地鐵車站臺屏蔽門玻璃爆管成因及對策

根據其功能，基站屏障門分為關閉式和開放式。閉式屏蔽門即通常所說的地鐵屏蔽門,開式屏蔽門即通常說的安全門。開式屏蔽門又有全高開式屏蔽門(俗稱全高安全門)和半高開式屏蔽門(俗稱半高安全門)兩種。屏蔽門的面板材料為鋼化玻璃。1車站的屏風和磁頭之間的爆炸1.1硫化鎳機制下的自殺廣義上,鋼化玻璃自爆一般定義為鋼化玻璃在無直接外力作用下發生自動炸裂的現象:一是指由玻璃中可見缺陷引起的自爆,例如結石、砂粒、夾雜物、缺口、劃傷、爆邊等;二是指由玻璃中硫化鎳(NIS)雜質和異質相顆粒引起的自爆。只有后者引起的自爆才會受到社會關注,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,事前無任何征兆,稱為“玻璃的癌癥”。從鋼化玻璃誕生開始,就伴隨著自爆問題。在其加工、貯存、運輸、安裝、使用等過程中,均可發生自爆。Ballantyne于1961年首次提出鋼化玻璃自爆的硫化鎳機制。Bordeaux和Kasper通過對250例自爆的研究,發現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區別對待,采用不同方法來應對和處理。前者一般目視可見,檢測相對容易,故生產中可控。后者則主要由玻璃中微小的硫化鎳顆粒體積膨脹引發,無法目測檢驗,故不可控。在實際運作和處理上,前者一般可以在安裝前剔除;后者因無法檢驗而繼續存在,成為使用中的鋼化玻璃自爆的主要因素。1.2起爆點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(鋼化玻璃裂紋呈放射狀,均有起始點)是否在玻璃中間。起爆點如在玻璃邊緣,一般是因為玻璃未經過倒角磨邊處理或玻璃邊緣有損傷,造成應力集中,裂紋逐漸發展造成的。起爆點如在玻璃中部,則看起爆點是否有2小塊多邊形組成的類似兩片蝴蝶翅膀似的圖案(蝴蝶斑),如仔細觀察兩小塊多邊形公用邊(蝴蝶的軀干部分)有肉眼可見的黑色小顆粒(硫化鎳結石),則可判斷是自爆的(見圖1),否則就應是外力破壞的。1.3質相顆粒引起的裂紋萌發和擴展根據目前的研究成果,鋼化玻璃不可控自爆的原因在于NiS及異質相顆粒的存在。玻璃中的裂紋萌發和擴展主要是由于在顆粒附近處產生的殘余應力所導致的。這類應力可分為兩類,一類是相變膨脹過程中的相變應力,另一類是由熱膨脹系數不匹配產生的殘余應力。1.3.1硫化鎳雜質產生的原理玻璃內部包含硫化鎳雜質,以小水晶狀態存在,在一般情況下,不會造成玻璃破損。但是由于鋼化玻璃重新加熱,改變了硫化鎳雜質的相態,硫化鎳的高溫α態在玻璃急冷時被凍結,他們在恢復到β態可能需要幾年的時間;由于低溫β態的硫化鎳雜質將產生體積增大,在玻璃內部產生局部的應力集中,這時鋼化玻璃自爆將發生。然而,僅僅比較大的雜質將引起自爆,而且僅僅當雜質在拉應力的核心部位時才能發生鋼化玻璃自爆。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℃。玻璃在鋼化爐內加熱時,因加熱溫度遠高于相變溫度,NiS全部轉變為α相。然而在隨后的淬冷過程中,α-NiS來不及轉變為β-NiS,從而被凍結在鋼化玻璃中。在室溫環境下,α-NiS是不穩定的,有逐漸轉變為β-NiS的趨勢。這種轉變伴隨著約2%~4%的體積膨脹,使玻璃承受巨大的相變張應力,從而導致自爆。從自爆后玻璃碎片中提取的NiS結石的掃描電鏡照片中可看到,其表面起伏不平、非常粗糙(見圖2)。1.3.2化鎳非鎳顆粒鋼化玻璃不可控自爆的來源不僅是傳統認識中的硫化鎳微粒,還有許多其它異質相顆粒。可以從破裂源處玻璃碎片的橫截面照片中看到,一個球形微小顆粒引起的首次開裂痕跡與二次碎裂的邊界區。1.4站屏蔽門玻璃自殺風險防范自從2002年廣州地鐵2號線使用站臺屏蔽門以來,國內已開通地鐵的城市如北京、廣州、深圳、上海、天津、南京、西安、沈陽等地鐵線路站臺上都安裝了屏蔽門。國內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,都曾發生過屏蔽門玻璃自爆的情況。由于站臺屏蔽門處在人流密集公共區域,屏蔽門玻璃自爆會讓不少市民產生擔心,造成較大的社會影響。這一現象也引起了政府管理部門和各地鐵公司的關注。針對深圳地鐵發生的鋼化玻璃自爆情況,2011年9月14日,深圳地鐵集團有限公司邀請了來自北京、上海、廣州、深圳等地的7位專家組成專家組對屏蔽門玻璃爆裂問題進行了充分討論及分析。專家組一致認為:根據目前國內外玻璃使用經驗,站臺屏蔽門設計選用鋼化玻璃是安全可控、可行的,但由于站臺屏蔽門處在人流密集公共區域,是一個城市的窗口,屏蔽門玻璃自爆會造成較大的社會影響,因此,建議地鐵公司應加強運營服務人員的應急演練,現場的運營服務人員應按專項應急預案及時處理;同時建議在今后新線屏蔽門項目中,進一步研究采用新技術、新材料、新工藝,降低屏蔽門玻璃自爆概率的可行性。在屏蔽門設計及施工過程中可采取多種措施預防鋼化玻璃自爆及防止因外力引起玻璃自爆,主要包括:1)控制鋼化應力。鋼化應力越大,硫化鎳結石的臨界半徑就越小,能引起自爆的結石就越多。顯然,鋼化應力應控制在適當的范圍內,這樣既可保證鋼化碎片顆粒度滿足有關標準,也能避免高應力引起的不必要自爆風險。平面應力(鋼化均勻度)應越小越好,這樣不僅減小自爆風險,而且能提高鋼化玻璃的平整度。2)對鋼化玻璃進行熱均質處理,降低自爆率。均質處理是公認的解決玻璃自爆問題的有效方法。將鋼化玻璃再次加熱到290℃左右并保溫一定時間,使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉變,讓今后可能自爆的玻璃在工廠內提前破碎。這種鋼化后再次熱處理(HeatSoakTest,簡為HST)的方法,我國通常將其譯成“均質處理”,也俗稱“引爆處理”。3)在結構設計過程中增加必要的保護措施,根據鋼化安全玻璃的特點,為了避免其在使用過程發生自爆,在門體的結構設計中,在站臺側可見部分,玻璃周邊采用裝飾框進行保護,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,盡量在設計上確保玻璃粘結厚度不小于6mm,可防止使用過程中在受到擠壓時自爆。4)合理設計,選擇合理的分隔設置,避免單塊玻璃尺寸超大、結構超厚。5)進一步研究采用新技術、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題,但萬一出現火災等緊急情況時不利于乘客疏散,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)地鐵公司應加強運營服務人員的應急演練,現場的運營服務人員應按專項應急預案及時處理。7)所有玻璃設置防撞標識,避免乘客意外碰撞玻璃而引起自爆。2解決鋼化等著質處理的作用鋼化玻璃自爆的根本原因是因為玻璃中含有硫化鎳雜質。硫化鎳可以使玻璃自爆現象在生產完成后任何時候發生,故以目前的技術及工藝水平,還不可能完全杜絕鋼化玻璃自爆的發生。科學有效地對鋼化玻璃進行均質處理可有效降低鋼化玻璃的自爆率,在日常生產中控制鋼化應力及鋼化均勻度也能有效地減少自爆發生。鋼化玻璃破壞形態為鈍角