(xiàn)有多種形式的驅(qū)動源，如電機(jī)、液壓馬達(dá)和液壓油缸等。為驅(qū)動門扇按設(shè)定軌跡運動，其驅(qū)動裝置的機(jī)構(gòu)原理和形式也多種多樣。本文所研制的啟閉機(jī)構(gòu)為液壓油缸直接驅(qū)動，該裝置具有以下特點：

（1）在門扇尺寸和重量較大的情況下，在水中啟閉門體存在很大的阻力。同等驅(qū)動能力下，液壓油缸具有經(jīng)濟(jì)效益好，驅(qū)動能力強(qiáng)，體積和重量都較小的優(yōu)點。整套啟閉裝置采用模塊化設(shè)計，在防淹防護(hù)密閉門安裝調(diào)試完成后在進(jìn)行單獨安裝，安裝便利。（2）采用液壓油缸直接驅(qū)動，該裝置簡單可靠，占用空間小，完全滿足隧道內(nèi)安裝的土建空間要求。針對門洞尺寸和設(shè)計啟閉的涉水深度，可選擇單缸或多缸驅(qū)動，各油缸因共用一套油源和主管路，其同步性和協(xié)調(diào)性較好，無需另外設(shè)置裝置來解決其驅(qū)動過程中的運動同步問題。較電機(jī)驅(qū)動方式，其擴(kuò)展性更好。（3）油缸的布置上經(jīng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計，在門扇啟閉的整個過程內(nèi)，可保證油缸驅(qū)動門扇繞門軸的驅(qū)動力力臂基本恒定，在門扇外部阻力一定的情況下，液壓系統(tǒng)需要的工作壓力基本恒定，對系統(tǒng)的沖擊小，運行非常平穩(wěn)。（4）可通過油缸的行程預(yù)留一定長度來消除安裝尺寸誤差，使得啟閉機(jī)構(gòu)安裝和調(diào)試方便。（5）在門扇的全開及全關(guān)位置設(shè)置有位置傳感器，可監(jiān)測門扇的位置狀態(tài)，便于遠(yuǎn)程監(jiān)測和操控。（6）具備自動和手動兩種操作模式。自動模式下，除可通過現(xiàn)場就地控制柜控制外，還可通過中央級車站總控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

（三） 鎖定裝置設(shè)計

立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門在使用過程中，需確保兩個位置能夠鎖定門扇。在門扇全開位置，需鎖定門扇，防止門扇因隧道內(nèi)氣流或自重導(dǎo)致的不受控自轉(zhuǎn)，防止門扇侵入行車限界。在門扇全關(guān)位置，應(yīng)鎖定門扇，確保防淹防護(hù)密閉門的密封防水性能和能抵抗水頭壓力。本文所研制的鎖定裝置構(gòu)成和特點如下：

（1）在門扇全關(guān)位置，通過閉鎖鎖定門體。閉鎖為一套聯(lián)動機(jī)構(gòu)，由單個液壓馬達(dá)驅(qū)動多個聯(lián)動鎖頭。鎖頭可根據(jù)密封膠條的壓縮量和門體的鎖定力要求靈活確定數(shù)目，擴(kuò)展性好。（2）在門扇全關(guān)位置，通過一套液壓插銷裝置鎖定門體。由一套導(dǎo)向及定位機(jī)構(gòu)確保插銷能準(zhǔn)確插入鎖定支座，系統(tǒng)可靠性好。（3）閉鎖驅(qū)動液壓馬達(dá)和液壓插銷油缸于門體啟閉裝置共用一套油源和控制系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的成本且安裝維護(hù)便利。（4）閉鎖驅(qū)動裝置和液壓插銷裝置均具備自動和手動兩種操作模式，具備就地控制和遠(yuǎn)程控制功能。

基于以上設(shè)計，此結(jié)構(gòu)的液壓立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門具有占地空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，門扇啟閉阻力小，運行穩(wěn)定高效的優(yōu)點。門扇啟閉裝置、閉鎖啟閉裝置和全開位置鎖定裝置共用一套油源和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)高度集成。通過系統(tǒng)設(shè)計，消除了加工及土建誤差對系統(tǒng)安裝的影響，安裝便利。該立轉(zhuǎn)式防淹防護(hù)密閉門可實現(xiàn)40米水頭壓力下的防水密閉要求，并能在3米涉水深度下正常啟閉。

四、結(jié)語

本文所述的防淹防護(hù)密閉門針對地下隧道的防災(zāi)需求和安裝環(huán)境而研制，經(jīng)相關(guān)試驗及工程實踐驗證，其功能完善，性能優(yōu)良，運行穩(wěn)定可靠，安裝及維護(hù)方便。目前已廣泛應(yīng)用于多個城市地鐵及公路隧道等工程的防淹防護(hù)密閉門項目中，所研制的產(chǎn)品創(chuàng)新性和實用性強(qiáng)，具有顯著的戰(zhàn)備效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。