液压立转式防淹防护密闭门设计优化研究

熊科 王阳明 胡圣伟 贾彦明

摘 要：本文主要针对适用于地铁隧道环境使用的液压立转式防淹防护密闭门，进行技术分析并提出设计优化改进措施。

关键词：液压立转式;防淹防护密闭门;设计优化

一、研究背景

在地铁隧道内的适当位置结合战时人防防护功能需求和平时防淹防灾需求，设置集人防功能和防淹功能于一体的防淹防护密闭门是应对城市洪涝灾害所通常采取的主要工程措施之一。目前，我国采用的地铁隧道防淹防护密闭门有两种常见的形式，一种为升降式平面钢制闸门，启闭设备多为电动卷扬机或电动葫芦，闸门的开启是通过电机来起吊门扇，从而实现门扇的开启和关闭，常见安装于车站端部或区间有足够高度的工作井内。另一种为立转式平面钢制闸门，启闭设备多为液压驱动，闸门通过液压油缸或液压马达驱动门扇绕门轴旋转实现门扇的开启和关闭，常见安装于端部或隧道区间有足够启闭空间的区段。

二、防淹防护密闭门要求

防淹防护密闭门作为地下隧道空间的关键防洪设施，在车站进水或隧道发生江河（湖）水泄露时，能及时隔断受灾区间，将洪水隔绝在受灾区间段，防止洪水扩散至整个隧道网路。针对洪水入侵时的特点和设备使用目的，防淹防护密闭门需具备以下功能：

（1）设计水位下，优良的防水密闭功能。

（2）具备自动启闭功能，且能在较大水深下正常快速启闭。

（3）具备远程控制功能，能配合隧道内水位监测系统，快速响应灾情，在洪水侵入前期，提前关闭。

（4）具备就地控制功能和手动启闭功能，以防止远程控制功能失效和电力中断情况下的自动启闭装置失效。

（5）因地下隧道一般下跨地表水体，其修建的深度一般在10～40米内，当隔断区间内进水时，防淹防护密闭门在结构及密封措施上需应对高水头压力的作用而不发生损坏。

（6）满足人防防护单元隔断时的防护、密闭要求。

三、液压立转式防淹防护密闭门研究及设计

图1为一种液压立转式防淹防护密闭门，由门扇、门框、密封胶条、密封梁、闭锁、门扇铰页、门轴、液压启闭装置和门扇全开位置锁闭等机构等组成。

（一）门扇及门框机械结构设计

（1）门扇、门框和门轴均为模块化整体结构，在设备厂加工检验和预装完成后，可直接至现场安装。运输、安装和调试方便。（2）门轴安装于墙体的预埋支座上，为保证门轴安装后的垂直度和上下部分的同轴度，设有调整垫片。调试和维护方便，消除了土建尺寸误差对机械结构的影响。（3）为便于门扇和门框的安装调试，门扇与门轴连接铰链经特殊设计。使用连杆和滑板装置连接门扇与门轴，而非通过旋转铰链的方式直接连接门扇和门轴。该设计使得门扇安装于门轴上时，对尺寸误差的容差性好，门扇安装、调试及维护保养方便。（4）门扇与门框为上下双铰页结构连接，转动部分全部采用滚动轴承，运转灵活轻便，因门扇自重导致的启闭阻力小。（5）为实现门扇与门框的密封，门框上装有密封胶条，门扇上装有密封梁和闭锁机构。闭锁机构在锁紧过程中的锁定压力会带动门扇挤压门框上的密封胶条。通过合理设计锁头和门框锁孔的配合尺寸，可控制密封胶条的压缩量，实现门扇防水密闭效果可控。（6）密封梁通过连杆机构与闭锁连接。闭锁在关闭过程中，可驱动连杆机构带动密封梁向下压紧轨道，实现门扇与轨道的同步密封。

（二）启闭机构设计

立转式防淹防护密闭门启闭机构现有多种形式的驱动源，如电机、液压马达和液压油缸等。为驱动门扇按设定轨迹运动，其驱动装置的机构原理和形式也多种多样。本文所研制的启闭机构为液压油缸直接驱动，该装置具有以下特点：

（1）在门扇尺寸和重量较大的情况下，在水中启闭门体存在很大的阻力。同等驱动能力下，液压油缸具有经济效益好，驱动能力强，体积和重量都较小的优点。整套启闭装置采用模块化设计，在防淹防護密闭门安装调试完成后在进行单独安装，安装便利。（2）采用液压油缸直接驱动，该装置简单可靠，占用空间小，完全满足隧道内安装的土建空间要求。针对门洞尺寸和设计启闭的涉水深度，可选择单缸或多缸驱动，各油缸因共用一套油源和主管路，其同步性和协调性较好，无需另外设置装置来解决其驱动过程中的运动同步问题。较电机驱动方式，其扩展性更好。（3）油缸的布置上经力学优化设计，在门扇启闭的整个过程内，可保证油缸驱动门扇绕门轴的驱动力力臂基本恒定，在门扇外部阻力一定的情况下，液压系统需要的工作压力基本恒定，对系统的冲击小，运行非常平稳。（4）可通过油缸的行程预留一定长度来消除安装尺寸误差，使得启闭机构安装和调试方便。（5）在门扇的全开及全关位置设置有位置传感器，可监测门扇的位置状态，便于远程监测和操控。（6）具备自动和手动两种操作模式。自动模式下，除可通过现场就地控制柜控制外，还可通过中央级车站总控系统进行远程操控。

（三） 锁定装置设计

立转式防淹防护密闭门在使用过程中，需确保两个位置能够锁定门扇。在门扇全开位置，需锁定门扇，防止门扇因隧道内气流或自重导致的不受控自转，防止门扇侵入行车限界。在门扇全关位置，应锁定门扇，确保防淹防护密闭门的密封防水性能和能抵抗水头压力。本文所研制的锁定装置构成和特点如下：

（1）在门扇全关位置，通过闭锁锁定门体。闭锁为一套联动机构，由单个液压马达驱动多个联动锁头。锁头可根据密封胶条的压缩量和门体的锁定力要求灵活确定数目，扩展性好。（2）在门扇全关位置，通过一套液压插销装置锁定门体。由一套导向及定位机构确保插销能准确插入锁定支座，系统可靠性好。（3）闭锁驱动液压马达和液压插销油缸于门体启闭装置共用一套油源和控制系统，降低了系统的成本且安装维护便利。（4）闭锁驱动装置和液压插销装置均具备自动和手动两种操作模式，具备就地控制和远程控制功能。

基于以上设计，此结构的液压立转式防淹防护密闭门具有占地空间小，结构紧凑，门扇启闭阻力小，运行稳定高效的优点。门扇启闭装置、闭锁启闭装置和全开位置锁定装置共用一套油源和控制系统，系统高度集成。通过系统设计，消除了加工及土建误差对系统安装的影响，安装便利。该立转式防淹防护密闭门可实现40米水头压力下的防水密闭要求，并能在3米涉水深度下正常启闭。

四、结语

本文所述的防淹防护密闭门针对地下隧道的防灾需求和安装环境而研制，经相关试验及工程实践验证，其功能完善，性能优良，运行稳定可靠，安装及维护方便。目前已广泛应用于多个城市地铁及公路隧道等工程的防淹防护密闭门项目中，所研制的产品创新性和实用性强，具有显著的战备效益、社会效益和经济效益，处于国内领先水平。