地铁车站台屏蔽门玻璃爆管成因及对策

地铁车站台屏蔽门玻璃爆管成因及对策

根据其功能，基站屏障门分为关闭式和开放式。闭式屏蔽门即通常所说的地铁屏蔽门,开式屏蔽门即通常说的安全门。开式屏蔽门又有全高开式屏蔽门(俗称全高安全门)和半高开式屏蔽门(俗称半高安全门)两种。屏蔽门的面板材料为钢化玻璃。1车站的屏风和磁头之间的爆炸1.1硫化镍机制下的自杀广义上,钢化玻璃自爆一般定义为钢化玻璃在无直接外力作用下发生自动炸裂的现象:一是指由玻璃中可见缺陷引起的自爆,例如结石、砂粒、夹杂物、缺口、划伤、爆边等;二是指由玻璃中硫化镍(NIS)杂质和异质相颗粒引起的自爆。只有后者引起的自爆才会受到社会关注,所以一般提到的自爆均指后一种情况。钢化玻璃自爆不可控,事前无任何征兆,称为“玻璃的癌症”。从钢化玻璃诞生开始,就伴随着自爆问题。在其加工、贮存、运输、安装、使用等过程中,均可发生自爆。Ballantyne于1961年首次提出钢化玻璃自爆的硫化镍机制。Bordeaux和Kasper通过对250例自爆的研究,发现引起自爆的硫化镍粒径在0.04~0.65mm之间,平均粒径为0.2mm。两种不同类型的自爆应区别对待,采用不同方法来应对和处理。前者一般目视可见,检测相对容易,故生产中可控。后者则主要由玻璃中微小的硫化镍颗粒体积膨胀引发,无法目测检验,故不可控。在实际运作和处理上,前者一般可以在安装前剔除;后者因无法检验而继续存在,成为使用中的钢化玻璃自爆的主要因素。1.2起爆点型钢裂纹玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑(玻璃碎片呈放射状分布,放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块,俗称“蝴蝶斑”)。判断钢化玻璃是否自暴,首先看起爆点(钢化玻璃裂纹呈放射状,均有起始点)是否在玻璃中间。起爆点如在玻璃边缘,一般是因为玻璃未经过倒角磨边处理或玻璃边缘有损伤,造成应力集中,裂纹逐渐发展造成的。起爆点如在玻璃中部,则看起爆点是否有2小块多边形组成的类似两片蝴蝶翅膀似的图案(蝴蝶斑),如仔细观察两小块多边形公用边(蝴蝶的躯干部分)有肉眼可见的黑色小颗粒(硫化镍结石),则可判断是自爆的(见图1),否则就应是外力破坏的。1.3质相颗粒引起的裂纹萌发和扩展根据目前的研究成果,钢化玻璃不可控自爆的原因在于NiS及异质相颗粒的存在。玻璃中的裂纹萌发和扩展主要是由于在颗粒附近处产生的残余应力所导致的。这类应力可分为两类,一类是相变膨胀过程中的相变应力,另一类是由热膨胀系数不匹配产生的残余应力。1.3.1硫化镍杂质产生的原理玻璃内部包含硫化镍杂质,以小水晶状态存在,在一般情况下,不会造成玻璃破损。但是由于钢化玻璃重新加热,改变了硫化镍杂质的相态,硫化镍的高温α态在玻璃急冷时被冻结,他们在恢复到β态可能需要几年的时间;由于低温β态的硫化镍杂质将产生体积增大,在玻璃内部产生局部的应力集中,这时钢化玻璃自爆将发生。然而,仅仅比较大的杂质将引起自爆,而且仅仅当杂质在拉应力的核心部位时才能发生钢化玻璃自爆。硫化镍是一种晶体,存在二种晶相:高温相α-NiS和低温相β-NiS,相变温度为379℃。玻璃在钢化炉内加热时,因加热温度远高于相变温度,NiS全部转变为α相。然而在随后的淬冷过程中,α-NiS来不及转变为β-NiS,从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下,α-NiS是不稳定的,有逐渐转变为β-NiS的趋势。这种转变伴随着约2%~4%的体积膨胀,使玻璃承受巨大的相变张应力,从而导致自爆。从自爆后玻璃碎片中提取的NiS结石的扫描电镜照片中可看到,其表面起伏不平、非常粗糙(见图2)。1.3.2化镍非镍颗粒钢化玻璃不可控自爆的来源不仅是传统认识中的硫化镍微粒,还有许多其它异质相颗粒。可以从破裂源处玻璃碎片的横截面照片中看到,一个球形微小颗粒引起的首次开裂痕迹与二次碎裂的边界区。1.4站屏蔽门玻璃自杀风险防范自从2002年广州地铁2号线使用站台屏蔽门以来,国内已开通地铁的城市如北京、广州、深圳、上海、天津、南京、西安、沈阳等地铁线路站台上都安装了屏蔽门。国内外的地铁屏蔽门大部分都采用钢化玻璃作为面板材料,目前只有上海少部分线路地铁屏蔽门采用铯钾玻璃作为面板材料,国外部分线路采用钢板或铝板等作为屏蔽门的面板材料。不管采用钢化玻璃还是采用铯钾玻璃作为面板材料,都曾发生过屏蔽门玻璃自爆的情况。由于站台屏蔽门处在人流密集公共区域,屏蔽门玻璃自爆会让不少市民产生担心,造成较大的社会影响。这一现象也引起了政府管理部门和各地铁公司的关注。针对深圳地铁发生的钢化玻璃自爆情况,2011年9月14日,深圳地铁集团有限公司邀请了来自北京、上海、广州、深圳等地的7位专家组成专家组对屏蔽门玻璃爆裂问题进行了充分讨论及分析。专家组一致认为:根据目前国内外玻璃使用经验,站台屏蔽门设计选用钢化玻璃是安全可控、可行的,但由于站台屏蔽门处在人流密集公共区域,是一个城市的窗口,屏蔽门玻璃自爆会造成较大的社会影响,因此,建议地铁公司应加强运营服务人员的应急演练,现场的运营服务人员应按专项应急预案及时处理;同时建议在今后新线屏蔽门项目中,进一步研究采用新技术、新材料、新工艺,降低屏蔽门玻璃自爆概率的可行性。在屏蔽门设计及施工过程中可采取多种措施预防钢化玻璃自爆及防止因外力引起玻璃自爆,主要包括:1)控制钢化应力。钢化应力越大,硫化镍结石的临界半径就越小,能引起自爆的结石就越多。显然,钢化应力应控制在适当的范围内,这样既可保证钢化碎片颗粒度满足有关标准,也能避免高应力引起的不必要自爆风险。平面应力(钢化均匀度)应越小越好,这样不仅减小自爆风险,而且能提高钢化玻璃的平整度。2)对钢化玻璃进行热均质处理,降低自爆率。均质处理是公认的解决玻璃自爆问题的有效方法。将钢化玻璃再次加热到290℃左右并保温一定时间,使硫化镍在玻璃出厂前完成晶相转变,让今后可能自爆的玻璃在工厂内提前破碎。这种钢化后再次热处理(HeatSoakTest,简为HST)的方法,我国通常将其译成“均质处理”,也俗称“引爆处理”。3)在结构设计过程中增加必要的保护措施,根据钢化安全玻璃的特点,为了避免其在使用过程发生自爆,在门体的结构设计中,在站台侧可见部分,玻璃周边采用装饰框进行保护,门框与玻璃周边留有间隙并用密封胶填缝,使玻璃不直接与金属框接触;同时,尽量在设计上确保玻璃粘结厚度不小于6mm,可防止使用过程中在受到挤压时自爆。4)合理设计,选择合理的分隔设置,避免单块玻璃尺寸超大、结构超厚。5)进一步研究采用新技术、新材料、新工艺,降低屏蔽门玻璃自爆概率的可行性。例如可考虑采用半钢化玻璃、铯钾玻璃作为屏蔽门的面板材料;可考虑采用金属板材(如用钢板、铝板)及夹胶玻璃等作为屏蔽门的面板材料。如果选用金属板材、夹胶玻璃等作为屏蔽门的面板材料,虽然可避免钢化玻璃自爆引起的问题,但万一出现火灾等紧急情况时不利于乘客疏散,所以总体上不主张选用不能打碎的材料作为屏蔽门的面板材料。6)地铁公司应加强运营服务人员的应急演练,现场的运营服务人员应按专项应急预案及时处理。7)所有玻璃设置防撞标识,避免乘客意外碰撞玻璃而引起自爆。2解决钢化等着质处理的作用钢化玻璃自爆的根本原因是因为玻璃中含有硫化镍杂质。硫化镍可以使玻璃自爆现象在生产完成后任何时候发生,故以目前的技术及工艺水平,还不可能完全杜绝钢化玻璃自爆的发生。科学有效地对钢化玻璃进行均质处理可有效降低钢化玻璃的自爆率,在日常生产中控制钢化应力及钢化均匀度也能有效地减少自爆发生。钢化玻璃破坏形态为钝角