無活塞風亭地鐵車站隧道通風系統(tǒng)方案

王靜偉，羅燕萍

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無活塞風亭地鐵車站隧道通風系統(tǒng)方案

王靜偉，羅燕萍

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣州 510010）

針對周邊條件受限地鐵車站進行取消活塞風井分析研究，結合廣州某線路建立模型，利用SES程序對取消活塞風井車站前后區(qū)間正常、阻塞、火災工況及影響因素進行模擬計算分析。分析得出如果取消車站所有活塞風井，在車站配置兩臺軌排風機，且軌排風機風量不小于60 m3/s時，利用前后車站隧道風機和該站軌排風機組織氣流，正常、阻塞、火災工況的模擬計算結果均能滿足規(guī)范要求。實際應用時，需考慮線路客流對區(qū)間隧道溫度的影響，必要時需采取降溫措施。

地鐵車站；活塞風亭；影響因素；工況；模擬計算

隨著地鐵線網(wǎng)的加密以及城區(qū)土地綜合開發(fā)利用的發(fā)展，在已建成區(qū)域設置地鐵站，其通風空調系統(tǒng)室外設施（風亭）的布置受到了越來越多的限制，包括用地范圍、景觀要求、環(huán)境條件等。活塞風亭作為區(qū)間隧道對外換氣的通道，在功能上必不可少。一般車站兩端各設置兩個活塞風亭，當布置受到限制時，如何協(xié)調功能需求與邊界條件的矛盾，成為車站設計迫切需要解決的問題。

目前針對以上問題，行業(yè)內多采用把隧道通風系統(tǒng)由雙活塞改為單活塞，這種措施在一定程度上緩解了功能需求與邊界條件的矛盾，但對位于商業(yè)中心或市中心的車站來說，仍沒有徹底解決活塞風亭布置問題，本文就針對這種特殊車站取消活塞風亭的設置問題進行研究探討[1-7]。

1 系統(tǒng)方案

1.1 研究模型

本研究模型依托廣州某條線路進行模擬計算。該線路情況如下：

1）A型車、6輛編組，列車制動能量反饋效率85%，全高站臺門系統(tǒng)；

2）左線高峰小時最大斷面客流3.8萬人次，右線2萬人次，遠期行車對數(shù)30對；

3）有效站臺140 m，共設26座車站（1#~26#）；

4）本線路車站取消軌底風道，只設置軌頂風道，全線車站隧道排熱風機配置30 m3/s；

5）在車站、配線區(qū)采用矩形斷面，區(qū)間采用圓斷面；

6）活塞風井（4個）設于車站端頭，面積為16 m2，個別車站采用單活塞；

7）14和16車站采用雙活塞系統(tǒng)，車站兩端各配置兩臺隧道風機，風機參數(shù)：60 m3/s，900 Pa。

圖1 無活塞風亭車站隧道通風系統(tǒng)方案

1.2 隧道通風系統(tǒng)方案

取消15車站所有活塞風亭，系統(tǒng)方案見圖1，通過計算分析車站隧道的軌頂排風量、區(qū)間客流量等因素，研究其對區(qū)間隧道溫度、換氣量及事故工況的影響。

從圖1看出，系統(tǒng)方案保留了車站軌頂風道，同時增加左右線區(qū)間隧道的機械風閥，便于當車站前后區(qū)間發(fā)生事故工況時，利用車站軌排風機組織區(qū)間氣流。

2 計算分析

2.1 正常工況分析

2.1.1 溫度分析

算例1：取消15車站活塞風井，全線所有車站軌排風機風量30 m3/s，遠期晚高峰溫度曲線如圖2所示。從圖2可以看出右線13~15車站溫度超標，14車站隧道最高溫度達到41.1℃。

算例2：在算例1的基礎上，加大13~15車站軌排風機風量至40 m3/s，14車站隧道溫度由41.1℃降低至40.7℃。繼續(xù)加大13~15車站軌排風機風量至50 m3/s，其中14車站隧道溫度由40.7℃降低至40.4℃，仍超出溫度標準，降溫效果不明顯。

算例3：在算例2的基礎上，保持13~15 3座車站軌排風機風量40 m3/s，再考慮14車站左線隧道送冷量50 kW，進行模擬計算。遠期晚高峰溫度曲線圖如圖3所示，14車站隧道溫度由40.7℃降低至39.9℃，降溫效果明顯。

2.1.2 新風量分析

當15車站活塞風井關閉時，左右線前后區(qū)間的新風可通過前后車站（14車站和16車站）的活塞風井進行補充。

通過表1可以看出，當15站關閉活塞風井時，僅考慮14和16車站左右線活塞風井進入的新風量就可以滿足左右線區(qū)間隧道新風換氣次數(shù)要求[8]。但如果前后區(qū)間隧道過長，則新風換氣次數(shù)會減少，建議不設活塞風井車站前后區(qū)間總長不超過2.5 km。

圖2 左右線遠期晚高峰正常運行溫度曲線（無活塞、排風30 m3/s）

圖3 左右線遠期晚高峰正常運行溫度曲線（無活塞、車站隧道供冷）

表1 遠期14~16車站區(qū)間換氣次數(shù)

2.2 阻塞工況分析

由于左線客流大，區(qū)間溫度高，選取左線區(qū)間進行阻塞工況模擬。通過與行車專業(yè)溝通，最不利阻塞工況是14~16的3座車站都有列車因阻塞停在車站隧道的情況。

當15車站軌排風機排風量為40 m3/s，模擬計算停在16車站列車車頭溫度達到46.5℃，不滿足規(guī)范要求。在上述模擬計算的基礎上，將15車站的軌排風機風量提高到60 m3/s時，計算結果顯示3輛阻塞列車溫度均滿足規(guī)范要求，如圖4所示。

圖4 14～16車站區(qū)間最不利阻塞工況模擬計算結果

2.3 火災工況分析

由于15車站只配置了車站隧道排風設施，當需要車站送風時，需將14~16車站區(qū)間視為無中間風井的長區(qū)間處理。按以下5種情況處理，分別計算氣流組織情況。

算例1：火災列車?？吭?5車站，直接按車站隧道火災處理，并聯(lián)動大系統(tǒng)站臺火災模式，需核實站臺樓扶梯風速是否形成1.5 m/s風速，必要時可以加大系統(tǒng)站臺排煙風機排煙量。

算例2：當14~15車站區(qū)間車尾發(fā)生火災，從圖5可以看出區(qū)間可以形成2.24 m/s的風速，滿足地鐵設計規(guī)范要求。當14車站軌排風機風量加大到60 m3/s時，區(qū)間風速可以提高到2.42 m/s。

算例3：當15~16車站區(qū)間車頭發(fā)生火災，和算例2氣流組織類似，區(qū)間可以形成2.34 m/s的風速，滿足地鐵設計規(guī)范要求。

算例4：當15~16車站區(qū)間車尾發(fā)生火災，從圖6可以看出區(qū)間可以形成3.2 m/s的風速，滿足地鐵設計規(guī)范要求。

算例5：當14~15車站區(qū)間車頭發(fā)生火災，和算例4氣流組織類似。區(qū)間可以形成2.62 m/s的風速，滿足地鐵設計規(guī)范要求。

圖5 左線14～15車站區(qū)間車頭火災組織氣流

圖6 左線15～16車站區(qū)間車尾火災組織氣流

綜合上述模擬計算結果可知，如取消車站活塞風井，在車站配置軌排風機，且風機風量不小于60 m3/s時，阻塞、火災工況下氣流組織均能滿足地鐵設計規(guī)范要求[10]。但是正常運行時，如果線路客流過大，則該站及相鄰隧道溫度會較高，超出規(guī)范要求。

3 影響因素分析

根據(jù)上述研究可知，車輛正常運行時，如果線路客流過大，則該車站隧道溫度會較高，超出規(guī)范要求。下面模擬計算不同客流對區(qū)間隧道溫度的影響。

在算例2的基礎上，調整左線斷面客流，分別取3萬人次、2.5萬人次進行模擬，分析客流量變化對溫度的影響。從圖7可以看出，當斷面客流超過3萬人次時，關閉15車站活塞風井，前方車站的隧道區(qū)間溫度就會超標。

因此，對線路中需完全關閉一個車站活塞風井時，且該站前后車站均為雙活塞系統(tǒng)時，需控制高峰時刻斷面最大客流不要超過3萬人次。當超過3萬人次時，需考慮其他的溫度控制措施。

圖7 左線不同斷面客流下遠期晚高峰溫度曲線

4 結語

綜上所述，在溫度、新風量滿足規(guī)范要求的前提下，可以取消周邊條件受限車站的活塞風亭。當取消一座車站活塞風亭時，應注意下列問題：

1）當該車站的前后車站均為雙活塞系統(tǒng)、線路高峰小時斷面客流3萬人次以下，且本站及前后車站的排熱風量不小于40 m3/s時，取消活塞風井后可以正常運行，高峰小時隧道溫度可滿足地鐵設計規(guī)范要求。

2）如果超出以上條件導致溫度超標時，應考慮在超標車站預留降溫措施的實施條件。

3）當取消活塞風井車站的前后區(qū)間總長不超過2.5 km時，隧道的換氣數(shù)可滿足要求。

4）為滿足阻塞和火災工況氣流組織風速要求，無活塞風井車站兩端各需配置一臺車站軌排風機，該風機的風量建議不低于60 m3/s。

[1] 羅燕萍. 城市軌道交通工程隧道通風系統(tǒng)研究與優(yōu)化設計[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2013: 144-152.

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Technical code of urban rail transit: GB 50490—2009[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2009.

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Code for design of metro: GB50157—2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2014.

（編輯：王艷菊）

Discussion on the Tunnel Ventilation System Plan for the Cancelled Piston Air Shaft of a Subway Station

WANG Jingwei, LUO Yanping

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

In this study, the piston of the air shaft in a restricted subway station is cancelled. A model of a Guangzhou metro line is built through the simulation analysis of the normal/block/fire-operating models and the influencing factors of the front and back interval tunnels of the cancelled piston air shaft of a subway station. Subway Environment Simulation software was used for this purpose. If all the position air shafts of the subway station are cancelled, the station is equipped with two exhaust fans, and the airflow velocity at the exhaust blower is not less than 60 m3/s. Using the front and back station tunnel fans and the station exhaust fan to set the appropriate airflow, simulation results under normal blocking fire conditions can be obtained to meet the specification requirements. The effect of line passenger volume intensity on tunnel temperature should be considered for practical application, and cooling measures should be adopted if necessary.

subway station; the position air shaft; influencing factor; operating condition; simulation analysis

U231

A

1672-6073(2018)02-0108-05

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.02.018

2017-06-13

2017-08-10

王靜偉，女，高級工程師，從事暖通空調設計，33635321@qq.com