地鐵車站臺(tái)屏蔽門玻璃爆管成因及對(duì)策

地鐵車站臺(tái)屏蔽門玻璃爆管成因及對(duì)策

根據(jù)其功能，基站屏障門分為關(guān)閉式和開(kāi)放式。閉式屏蔽門即通常所說(shuō)的地鐵屏蔽門,開(kāi)式屏蔽門即通常說(shuō)的安全門。開(kāi)式屏蔽門又有全高開(kāi)式屏蔽門(俗稱全高安全門)和半高開(kāi)式屏蔽門(俗稱半高安全門)兩種。屏蔽門的面板材料為鋼化玻璃。1車站的屏風(fēng)和磁頭之間的爆炸1.1硫化鎳機(jī)制下的自殺廣義上,鋼化玻璃自爆一般定義為鋼化玻璃在無(wú)直接外力作用下發(fā)生自動(dòng)炸裂的現(xiàn)象:一是指由玻璃中可見(jiàn)缺陷引起的自爆,例如結(jié)石、砂粒、夾雜物、缺口、劃傷、爆邊等;二是指由玻璃中硫化鎳(NIS)雜質(zhì)和異質(zhì)相顆粒引起的自爆。只有后者引起的自爆才會(huì)受到社會(huì)關(guān)注,所以一般提到的自爆均指后一種情況。鋼化玻璃自爆不可控,事前無(wú)任何征兆,稱為“玻璃的癌癥”。從鋼化玻璃誕生開(kāi)始,就伴隨著自爆問(wèn)題。在其加工、貯存、運(yùn)輸、安裝、使用等過(guò)程中,均可發(fā)生自爆。Ballantyne于1961年首次提出鋼化玻璃自爆的硫化鎳機(jī)制。Bordeaux和Kasper通過(guò)對(duì)250例自爆的研究,發(fā)現(xiàn)引起自爆的硫化鎳粒徑在0.04~0.65mm之間,平均粒徑為0.2mm。兩種不同類型的自爆應(yīng)區(qū)別對(duì)待,采用不同方法來(lái)應(yīng)對(duì)和處理。前者一般目視可見(jiàn),檢測(cè)相對(duì)容易,故生產(chǎn)中可控。后者則主要由玻璃中微小的硫化鎳顆粒體積膨脹引發(fā),無(wú)法目測(cè)檢驗(yàn),故不可控。在實(shí)際運(yùn)作和處理上,前者一般可以在安裝前剔除;后者因無(wú)法檢驗(yàn)而繼續(xù)存在,成為使用中的鋼化玻璃自爆的主要因素。1.2起爆點(diǎn)型鋼裂紋玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑(玻璃碎片呈放射狀分布,放射中心有二塊形似蝴蝶翅膀的玻璃塊,俗稱“蝴蝶斑”)。判斷鋼化玻璃是否自暴,首先看起爆點(diǎn)(鋼化玻璃裂紋呈放射狀,均有起始點(diǎn))是否在玻璃中間。起爆點(diǎn)如在玻璃邊緣,一般是因?yàn)椴Ａ唇?jīng)過(guò)倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷,造成應(yīng)力集中,裂紋逐漸發(fā)展造成的。起爆點(diǎn)如在玻璃中部,則看起爆點(diǎn)是否有2小塊多邊形組成的類似兩片蝴蝶翅膀似的圖案(蝴蝶斑),如仔細(xì)觀察兩小塊多邊形公用邊(蝴蝶的軀干部分)有肉眼可見(jiàn)的黑色小顆粒(硫化鎳結(jié)石),則可判斷是自爆的(見(jiàn)圖1),否則就應(yīng)是外力破壞的。1.3質(zhì)相顆粒引起的裂紋萌發(fā)和擴(kuò)展根據(jù)目前的研究成果,鋼化玻璃不可控自爆的原因在于NiS及異質(zhì)相顆粒的存在。玻璃中的裂紋萌發(fā)和擴(kuò)展主要是由于在顆粒附近處產(chǎn)生的殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的。這類應(yīng)力可分為兩類,一類是相變膨脹過(guò)程中的相變應(yīng)力,另一類是由熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。1.3.1硫化鎳雜質(zhì)產(chǎn)生的原理玻璃內(nèi)部包含硫化鎳雜質(zhì),以小水晶狀態(tài)存在,在一般情況下,不會(huì)造成玻璃破損。但是由于鋼化玻璃重新加熱,改變了硫化鎳雜質(zhì)的相態(tài),硫化鎳的高溫α態(tài)在玻璃急冷時(shí)被凍結(jié),他們?cè)诨謴?fù)到β態(tài)可能需要幾年的時(shí)間;由于低溫β態(tài)的硫化鎳雜質(zhì)將產(chǎn)生體積增大,在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中,這時(shí)鋼化玻璃自爆將發(fā)生。然而,僅僅比較大的雜質(zhì)將引起自爆,而且僅僅當(dāng)雜質(zhì)在拉應(yīng)力的核心部位時(shí)才能發(fā)生鋼化玻璃自爆。硫化鎳是一種晶體,存在二種晶相:高溫相α-NiS和低溫相β-NiS,相變溫度為379℃。玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時(shí),因加熱溫度遠(yuǎn)高于相變溫度,NiS全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣料唷Ｈ欢陔S后的淬冷過(guò)程中,α-NiS來(lái)不及轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NiS,從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下,α-NiS是不穩(wěn)定的,有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NiS的趨勢(shì)。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2%~4%的體積膨脹,使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力,從而導(dǎo)致自爆。從自爆后玻璃碎片中提取的NiS結(jié)石的掃描電鏡照片中可看到,其表面起伏不平、非常粗糙(見(jiàn)圖2)。1.3.2化鎳非鎳顆粒鋼化玻璃不可控自爆的來(lái)源不僅是傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中的硫化鎳微粒,還有許多其它異質(zhì)相顆粒?？梢詮钠屏言刺幉Ａ槠臋M截面照片中看到,一個(gè)球形微小顆粒引起的首次開(kāi)裂痕跡與二次碎裂的邊界區(qū)。1.4站屏蔽門玻璃自殺風(fēng)險(xiǎn)防范自從2002年廣州地鐵2號(hào)線使用站臺(tái)屏蔽門以來(lái),國(guó)內(nèi)已開(kāi)通地鐵的城市如北京、廣州、深圳、上海、天津、南京、西安、沈陽(yáng)等地鐵線路站臺(tái)上都安裝了屏蔽門。國(guó)內(nèi)外的地鐵屏蔽門大部分都采用鋼化玻璃作為面板材料,目前只有上海少部分線路地鐵屏蔽門采用銫鉀玻璃作為面板材料,國(guó)外部分線路采用鋼板或鋁板等作為屏蔽門的面板材料。不管采用鋼化玻璃還是采用銫鉀玻璃作為面板材料,都曾發(fā)生過(guò)屏蔽門玻璃自爆的情況。由于站臺(tái)屏蔽門處在人流密集公共區(qū)域,屏蔽門玻璃自爆會(huì)讓不少市民產(chǎn)生擔(dān)心,造成較大的社會(huì)影響。這一現(xiàn)象也引起了政府管理部門和各地鐵公司的關(guān)注。針對(duì)深圳地鐵發(fā)生的鋼化玻璃自爆情況,2011年9月14日,深圳地鐵集團(tuán)有限公司邀請(qǐng)了來(lái)自北京、上海、廣州、深圳等地的7位專家組成專家組對(duì)屏蔽門玻璃爆裂問(wèn)題進(jìn)行了充分討論及分析。專家組一致認(rèn)為:根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外玻璃使用經(jīng)驗(yàn),站臺(tái)屏蔽門設(shè)計(jì)選用鋼化玻璃是安全可控、可行的,但由于站臺(tái)屏蔽門處在人流密集公共區(qū)域,是一個(gè)城市的窗口,屏蔽門玻璃自爆會(huì)造成較大的社會(huì)影響,因此,建議地鐵公司應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)人員的應(yīng)急演練,現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)人員應(yīng)按專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案及時(shí)處理;同時(shí)建議在今后新線屏蔽門項(xiàng)目中,進(jìn)一步研究采用新技術(shù)、新材料、新工藝,降低屏蔽門玻璃自爆概率的可行性。在屏蔽門設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中可采取多種措施預(yù)防鋼化玻璃自爆及防止因外力引起玻璃自爆,主要包括:1)控制鋼化應(yīng)力。鋼化應(yīng)力越大,硫化鎳結(jié)石的臨界半徑就越小,能引起自爆的結(jié)石就越多。顯然,鋼化應(yīng)力應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),這樣既可保證鋼化碎片顆粒度滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),也能避免高應(yīng)力引起的不必要自爆風(fēng)險(xiǎn)。平面應(yīng)力(鋼化均勻度)應(yīng)越小越好,這樣不僅減小自爆風(fēng)險(xiǎn),而且能提高鋼化玻璃的平整度。2)對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行熱均質(zhì)處理,降低自爆率。均質(zhì)處理是公認(rèn)的解決玻璃自爆問(wèn)題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290℃左右并保溫一定時(shí)間,使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變,讓今后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。這種鋼化后再次熱處理(HeatSoakTest,簡(jiǎn)為HST)的方法,我國(guó)通常將其譯成“均質(zhì)處理”,也俗稱“引爆處理”。3)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中增加必要的保護(hù)措施,根據(jù)鋼化安全玻璃的特點(diǎn),為了避免其在使用過(guò)程發(fā)生自爆,在門體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,在站臺(tái)側(cè)可見(jiàn)部分,玻璃周邊采用裝飾框進(jìn)行保護(hù),門框與玻璃周邊留有間隙并用密封膠填縫,使玻璃不直接與金屬框接觸;同時(shí),盡量在設(shè)計(jì)上確保玻璃粘結(jié)厚度不小于6mm,可防止使用過(guò)程中在受到擠壓時(shí)自爆。4)合理設(shè)計(jì),選擇合理的分隔設(shè)置,避免單塊玻璃尺寸超大、結(jié)構(gòu)超厚。5)進(jìn)一步研究采用新技術(shù)、新材料、新工藝,降低屏蔽門玻璃自爆概率的可行性。例如可考慮采用半鋼化玻璃、銫鉀玻璃作為屏蔽門的面板材料;可考慮采用金屬板材(如用鋼板、鋁板)及夾膠玻璃等作為屏蔽門的面板材料。如果選用金屬板材、夾膠玻璃等作為屏蔽門的面板材料,雖然可避免鋼化玻璃自爆引起的問(wèn)題,但萬(wàn)一出現(xiàn)火災(zāi)等緊急情況時(shí)不利于乘客疏散,所以總體上不主張選用不能打碎的材料作為屏蔽門的面板材料。6)地鐵公司應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)服務(wù)人員的應(yīng)急演練,現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)人員應(yīng)按專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案及時(shí)處理。7)所有玻璃設(shè)置防撞標(biāo)識(shí),避免乘客意外碰撞玻璃而引起自爆。2解決鋼化等著質(zhì)處理的作用鋼化玻璃自爆的根本原因是因?yàn)椴Ａе泻辛蚧囯s質(zhì)。硫化鎳可以使玻璃自爆現(xiàn)象在生產(chǎn)完成后任何時(shí)候發(fā)生,故以目前的技術(shù)及工藝水平,還不可能完全杜絕鋼化玻璃自爆的發(fā)生?？茖W(xué)有效地對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理可有效降低鋼化玻璃的自爆率,在日常生產(chǎn)中控制鋼化應(yīng)力及鋼化均勻度也能有效地減少自爆發(fā)生。鋼化玻璃破壞形態(tài)為鈍角