地鐵車站配線區(qū)排煙優(yōu)化設(shè)計(jì)

張 訓(xùn) 水

(中鐵二院華東公司，浙江 杭州 310000)

地鐵是城市交通重要的組成部分，對緩解城市交通擁堵作用巨大，地鐵車站人流密度大，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，將對人員生命財(cái)產(chǎn)造成極大威脅。另一方面，地鐵建設(shè)成本高昂，因此，精心設(shè)計(jì),保證安全的同時(shí)，盡量減小建設(shè)成本意義巨大。本文以杭州市某地鐵車站配線排煙形式為例，研究各種設(shè)計(jì)方案，以尋找最優(yōu)方案。SES(Subway Environmental Simulation)程序由美國運(yùn)輸部城市運(yùn)輸管理局和發(fā)展處研發(fā)，SES計(jì)算模型能對一個地鐵系統(tǒng)中不穩(wěn)定的空氣流動和環(huán)境條件的變化進(jìn)行模擬，能作為地鐵環(huán)境控制設(shè)計(jì)的一種有效的工具[1]。

目前關(guān)于地鐵火災(zāi)的研究集中于站廳、站臺、隧道火災(zāi)，對車站復(fù)雜配線處火災(zāi)研究較少，為保證列車運(yùn)行暢通安全，地鐵車站配線已成為地鐵運(yùn)營組織的重要組成部分。地鐵車站常見配線形式有單渡線、交叉渡線、出入場線、聯(lián)絡(luò)線、單存車線和雙存車線6種[2]。停車線是車站存車位置，一般斷面面積較大，且長度長于一列車的長度，其隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)思路仍然是在滿足限界要求前提下，盡量通過加設(shè)隔墻將其分隔成幾個較小的斷面，通過車站隧道風(fēng)機(jī)(TVF風(fēng)機(jī))、排熱風(fēng)機(jī)(UOF風(fēng)機(jī))及設(shè)置的射流風(fēng)機(jī)(若有)配合工作，滿足通風(fēng)排煙要求，本文重點(diǎn)要求停車線火災(zāi)縱向通風(fēng)工況。

地鐵工程由車站和區(qū)間組成，在車站端部一般設(shè)置有活塞/機(jī)械豎井，形成整個地下通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)路。杭州地鐵某號線二期工程共設(shè)5個車站，均為地下車站。本文以SES軟件為工具建模分析，重點(diǎn)研究二期工程終點(diǎn)站E站站后配線排煙，其隧道通風(fēng)系統(tǒng)原理圖如圖1所示，作為二期工程臨時(shí)終點(diǎn)站，本站應(yīng)為后續(xù)三期工程預(yù)留條件。

根據(jù)GB 50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[3],縱向通風(fēng)時(shí)隧道斷面單洞風(fēng)速2 m/s≤v≤11 m/s，且應(yīng)高于“臨界風(fēng)速”，高于臨界風(fēng)速的目的是防止排煙時(shí)煙氣回流。臨界風(fēng)速計(jì)算式如下[4]：

(1)

(2)

其中，Vc為臨界風(fēng)速，m/s；cp為空氣定壓比熱容，J/(kg·K)；g為重力加速度，m/s2；H為隧道高度，m；Q為火源熱量釋放率，W；ρ∞為周圍的空氣密度，kg/m3；A為隧道凈斷面面積，m2；T為熱煙流溫度，K；T∞為環(huán)境溫度，K；K為無量綱常數(shù)，取0.61；Kg為坡度修正系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，本工程臨界風(fēng)速為2.2 m/s，故火災(zāi)縱向通風(fēng)隧道斷面風(fēng)速2.2 m/s≤v≤11 m/s。

E站站后設(shè)停車線，作為二期工程臨時(shí)停車站，必須保證每個通風(fēng)區(qū)段的火災(zāi)排煙風(fēng)速均滿足設(shè)計(jì)要求。二期工程投運(yùn)時(shí)本站站后上下行線和停車線均為非載客區(qū)間，可僅考慮將煙氣盡快排出地面，無論車頭車尾火災(zāi)，煙氣均由最右端活塞風(fēng)井排除。

隧道通風(fēng)系統(tǒng)一般通過隧道風(fēng)機(jī)(TVF風(fēng)機(jī))、排熱風(fēng)機(jī)(UOF風(fēng)機(jī))與射流風(fēng)機(jī)的相互配合完成，本站TVF風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：風(fēng)量：60 m3/s，風(fēng)壓：900 Pa，配電容量：380 V，90 kW；UOF風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：風(fēng)量：40 m3/s，風(fēng)壓：600 Pa，配電容量：380 V，55 kW；射流風(fēng)機(jī)參數(shù)：直徑630，風(fēng)量：12.3 m3/s，配電容量：380 V，功率22 kW。

E站共設(shè)置3座活塞/機(jī)械風(fēng)井，車站A端設(shè)置一座風(fēng)井，B端車站端部設(shè)置一座，B端停車線端部設(shè)置一座。E站戰(zhàn)后配線共4個區(qū)間，分別為區(qū)間1～區(qū)間4，為滿足區(qū)間1～區(qū)間4火災(zāi)通風(fēng)排煙要求，共有以下兩種方案：

方案1：車站最右端機(jī)械/火災(zāi)風(fēng)井處配置2臺TVF風(fēng)機(jī)(TVF-B3,TVF-B4),則E站共配置6臺TVF風(fēng)機(jī)TVF-A1～A2,TVF-B1～B4,通過6臺TVF風(fēng)機(jī)配合滿足區(qū)間隧道通風(fēng)排煙要求。

方案2：在區(qū)間1～區(qū)間3處，每個區(qū)間配置2臺射流風(fēng)機(jī)，通過TVF-A1～A2,TVF-B1～B2與區(qū)間射流風(fēng)機(jī)的配合滿足通風(fēng)排煙要求。

事實(shí)上，本工程5個車站、相鄰區(qū)間及配置的風(fēng)井共同組成了地下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，每個車站風(fēng)機(jī)開啟其氣流組織均受其他車站影響，因此，應(yīng)將所有車站、區(qū)間及風(fēng)井納入SES節(jié)點(diǎn)圖進(jìn)行模擬，才能取得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。

當(dāng)區(qū)間4(753區(qū)段)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，兩種方案SES模擬計(jì)算結(jié)果如圖2，圖3所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，區(qū)間4發(fā)生火災(zāi)時(shí)，按照方案一，投入運(yùn)行4臺TVF風(fēng)機(jī)，火災(zāi)區(qū)段縱向通風(fēng)風(fēng)速為4.81 m/s。按照方案二，投入運(yùn)行2臺TVF風(fēng)機(jī)及4臺射流風(fēng)機(jī)，火災(zāi)區(qū)段縱向通風(fēng)風(fēng)速為2.27 m/s。兩種方案均可滿足區(qū)間4火災(zāi)工況縱向排煙風(fēng)速要求。

表1 火災(zāi)工況SES模擬結(jié)果對比表

火災(zāi)位置方案一方案二火災(zāi)區(qū)間風(fēng)速m/s設(shè)備開啟火災(zāi)區(qū)間風(fēng)速m/s設(shè)備開啟列車在區(qū)間4(753區(qū)段)發(fā)生火災(zāi)4.81TVF-B3,B4排風(fēng),TVF-B1,B2送風(fēng)2.27TVF-B1,B2送風(fēng),區(qū)間1開啟2臺射流風(fēng)機(jī),區(qū)間2開啟2臺射流風(fēng)機(jī)列車在區(qū)間1(749區(qū)段)發(fā)生火災(zāi)2.21TVF-B3,B4排風(fēng),TVF-B1,B2送風(fēng),TVF-A1,A2送風(fēng)2.93TVF-B1,B2送風(fēng),區(qū)間1開啟2臺射流風(fēng)機(jī)列車在區(qū)間3(349區(qū)段)發(fā)生火災(zāi)2.32TVF-B3,B4排風(fēng),TVF-B1,B2送風(fēng)2.46TVF-B1,B2送風(fēng),區(qū)間3開啟2臺射流風(fēng)機(jī)

區(qū)間1與區(qū)間2通風(fēng)工況效果類似，因此只對區(qū)間1，區(qū)間3，區(qū)間4火災(zāi)工況分兩種方案進(jìn)行SES模擬分析，計(jì)算結(jié)果如表1所示。表1中可見，兩種方案均可滿足隧道區(qū)間火災(zāi)通風(fēng)要求，除區(qū)間4火災(zāi)工況外，方案二火災(zāi)區(qū)間風(fēng)速均大于方案一，通風(fēng)排煙效果更好。

另一方面，E站應(yīng)為三期工程預(yù)留條件，三期工程投入運(yùn)營時(shí)，站后區(qū)間為載客區(qū)間，應(yīng)根據(jù)車輛火災(zāi)位置，按照人員疏散與排煙方向相反的原則組織氣流，兩種方案均可滿足功能要求，采用方案二可利用本站后方車站的TVF風(fēng)機(jī)與本站TVF風(fēng)機(jī)及射流風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，通風(fēng)排煙效果更好。

綜上所述，方案一和方案二均可滿足火災(zāi)工況區(qū)間風(fēng)速要求。方案一需在停車線端部設(shè)置隧道通風(fēng)機(jī)房，建筑面積增大約200 m2，且需增設(shè)置兩臺TVF風(fēng)機(jī)；方案二射流風(fēng)機(jī)吊裝于軌行區(qū)頂部，減少土建規(guī)模，安裝方便，節(jié)省投資，同時(shí)，方案二火災(zāi)時(shí)需開啟的風(fēng)機(jī)總功率小，對供電網(wǎng)絡(luò)沖擊較小，且有利于三期工程開通后整條線路的通風(fēng)排煙，因此推薦采用方案二。

[1] Subway Environment Design Handbook,VolumeⅠ.Principles and Applications[Z].2002.

[2] 王靜偉.地鐵特殊配線車站的隧道通風(fēng)系統(tǒng)配置[J].應(yīng)用技術(shù),2016(1):12-14.

[3] GB 50157—2013,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] Subway Environment Deisign Handbook,VolumeⅡ.SES User’s Mannal[Z].2002.