隧道抗風(fēng)壓防火門的兩項團體標(biāo)準(zhǔn)解析

王奕然，李 磊，付 超，祝 嵐

（1. 北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037；2. 中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

1 編制背景

城市軌道交通隧道作為列車運行的封閉狹長空間，一旦發(fā)生火災(zāi)，人員的疏散和事故救援十分困難。為了使兩條單線區(qū)間隧道可以互為火災(zāi)時的疏散和事故救援通道，國家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157—2013)的28.2.4條規(guī)定：“兩條單線區(qū)間隧道應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，相鄰兩個聯(lián)絡(luò)通道之間的距離不應(yīng)大于600 m，聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)應(yīng)設(shè)并列反向開啟的甲級防火門，門扇的開啟不得侵入限界。”[1]此外，城市軌道交通多項相關(guān)工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中亦有類似規(guī)定[2-4]。

受隧道空間的限制，當(dāng)列車在隧道中行進(jìn)時，列車所推擠的空氣形成對列車運行前方物體的正壓作用；而列車尾端后存在渦旋區(qū)域，也會對后方物體產(chǎn)生負(fù)壓作用，由此形成與列車行進(jìn)方向相同的活塞風(fēng)。列車在隧道行進(jìn)過程中產(chǎn)生的活塞風(fēng)，會對隧道內(nèi)的設(shè)備設(shè)施產(chǎn)生交替性的正負(fù)壓沖擊。由于長期受到列車活塞風(fēng)作用，區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道中的防火門存在發(fā)生損壞脫落、威脅行車安全甚至造成嚴(yán)重事故的風(fēng)險。2011年6月19日，北京地鐵4號線新宮站—公益西橋站區(qū)間防火門變形脫落，使得三軌對走行軌短路停電，造成高米店橋北站—公益西橋站之間停運長達(dá)3 h[5]。2013年1月8日，昆明地鐵首期工程南段列車在空載試運行過程中，高架與地下隧道過渡段處的防火門墜落，侵入行車線路限界，導(dǎo)致第一節(jié)車廂脫軌，司機室通風(fēng)單元墜落，造成值班司機一死一輕傷[6]。此后，為了避免悲劇再次發(fā)生，各地紛紛采取措施，提高防火門產(chǎn)品的抗風(fēng)壓性能[7]，提升防火門施工安裝質(zhì)量，加強運營維護管理[8]。

但是，各地實際工程的做法和效果卻存在著很大差異。究其原因，主要是缺乏統(tǒng)一的抗風(fēng)壓防火門產(chǎn)品與工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為解決標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題，中國城市軌道交通協(xié)會在《關(guān)于下達(dá)2017年第二批第二次團體標(biāo)準(zhǔn)修訂計劃的通知》(中城軌[2017]020號)中，將隧道抗風(fēng)壓防火門的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制列入計劃。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)由中國城市軌道交通協(xié)會安全管理專業(yè)委員會提出，由北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司主編，有從事城市軌道交通工程建設(shè)、運營管理、設(shè)計研究、施工安裝、質(zhì)量監(jiān)督以及防火門設(shè)備生產(chǎn)的12家單位參與編寫。

2020年9月29日，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通隧道抗風(fēng)壓防火門》(T/CAMET 05001—2020)[9]及工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通隧道抗風(fēng)壓防火門工程技術(shù)規(guī)范》(T/CAMET 05002—2020)[10]兩項中國城市軌道交通協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，并于2021年1月1日起實施。

2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

2.1 主要內(nèi)容

抗風(fēng)壓防火門產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通隧道抗風(fēng)壓防火門》(T/CAMET 05001-2020)包含范圍，規(guī)范性引用文件，術(shù)語和定義，分級、分類與標(biāo)記，要求，試驗方法，檢驗規(guī)則，標(biāo)志、包裝、運輸，貯存，共8章和1個附錄。其中，“分級、分類與標(biāo)記”章節(jié)規(guī)定了抗風(fēng)壓性能分級標(biāo)準(zhǔn)，“要求”章節(jié)規(guī)定了抗風(fēng)壓防火門的一般要求、材料、配件、焊縫、反復(fù)啟閉、耐火、抗風(fēng)壓、防腐等性能的要求，“試驗方法”章節(jié)規(guī)定了各種性能要求的試驗方法，“檢驗規(guī)則”章節(jié)規(guī)定了產(chǎn)品出廠檢驗和型式檢驗內(nèi)容，附錄給出了抗風(fēng)壓性能試驗方法。

2.2 主要特點

2.2.1 抗風(fēng)壓性能分級

在實際工程中，聯(lián)絡(luò)通道防火門所承受的活塞風(fēng)壓與隧道阻塞比、列車運行速度和防火門安裝位置等因素相關(guān)，數(shù)值大小不一。為了實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與生產(chǎn)，本標(biāo)準(zhǔn)將防火門抗風(fēng)壓性能按承壓能力分為三級，分別對應(yīng)±2、±4、±6 kPa。

根據(jù)對運營線路的測試，在列車速度小于80 km/h的情況下，防火門承受的列車活塞風(fēng)壓一般不超過±1.6 kPa，如圖1所示。考慮一定的余量，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隧道抗風(fēng)壓防火門的抗風(fēng)壓能力不應(yīng)低于±2 kPa。

圖1 不同運營線路防火門的承壓測試結(jié)果Figure 1 Pressure test results of fire doors in different operation lines

根據(jù)北京大興機場快線的隧道列車空氣動力學(xué)分析，當(dāng)列車運行速度達(dá)到160 km/h時，隧道內(nèi)設(shè)施承受的單向活塞風(fēng)壓可能超過±2 kPa。本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍為最高運行速度不超過160km/h的城市軌道交通工程所采用的隧道抗風(fēng)壓防火門，同時考慮防火門可能存在雙向承壓的情況，所以將防火門抗風(fēng)壓性能的最高等級確定為±6 kPa。

2.2.2 產(chǎn)品性能要求

本標(biāo)準(zhǔn)以國家標(biāo)準(zhǔn)《防火門》(GB 12955—2008)為基礎(chǔ)，結(jié)合城市軌道交通隧道抗風(fēng)壓防火門的使用環(huán)境條件，并參考了在編的鐵路標(biāo)準(zhǔn)《隧道洞室門技術(shù)條件》的有關(guān)內(nèi)容，重點強化了與抗風(fēng)壓性能和防腐性能相關(guān)的要求。

通過大量工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，防火門的抗風(fēng)壓性能與門體結(jié)構(gòu)、防火鎖、鉸鏈、閉門器等配件的質(zhì)量密切相關(guān)。提高門體及門框結(jié)構(gòu)的整體性，可以提升防火門的承壓能力，因此本標(biāo)準(zhǔn)要求采用無亮窗、有下框(四邊均設(shè)門框)、門扇無玻璃的平開門。防火鎖一旦鎖定失效，防火門在打開狀態(tài)下，極易被活塞風(fēng)扇動，導(dǎo)致破壞而發(fā)生脫落，因此本標(biāo)準(zhǔn)要求鎖定點的數(shù)量不少于三點；同時為便于疏散，需采用推閂機構(gòu)。為提高門扇的抗風(fēng)壓能力，抗風(fēng)壓防火門的門扇較一般防火門要重，鉸鏈容易出現(xiàn)變形而導(dǎo)致門扇下沉，影響門體正常關(guān)閉，因此本標(biāo)準(zhǔn)要求鉸鏈板厚不應(yīng)小于8 mm，鉸鏈每側(cè)安裝數(shù)量不應(yīng)少于3個。在夜間隧道檢修時間段，防火門被運維人員打開后沒有在閉門器的作用下正常關(guān)閉，是導(dǎo)致防火門損壞的重要原因，因此本標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)安裝一級品閉門器，并與門扇質(zhì)量、門扇寬度匹配，以保證自閉性能。

地鐵隧道環(huán)境中的濕度較大，特別是在南方地區(qū)，容易引起金屬材質(zhì)的防火門發(fā)生腐蝕，從而降低防火門的結(jié)構(gòu)強度，如圖 2(a)所示。另外，防火門門扇內(nèi)部的珍珠巖填料具有一定的腐蝕性，也會導(dǎo)致防火門發(fā)生腐蝕，如圖2(b)所示。本標(biāo)準(zhǔn)一方面要求門扇面板及龍骨、門框板、防火鎖、防火合頁(鉸鏈)、防火閉門裝置、防脫落鏈、緊固件等部件采用滿足環(huán)境防腐要求的材料，另一方要求防火門在使用過程中不應(yīng)產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)。推薦采用不低于304不銹鋼防腐性能的材料，采用其他材料時應(yīng)進(jìn)行鹽水噴霧測試。

圖2 防火門腐蝕情況Figure 2 Corrosion of fire door

2.2.3 性能檢驗方法

本標(biāo)準(zhǔn)以國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級及檢測方法》(GB/T 7106—2019)為基礎(chǔ)，結(jié)合城市軌道交通隧道活塞風(fēng)壓周期特征和抗風(fēng)壓防火門的受力特點，并參考在編的鐵路標(biāo)準(zhǔn)《隧道洞室門技術(shù)條件》的有關(guān)內(nèi)容，提出了防火門抗瞬時風(fēng)壓和抗疲勞風(fēng)壓的檢測方法。

抗瞬時風(fēng)壓檢測包括分級風(fēng)壓和極限風(fēng)壓檢測，其中極限風(fēng)壓為分級風(fēng)壓的 1.5倍，檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7106-2019類似，只進(jìn)行單次加壓檢測。對于抗疲勞風(fēng)壓檢測，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7106—2019要求的反復(fù)加壓檢測次數(shù)僅為5次。以往工程中的抗風(fēng)壓防火門產(chǎn)品按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，與實際工程中的受力情況存在巨大的差異，不能反映防火門的抗疲勞風(fēng)壓能力。按300對/d的行車數(shù)計算，若防火門單面承受活塞風(fēng)壓，100萬次相當(dāng)于約10年的時間，基本可以滿足實際工程需要。同時，考慮檢驗工作的時間成本，本標(biāo)準(zhǔn)提出了在分級風(fēng)壓交替沖擊100萬次作用下的抗疲勞風(fēng)壓檢測方法。另外，從運營線路的防火門承壓測試可以看出，列車經(jīng)過聯(lián)絡(luò)通道處時防火門承受的風(fēng)壓最高，之后迅速發(fā)生正負(fù)壓轉(zhuǎn)化，壓力變化速率很快，如圖3所示。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7106—2019要求反復(fù)加壓檢測的風(fēng)壓加載速度為300～500 Pa/s，本標(biāo)準(zhǔn)將該速度提升為 600～1200 Pa/s，更加接近防火門承受活塞風(fēng)快速沖擊的實際情況。

圖3 防火門承受的風(fēng)壓變化情況Figure 3 Variation of wind pressure on fire doors

為了驗證本標(biāo)準(zhǔn)提出的抗風(fēng)壓性能檢驗方法的合理性和可行性，標(biāo)準(zhǔn)編制組開展了相關(guān)驗證試驗工作：搭建了試驗平臺(見圖4)，并對3樘不同生產(chǎn)廠家的隧道抗風(fēng)壓防火門和1樘普通防火門進(jìn)行了50萬次對比試驗。結(jié)果表明，本標(biāo)準(zhǔn)提出的檢驗方法完全可以實現(xiàn)；試驗條件模擬真實環(huán)境且甚為嚴(yán)苛，可以有效識別出抗風(fēng)壓性能不合格的產(chǎn)品。

圖4 抗風(fēng)壓性能試驗平臺Figure 4 Wind resistant performance test platform

3 工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 主要內(nèi)容

抗風(fēng)壓防火門工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通隧道抗風(fēng)壓防火門工程技術(shù)規(guī)范》(T/CAMET 05002—2020)包含范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、設(shè)計、施工與驗收、維護管理，共6章和4個附錄。其中，“設(shè)計”章節(jié)規(guī)定了隧道聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)防火門的設(shè)置要求和接口要求；“施工與驗收”章節(jié)規(guī)定了抗風(fēng)壓防火門進(jìn)場檢驗、安裝與調(diào)試以及驗收要求；“維護管理”章節(jié)規(guī)定了抗風(fēng)壓防火門檔案管理和檢查維護要求。另外，附錄給出了隧道抗風(fēng)壓防火門工程施工現(xiàn)場質(zhì)量管理檢查、施工過程檢驗與驗收、運營檢查與維護的各類可參照記錄表單。

3.2 主要特點

3.2.1 工程設(shè)計要求

本標(biāo)準(zhǔn)以國家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157—2003)和《地鐵設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51298—2018)為基礎(chǔ)，提出了抗風(fēng)壓防火門的工程設(shè)計要求。

如前所述，實際工程中的聯(lián)絡(luò)通道防火門所承受的活塞風(fēng)壓各不相同，工程設(shè)計應(yīng)根據(jù)隧道阻塞比、列車運行速度、防火門安裝位置、列車編組、隧道的長度、中間風(fēng)井及泄壓裝置設(shè)置等多種因素，通過列車空氣動力學(xué)計算，確定隧道抗風(fēng)壓防火門的抗風(fēng)壓等級。

根據(jù)實際工程經(jīng)驗，門框的土建預(yù)埋件問題多。在區(qū)間土建結(jié)構(gòu)施工時，很多項目沒有預(yù)留防火門安裝所需的預(yù)埋件，門框與墻體之間僅采用膨脹螺栓固定，完全無法承受活塞風(fēng)的反復(fù)沖擊，防火門門框會很快松動、變形。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，隧道抗風(fēng)壓防火門與墻體宜通過預(yù)埋件連接，不應(yīng)采用膨脹型錨栓固定。進(jìn)一步，為了防止門框與預(yù)埋件之間的焊接導(dǎo)致門框變形，影響安裝精度和抗風(fēng)壓性能，本標(biāo)準(zhǔn)推薦有條件時采用整體復(fù)框預(yù)埋，防火門與預(yù)埋復(fù)框之間完全通過螺栓連接，避免現(xiàn)場動焊。

根據(jù)交通運輸部《城市軌道交通初期運營前安全評估技術(shù)規(guī)范 第1部分：地鐵與輕軌》的有關(guān)規(guī)定，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)宜具有防火門遠(yuǎn)程監(jiān)視與報警的功能，且宜設(shè)置具有視頻記錄功能的中央視頻監(jiān)控(CCTV)攝像機來監(jiān)視防火門狀態(tài)。

3.2.2 施工與驗收要求

本標(biāo)準(zhǔn)以國家標(biāo)準(zhǔn)《防火卷簾、防火門、防火窗施工及驗收規(guī)范》(GB 50877—2014)為基礎(chǔ)，提出了抗風(fēng)壓防火門安裝的施工與驗收要求。

鑒于防火門安裝的土建預(yù)留條件對保證防火門安裝精度和抗風(fēng)壓性能十分重要，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定除常規(guī)的進(jìn)場檢驗外，還應(yīng)對門洞位置與尺寸、預(yù)埋件位置與尺寸等土建預(yù)留條件進(jìn)行全數(shù)進(jìn)場檢驗。

本標(biāo)準(zhǔn)立足于“預(yù)防為主、先導(dǎo)試點”的原則，提出抗風(fēng)壓防火門施工安裝實行首件工程認(rèn)可制，即抗風(fēng)壓防火門批量安裝前需進(jìn)行首件安裝工程驗證。首件安裝可在現(xiàn)場或外部模擬條件下進(jìn)行，其數(shù)量應(yīng)由工程建設(shè)單位與監(jiān)理單位、施工單位根據(jù)工程具體情況確定。首件安裝應(yīng)由施工單位按工藝規(guī)程操作，監(jiān)理單位進(jìn)行安裝后驗收。檢驗結(jié)果合格后，應(yīng)由監(jiān)理單位批準(zhǔn)，再進(jìn)行現(xiàn)場批量安裝。如果首件安裝施工過程或者檢驗結(jié)果有一項不合格，則不可開始批量安裝。通過對首件工程的各項質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，指導(dǎo)工程實施，及時預(yù)防和糾正施工中有可能產(chǎn)生的質(zhì)量問題。

3.2.3 維護管理要求

本標(biāo)準(zhǔn)以國家標(biāo)準(zhǔn)《防火卷簾、防火門、防火窗施工及驗收規(guī)范》(GB 50877—2014)為基礎(chǔ)，提出了運營過程中的維護管理要求。

針對運營過程中隧道抗風(fēng)壓防火門無人管理或疏于管理的情況，本標(biāo)準(zhǔn)要求將其納入消防設(shè)施的范疇，配備專門人員，通過建立設(shè)備檢查和維護管理制度進(jìn)行統(tǒng)一管理。隧道抗風(fēng)壓防火門的運營環(huán)境條件惡劣、復(fù)雜，發(fā)生事故的后果嚴(yán)重，通過提升檢查維護的強度來提升其運營安全性是十分必要的。為此，本標(biāo)準(zhǔn)提出了每日、每季度和每半年需要對抗風(fēng)壓防火門進(jìn)行檢查和維護的工作內(nèi)容。

在夜間隧道檢修時間段，聯(lián)絡(luò)通道被運維人員使用、通行的情況難以避免和控制，這就使抗風(fēng)壓防火門始終存在打開后未正常關(guān)閉的風(fēng)險，而每日通過人工現(xiàn)場核實防火門開閉情況既不現(xiàn)實也不可靠。因此，本標(biāo)準(zhǔn)建議每日通過中央視頻監(jiān)控(CCTV)攝像機和啟閉反饋信號，對隧道抗風(fēng)壓防火門進(jìn)行檢查，檢查其是否正常關(guān)閉、其周邊是否有影響門扇啟閉的物品。

從標(biāo)準(zhǔn)編制過程中的 50萬次抗疲勞風(fēng)壓能力試驗看，即使防火門產(chǎn)品采取了大量提升抗風(fēng)壓能力的措施，但由于使用環(huán)境條件過于惡劣，每隔一段時間也需要對防火門進(jìn)行必要的維護，否則亦難以保持完好的狀態(tài)。因此，本標(biāo)準(zhǔn)分別建議每季度和每半年對防火門的重要配件及連接件進(jìn)行必要的檢查和維護。

4 結(jié)語

兩項隧道抗風(fēng)壓防火門團體標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施，將會促進(jìn)行業(yè)內(nèi)盡快形成統(tǒng)一的隧道抗風(fēng)壓防火門工程實施標(biāo)準(zhǔn)，對降低運營風(fēng)險和保障運營安全將發(fā)揮積極作用。今后可在以下幾個方面開展相關(guān)研究，以進(jìn)一步提升聯(lián)絡(luò)通道防火門的安全性。

1) 聯(lián)絡(luò)通道防火門的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。在目前的實際工程中，聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)既有設(shè)置一道防火門也有設(shè)置兩道防火門的情況，究竟如何確定設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)值得思考。從防火門承壓的角度分析：設(shè)置兩道門避免了防火門的雙向承壓，可改善門體的受力情況，延長使用壽命；設(shè)置一道防火門需雙向承壓，但可以減少防火門的數(shù)量，設(shè)備故障點也相應(yīng)減少。另外，從消防疏散角度分析，設(shè)置一道門優(yōu)于設(shè)置兩道門。

2) 新型聯(lián)絡(luò)通道防火門。在目前的實際工程中，聯(lián)絡(luò)通道防火門產(chǎn)品均為常開式平開門，而美國與日本的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許采用推拉式防火門或常開式防火門。從門體結(jié)構(gòu)和受力特點上看，這兩種門體形式較常開式平開防火門更有利于減小活塞風(fēng)壓對門體的影響，從而提升抗風(fēng)壓能力。國內(nèi)軌道交通行業(yè)尚需盡快將推拉式防火門納入防火門體系，并開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。對于常開式防火門，則需結(jié)合安裝方式，研究活塞風(fēng)壓對常開門扇的影響以及相應(yīng)的門扇固定措施。

3) 取消聯(lián)絡(luò)通道防火門的可能性。雖然兩項團體標(biāo)準(zhǔn)已頒布實施，但是聯(lián)絡(luò)通道防火門仍然是城市軌道交通建設(shè)與運營管理的難點與痛點。為徹底解決這個問題，國內(nèi)已開始研究通過構(gòu)建聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)的氣流，阻止火災(zāi)煙氣從火災(zāi)隧道向非火災(zāi)隧道蔓延，在不設(shè)置防火門的情況下滿足非火災(zāi)隧道的安全要求，從而取消或減少聯(lián)絡(luò)通道防火門的設(shè)置數(shù)量[11]。由于防火門的設(shè)置與否涉及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的強制性規(guī)定，所以在工程實施層面取消防火門尚需進(jìn)一步研究論證。