地铁屏蔽门玻璃自爆解决方案的研究

黎卓虹

广州市地下铁道总公司广东广州510380

摘要：分析钢化玻璃自爆原因，介绍目前采用的地铁屏蔽门玻璃自爆方案及几种新的方案，分别对新的解决方案进行优缺点的分析，结合新的方案提供新线建设屏蔽门玻璃自爆的解决思路。

关键词：地铁屏蔽门；玻璃；自爆；均质处理

一、引言

随着地铁建设的飞速发展，地铁的运营安全及保障备受公众关注。屏蔽门系统为直接面向乘客的设备，玻璃自爆又是无法避免的现象。当屏蔽门玻璃发生自爆后，受区间风活塞风压的影响，玻璃碎片若飞向站台公共区则伤及乘客，若飞入轨行区并掉落在轨道上则阻碍列车的行驶。因此无论从乘客安全或者列车运营保障考虑，都必须先解决屏蔽门玻璃自爆的问题。

二、钢化玻璃自爆原因

钢化玻璃自爆指在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂。自爆是钢化玻璃固有的特性之一。通常钢化玻璃破碎的原因主要有以下几种：

（1）玻璃中的硫化镍（Nis）等杂质颗粒引起的自爆

硫化镍（Nis）引起钢化玻璃自爆的机理已得到广泛研究：在钢化玻璃淬冷过程中，晶体NiS的高温相α-NiS来不及转变为低温相β-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，不稳定的α-Nis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。

中国相关的标准、规范如JGJl02-2003《玻璃幕墙工程技术规范》明确承认了钢化玻璃自爆的可能。由于玻璃中的硫化镍杂质颗粒非常微小（直径在0.1-2㎜），即使目前世界上最先进的在线检测设备也难以排除，因此钢化玻璃的自爆客观上是行业难以彻底根除的现象。

（2）使用过程中的不合理也可能会造成玻璃破碎

钢化玻璃是高预应力的玻璃，其边角部是应力集中的区域，一旦受到外力的冲击或硬物的挤压，极易因应力集中而破碎。基于钢化玻璃的这一特点，我们建议在玻璃安装及服役期内，应避免边角处受力；同时在日常维护、清洁时，要特别注意对玻璃边角处的保护。另外，玻璃在安装中电焊滴烧伤，高温焊渣产生的飞溅如不小心伤到玻璃表面，所形成的表面缺陷会成为玻璃破碎的引爆源，应予以注意。

（3）玻璃安装可能对玻璃自爆产生影响

若玻璃与金属门框之间间隙过小，在地铁高震动、高风压（活塞风）及玻璃自重等长期荷载作用下，玻璃可能发生位移，进而造成玻璃边角与金属框相撞而使玻璃破碎。

三、目前玻璃自爆的解决方案及现状

热浸处理（HST）又称均质处理，俗称“引爆”，是目前公认最有效的解决玻璃自爆问题的方法。将钢化玻璃加热到290℃±10℃，并保温一定时间，促使硫化镍在钢化玻璃中快速完成晶相转变，让原本使用后才可能自爆的钢化玻璃人为地提前破碎在工厂的热浸炉中，从而减少安装后使用中的钢化玻璃自爆。

为了更好地控制玻璃自爆，在工程执行过程中，针对上述钢化玻璃自爆原因，制定了与玻璃生产、运输、安装、使用相应的自爆控制措施（表1）。

对于没有均质处理的钢化玻璃，澳大利亚研究人员曾做过一个12年的跟踪研究，得出的自爆率是1.72％。由广州地铁运营提供的各线路屏蔽门玻璃自爆统计数据（表2），可见采用均质处理的钢化玻璃虽然不能保证绝对不发生自爆，但能很好的减低自爆率，控制在5‰以内。但是根据GB15763.4-2009《建筑用安全玻璃》第4部分：均质钢化玻璃要求，均质处理工艺对厂家设备、人员、管理、生产资质等要求很高，各厂家工艺、质量参差不齐，且均质钢化玻璃出厂时暂无规范、标准、办法直观判断产品质量，较难进行玻璃出厂前的质量控制。同时，均质钢化玻璃在设备投入运营的第二、第三年自爆率次数明显增加。

四、新的解决方案比选

4.1.超白浮法钢化玻璃

超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃、高透明玻璃。它是一种高品质、多功能的新型高档玻璃品种，透光率可达91.5%以上。超白浮法玻璃具有优越的物理、机械及光学性能，除了可像其它优质浮法玻璃一样进行各种深加工，和普通浮法玻璃相比，超白浮法玻璃生产工艺难度较高，主要体现在两个地方：一是玻璃中铁的含量控制困难；二是在原料熔化过程中，产生的气泡难于消除。超白浮法钢化玻璃是采用超白浮法玻璃进行钢化处理后的玻璃。

由于超白玻璃在生产过程中为了去除其中的铁，多了一道磁选矿工序，在吸除铁的过程中也吸除了镍，使超白玻璃中硫化镍的含量极低，从而降低了玻璃的自爆率，据建筑行业统计自爆率低于0.5‰。采用超白浮法钢化玻璃代替均质钢化玻璃的最大优点是不需进行均质处理，工程管理人员不需再考虑如何在无任何检验手段的前提下确保玻璃都100%地进行过均质处理。另外超白玻璃独特的高透光性更能增加乘客透过玻璃看到轨行区广告灯箱的清晰度。其缺点是由于磁选矿工序以吸出氧化铁为主要目的，顺带吸出硫化镍等的部分金属物，因此生产工艺未对硫化镍的含量进行直接控制。目前，国内暂无相关规范及行业规范，暂无屏蔽门工程实例。

4.2.玻璃防爆贴膜

玻璃膜的最基本构成是：聚酯基片（PET），一面镀有防划伤层（HC），另一面是安装胶层及保护膜。PET是一种耐久性强、坚固耐潮、耐高、低温性均佳的材料。它清澈透明，经金属化镀层、磁控溅射、夹层合成等多种工艺处理，成为具有不同特性的玻璃膜。玻璃膜安装方便，玻璃膜去除保护层后，用安装液喷洒于洁净的玻璃表面和膜的安装胶层表面，将膜平铺于玻璃上裁去多余边角，用安装工具排除多余液体即可。虽然玻璃膜产生目的为了隔热、防太阳辐射、节能，但是对于地铁站台的屏蔽门主要考虑的是防止玻璃碎片伤人或者掉落轨道。因此，地铁屏蔽门玻璃膜应该选用“防爆膜”。

在地铁屏蔽门上增加玻璃防爆贴膜，防爆膜通过膜独有的叠层间相互滑动的微位移，缓解穿过玻璃作用到安全膜的冲击力，形成独特的抗撞击性，据测算可增强5-7倍的玻璃强度，有效的阻止因外力撞击所导致的玻璃破碎。同时，利用粘胶层和金属镀层提高玻璃刚性，将冲击力在表面分解，金属镀层的延展性和强韧度可有效抵消和分解冲击，即使玻璃破碎，膜中金属材料会产生拉伸力与粘胶层的胶质共同作用牵拉住玻璃碎片，防止飞溅跌落到站台侧或者轨道侧，并可继续使用直到更换。但由于防爆膜主要用于降低刺眼眩光，单向透视，而屏蔽门为室内设备，站台侧光源来自于天花荧光灯和屏蔽门导向灯带，轨道侧光源来自广告灯箱，二者光源强度相差不大，会影响乘客观看广告灯箱的质量。目前，厂家承诺防爆膜20年寿命，在站台环境中使用的耐久性仍未有相关工程实例证明。

4.3.钢化夹胶玻璃

钢化夹胶玻璃，又称钢化夹层玻璃，是夹层玻璃的一种，是2层或2层以上普通的浮法玻璃进行钢化处理后，复合而成。中间层多为PVB胶片（学名聚乙烯醇缩丁醛），经过加热、高压特殊工艺，将2层或2层以上的玻璃粘合在一起的一种安全玻璃。

使用钢化夹胶玻璃代替均质钢化玻璃，在受到外来撞击时，由于弹性中间层有吸收冲击的作用，可阻止冲击物穿透，即使玻璃破损，其碎片牢固地粘附在中间层上，不会脱落四散伤人，原理与玻璃防爆贴膜相似。PVB胶又具有对声波的阻尼功能，能有效地抑制噪音的传播。但由于PVB胶有一定的老化周期，玻璃厂家承诺8年寿命，理论上，过了使用年限需进行更换，工作量较大。目前，国内已经建成或正在建设的屏蔽门玻璃几乎都采用了单层钢化屏蔽门玻璃。国外屏蔽门也主要采用单层钢化安全玻璃，只有少数屏蔽门系统如新加坡部分地铁项目采用了钢化夹层玻璃。

五、结束语

随着乘客对地铁环境美观、自然、通透的需求将日渐增加，在新线的屏蔽门工程建设中，可采用超白浮法钢化玻璃，鉴于采用该方案依然存在自爆风险，可考虑对玻璃进行贴膜处理，在自爆高峰期过后，将贴膜除去。建设者也可以根据各自城市环境及线路设计的特点综合上述解决方案的优缺点，制定最合适、最可行、最优化的方案。

参考文献：

[1]《钢化玻璃》，GB/T9963-98

[2]《建筑用安全玻璃》第4部分：均质钢化玻璃，GB15763.4-2009

[3]《建筑用安全玻璃》第1部分：防火玻璃，GB15763.1-2001

[4]《玻璃幕墙工程技术规范》，JGJ02-2003