液壓立轉式防淹防護密閉門設計優化研究

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境使用的液壓立轉式防淹防護密閉門，進行技術分析并提出設計優化改進措施。

關鍵詞：液壓立轉式;防淹防護密閉門;設計優化

一、研究背景

在地鐵隧道內的適當位置結合戰時人防防護功能需求和平時防淹防災需求，設置集人防功能和防淹功能于一體的防淹防護密閉門是應對城市洪澇災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，啟閉設備多為電動卷揚機或電動葫蘆，閘門的開啟是通過電機來起吊門扇，從而實現門扇的開啟和關閉，常見安裝于車站端部或區間有足夠高度的工作井內。另一種為立轉式平面鋼制閘門，啟閉設備多為液壓驅動，閘門通過液壓油缸或液壓馬達驅動門扇繞門軸旋轉實現門扇的開啟和關閉，常見安裝于端部或隧道區間有足夠啟閉空間的區段。

二、防淹防護密閉門要求

防淹防護密閉門作為地下隧道空間的關鍵防洪設施，在車站進水或隧道發生江河（湖）水泄露時，能及時隔斷受災區間，將洪水隔絕在受災區間段，防止洪水擴散至整個隧道網路。針對洪水入侵時的特點和設備使用目的，防淹防護密閉門需具備以下功能：

（1）設計水位下，優良的防水密閉功能。

（2）具備自動啟閉功能，且能在較大水深下正常快速啟閉。

（3）具備遠程控制功能，能配合隧道內水位監測系統，快速響應災情，在洪水侵入前期，提前關閉。

（4）具備就地控制功能和手動啟閉功能，以防止遠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，當隔斷區間內進水時，防淹防護密閉門在結構及密封措施上需應對高水頭壓力的作用而不發生損壞。

（6）滿足人防防護單元隔斷時的防護、密閉要求。

三、液壓立轉式防淹防護密閉門研究及設計

圖1為一種液壓立轉式防淹防護密閉門，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構等組成。

（一）門扇及門框機械結構設計

（1）門扇、門框和門軸均為模塊化整體結構，在設備廠加工檢驗和預裝完成后，可直接至現場安裝。運輸、安裝和調試方便。（2）門軸安裝于墻體的預埋支座上，為保證門軸安裝后的垂直度和上下部分的同軸度，設有調整墊片。調試和維護方便，消除了土建尺寸誤差對機械結構的影響。（3）為便于門扇和門框的安裝調試，門扇與門軸連接鉸鏈經特殊設計。使用連桿和滑板裝置連接門扇與門軸，而非通過旋轉鉸鏈的方式直接連接門扇和門軸。該設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、調試及維護保養方便。（4）門扇與門框為上下雙鉸頁結構連接，轉動部分全部采用滾動軸承，運轉靈活輕便，因門扇自重導致的啟閉阻力小。（5）為實現門扇與門框的密封，門框上裝有密封膠條，門扇上裝有密封梁和閉鎖機構。閉鎖機構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，實現門扇防水密閉效果可控。（6）密封梁通過連桿機構與閉鎖連接。閉鎖在關閉過程中，可驅動連桿機構帶動密封梁向下壓緊軌道，實現門扇與軌道的同步密封。

（二）啟閉機構設計

立轉式防淹防護密閉門啟閉機構現有多種形式的驅動源，如電機、液壓馬達和液壓油缸等。為驅動門扇按設定軌跡運動，其驅動裝置的機構原理和形式也多種多樣。本文所研制的啟閉機構為液壓油缸直接驅動，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。同等驅動能力下，液壓油缸具有經濟效益好，驅動能力強，體積和重量都較小的優點。整套啟閉裝置采用模塊化設計，在防淹防護密閉門安裝調試完成后在進行單獨安裝，安裝便利。（2）采用液壓油缸直接驅動，該裝置簡單可靠，占用空間小，完全滿足隧道內安裝的土建空間要求。針對門洞尺寸和設計啟閉的涉水深度，可選擇單缸或多缸驅動，各油缸因共用一套油源和主管路，其同步性和協調性較好，無需另外設置裝置來解決其驅動過程中的運動同步問題。較電機驅動方式，其擴展性更好。（3）油缸的布置上經力學優化設計，在門扇啟閉的整個過程內，可保證油缸驅動門扇繞門軸的驅動力力臂基本恒定，在門扇外部阻力一定的情況下，液壓系統需要的工作壓力基本恒定，對系統的沖擊小，運行非常平穩。（4）可通過油缸的行程預留一定長度來消除安裝尺寸誤差，使得啟閉機構安裝和調試方便。（5）在門扇的全開及全關位置設置有位置傳感器，可監測門扇的位置狀態，便于遠程監測和操控。（6）具備自動和手動兩種操作模式。自動模式下，除可通過現場就地控制柜控制外，還可通過中央級車站總控系統進行遠程操控。

（三） 鎖定裝置設計

立轉式防淹防護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，防止門扇因隧道內氣流或自重導致的不受控自轉，防止門扇侵入行車限界。在門扇全關位置，應鎖定門扇，確保防淹防護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成和特點如下：

（1）在門扇全關位置，通過閉鎖鎖定門體。閉鎖為一套聯動機構，由單個液壓馬達驅動多個聯動鎖頭。鎖頭可根據密封膠條的壓縮量和門體的鎖定力要求靈活確定數目，擴展性好。（2）在門扇全關位置，通過一套液壓插銷裝置鎖定門體。由一套導向及定位機構確保插銷能準確插入鎖定支座，系統可靠性好。（3）閉鎖驅動液壓馬達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，降低了系統的成本且安裝維護便利。（4）閉鎖驅動裝置和液壓插銷裝置均具備自動和手動兩種操作模式，具備就地控制和遠程控制功能。

基于以上設計，此結構的液壓立轉式防淹防護密閉門具有占地空間小，結構緊湊，門扇啟閉阻力小，運行穩定高效的優點。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，系統高度集成。通過系統設計，消除了加工及土建誤差對系統安裝的影響，安裝便利。該立轉式防淹防護密閉門可實現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、結語

本文所述的防淹防護密閉門針對地下隧道的防災需求和安裝環境而研制，經相關試驗及工程實踐驗證，其功能完善，性能優良，運行穩定可靠，安裝及維護方便。目前已廣泛應用于多個城市地鐵及公路隧道等工程的防淹防護密閉門項目中，所研制的產品創新性和實用性強，具有顯著的戰備效益、社會效益和經濟效益，處于國內領先水平。