城市轨道交通站台门门槛绝缘方案研究

张俊岭

(中铁第四勘测设计院集团有限公司设备设计处，430063，武汉//高级工程师)

行车钢轨是整体回流通路的负回流线，可将经由接触网的直流电输送回负极端。为了防止运营过程中的杂散电流对地下金属管线造成电腐蚀，钢轨与大地相互绝缘,故而钢轨与大地间存在90～150 V的电位差。为了防止跨步电压，车站站台门与钢轨进行等电位连接。因此，地铁站台门的绝缘性十分重要。站台门需要绝缘安装，站台侧地板也需要绝缘，才能保证乘客在上下车触碰到车体和站台门门体时，不会有触电的风险。GB 50157—2013《地铁设计规范》也明确要求地铁站台门必须绝缘安装。但受到绝缘材料、施工环境、运营维保等条件制约，目前国内站台门的绝缘阻值很难达到设计要求，现有的站台门绝缘方案也存在很多不足。

1 现有站台门绝缘方案

方案一：站台门门体与土建结构上下连接支座处设置绝缘套管及绝缘板等部件，使站台门绝缘。这是我国地铁普遍采用的方案。实践证明，这种方案的绝缘可靠性差。当运营一段时间后，绝缘普遍失效。

方案二：定制绝缘门槛，使用化工塑料类材料作内部支撑件与门体支座连接，支撑件外包金属面以经受乘客鞋底高强度磨檫。该方案价格高，应用较少。

方案三：站台门门体全部使用绝缘件。门体金属外表面包裹一定厚度的树脂类材料，由金属骨架受力，由树脂类材料绝缘。该方案绝缘性能很好，但站台门表面的树脂类材料为难燃或阻燃材料，其防火性能较金属表面大为降低。而且GB 50157—2013《地铁设计规范》规定，地铁站台所有装修材料都必须是不燃材料。可见，站台门树脂类材料表面并不完全符合规范要求。

也有部分线路采用表面贴膜或刷涂绝缘漆的方案来增加绝缘防护。但站台门门槛由于被乘客鞋底高强度磨损，难以保持绝缘持久性。

由上述分析可见，这些方案都难以满足实际需求，需要进一步分析这些方案的门槛绝缘失效原因，提出新方案。

2 门槛绝缘失效原因分析

2.1 现有门槛安装方式

2.1.1 门槛踏板与紧固板连接方式

某厂家的地铁站台门门槛踏板与金属紧固板以焊接方式进行连接，两者相互导通。依靠金属紧固螺栓与金属紧固板内螺纹的配合，紧密连接门槛踏板与站台门底座。该门槛连接结构示意图见图1。

图1 门槛踏板与紧固板连接图

2.1.2 门槛踏板与立柱包板连接方式

某厂家的站台门门槛踏板与立柱包板紧密连接，且两者互相导通，但固定门踏板与活动门踏板之间没有做绝缘断开处理。该门槛连接示意图见图2。

图2 门槛踏板与立柱包板配合图

2.2 站台门门槛绝缘失效原因

通过分析现行地铁线路的实际运营数据，结合现有门槛安装方式可知，站台门门槛绝缘失效的主要原因为：

1) 站台门门槛踏板同紧固板及立柱包板连接紧密，连接处未做绝缘处理，相互导通。而且立柱包板的绝缘效果差。因而门槛绝缘过于依赖底座连接处的绝缘子。

2) 在施工和运营过程中，站台门底座绝缘子容易积灰、堆积金属粉尘，从而导致其绝缘失效。

3) 活动门门槛踏板与固定门门槛踏板相互接通，两者相互影响，一方的磨损情况会影响另一方的绝缘效果。

地铁站台门具有隔断站台公共区和列车轨行区、节约通风空调系统能耗的功能。站台门也是站台上面积最大的装修区域，为站台导向、广告投放提供了显示位置，与其它很多相关专业具有大量的接口。

在施工过程中，站台门专业施工会和其他专业施工交叉进行。施工产生的混凝土碎渣、粉尘、暖通水体影响，以及土建结构导致的站台门安装精度等因素均会影响站台门门槛的绝缘效果。在运营过程中，温度及湿度的变化，特别是地域气候的差异而导致的水雾影响，均会降低现有站台门门槛绝缘子的绝缘效果。

所以，仅靠现有的门槛绝缘结构是很难达到验收标准的。这对后期运营的绝缘保护也是一大挑战，改良门槛绝缘方式势在必行。

3 站台门门槛绝缘新方案

3.1 新方案的绝缘思路

目前，在站台门整体绝缘性能无法得到保证的情况下，为保证乘客安全，站台门门槛新方案应既不对现有站台门门体结构作大的变动，又不增加门体造价，并使门槛具备永久绝缘功能。参考现有方案，可采用对站台门门体涂刷绝缘凃层，对活动门门槛节点进行局部绝缘处理的方法。这是效果很好的被动防护。

在现有方案中，站台门门槛同紧固板及立柱包板是导通的，不存在绝缘电阻。因此可对地铁站台门的门槛同地面支座及立柱包板等的连接处进行隔断处理，从而使站台活动门与门槛实现独立绝缘的效果。

将门槛同紧固板及立柱包板连接部位的金属零部件替换成绝缘材料的零部件，则连接处便具可起到绝缘隔断的作用，然后再用绝缘材料将隔断部分进行填充，更是可以大大增加绝缘性能。

3.2 绝缘材料的选取

新绝缘方案所使用的隔离绝缘材料及绝缘螺栓等，既要具备优异的绝缘性能，又具备优异的力学强度。经比较分析，本研究选取工程塑胶PEEK(聚醚醚酮)来替换金属材料。

PEEK现已广泛使用于航天、核电及轨道交通等领域。PEEK的材料拉伸强度达175 MPa,压缩强度达250 MPa，扭转断裂扭矩达到11.8 N·m，能完全满足门槛与立柱以及门槛与支座连接处的材料力学强度要求。

3.3 门槛绝缘新方案

3.3.1 新方案一

新方案一为绝缘紧固板替换方案。先将金属紧固板替换为绝缘材料板，再对站台门门槛和底座进行“隔断”处理，最后将门槛踏板和立柱包板的间隙用中性绝缘材料填充。

1) 将原有的金属紧固板替换成绝缘紧固板，再将新绝缘紧固板与门槛踏板连接。这能使门槛踏板与紧固板在导电性能上实现“隔断”的效果。以某站台门为例，在绝缘紧固板侧边设置2个φ4 mm的通孔，再通过六角法兰自钻自攻螺钉实现门槛踏板与门槛的固定。细部构造如图3所示。

图3 门槛踏板与绝缘紧固板连接细部构造示意图

2) 门槛踏板与底座先“隔断”处理后，再连接。将绝缘紧固板替换为绝缘材料之后，门槛踏板与底座仍旧通过原有紧固螺栓固定，但此时绝缘紧固件中的绝缘垫片厚5.0 mm(见图4～5，使得门槛踏板与金属垫板相互隔开。

图4 门槛踏板与底座连接示意图

3) 门槛踏板与立柱包板的绝缘处理。门槛踏板总长比原有长度缩短2.5 mm，使得安装后的踏板与踏板之间形成5.0 mm宽间隙，而门槛踏板与立柱包板之间形成3.0 mm宽的间隙。在间隙处打入中性绝缘硅酮结构胶，形成绝缘带。

图5 门槛踏板与立柱包板连接示意图

新方案一中，虽然地铁站台门门槛和支撑底座依然是互相连接的，却已不再导通。通过对门槛连接的局部处理，简单高效地完成了绝缘处理。

3.3.2 新方案二

新方案二为滑槽式固定方案。将金属紧固板替换为绝缘紧固板，在绝缘紧固板两侧开10 mm×3 mm通长的滑槽，并将门槛踏板两侧的金属板翻卷成8 mm宽卷边，使绝缘紧固板滑槽与门槛踏板卷边配合，进而实现物理隔断。具体结构示意图见图6。

图6 滑槽式固定方案示意图

新方案二通过滑槽连接的方法使站台门门槛之间互相绝缘，从而增大了门体绝缘阻值。

3.3.3 新方案三

新方案三为绝缘紧固螺栓方案。将原本的金属螺栓替换为综合性能优异的绝缘紧固螺栓，并在金属固定板与站台门底座间增加一层2 mm厚的绝缘板。绝缘螺栓穿过绝缘板后与金属固定板内螺纹配合完成连接，从而实现隔断绝缘。新方案三的结构示意图如图7所示。

3.4 方案分析

以上三种新方案的绝缘原理一致，即对门槛两端同门柱及支座的连接处进行局部绝缘处理，不需对站台门门体结构作大的调整，就能实现门槛的独立绝缘的目的，避免了过度依赖站台门门体支座绝缘子，使得乘客和工作人员的安全得到更大的保障。

图7 绝缘螺栓方案示意图

此外，由于PEEk价格适中，故新方案还具备良好的经济性。

4 结语

本文针对现行地铁线路站台门门槛的结构局限性，从站台门门槛绝缘失效的原因及安装方式出发，探讨其绝缘失效的原因，结合生产、安装的实际情况，提出了3个站台门门槛绝缘新方案。

这些新方案已通过理论验证和工程化试验，均被证明是切实可行的。部分新方案已应用在实际的城市轨道交通项目中，绝缘效果良好。

需要特别注意的是，如采用其他绝缘材料，须对替换绝缘件的绝缘强度和材料性能进行检测和比对，满足要求后方能使用。