不同軌排風(fēng)量對深埋地鐵隧道通風(fēng)熱環(huán)境的影響研究

盧昌憲 馮 煉 袁中原

不同軌排風(fēng)量對深埋地鐵隧道通風(fēng)熱環(huán)境的影響研究

盧昌憲 馮 煉 袁中原

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 成都 610031）

重慶地鐵由于山城地勢起伏高差較大，線路埋深較大，其隧道通風(fēng)系統(tǒng)有其自身特點(diǎn)，以重慶六號線為研究對象，研究深埋地鐵在不同運(yùn)行時(shí)期隧道熱環(huán)境，并對不同軌排風(fēng)量對深埋地鐵隧道熱環(huán)境的影響進(jìn)行研究，對不同運(yùn)行時(shí)期，合理控制軌排風(fēng)量的大小，在滿足地鐵通風(fēng)空調(diào)功能要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到節(jié)能的目的。

深埋地鐵；隧道通風(fēng)；軌排風(fēng)量

0 引言

隨著地鐵建設(shè)的迅速發(fā)展，地鐵環(huán)境控制問題愈來愈引起人們的關(guān)注。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的任務(wù)是控制和調(diào)節(jié)地鐵內(nèi)環(huán)境，保證地鐵內(nèi)空氣的溫濕度等在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，滿足人員的舒適性和設(shè)備的安全運(yùn)行要求。通風(fēng)空調(diào)的能耗占總能耗相當(dāng)大的比例（已經(jīng)達(dá)到50%左右[1]），嚴(yán)重影響著地鐵運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。因此通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能具有重要意義。

目前，由于國內(nèi)的深埋地鐵隧道比較罕見，只有重慶山城，地勢起伏高差交大，線路埋深大，風(fēng)井設(shè)置困難[2]，研究地鐵隧道通風(fēng)的很多，但都是針對埋深較淺，沒有研究過深埋地鐵隧道通風(fēng)效果。本文以重慶六號線為基礎(chǔ)，由于重慶六號線為深埋地鐵隧道，對于深埋地鐵隧道，由于活塞風(fēng)井較長，研究深埋地鐵對隧道內(nèi)空氣溫度的影響，本文通過建立六號線地鐵系統(tǒng)模型，研究了六號線在不同運(yùn)行時(shí)期的隧道熱環(huán)境，對不同時(shí)期不同軌排風(fēng)量對隧道熱環(huán)境的影響進(jìn)行研究，通過對軌排風(fēng)量對隧道熱環(huán)境影響的研究，得到不同運(yùn)行時(shí)期，合理控制軌排風(fēng)量的大小，在滿足地鐵通風(fēng)空調(diào)功能要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到節(jié)能的目的，成為必須研究的課題。

1 工程概況

重慶軌道交通六號線全長72.26km，有目前我國埋深最深的暗挖紅土地車站，另外光電園、黃泥磅站、金山寺站以及北碚站埋深均超過40m，車站均采用站臺設(shè)置屏蔽門的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用單活塞和雙活塞隧道通風(fēng)模式結(jié)合使用，軌行區(qū)排熱系統(tǒng)采用軌頂風(fēng)道和軌底風(fēng)道共同排熱的形式。

2 計(jì)算模型

模擬六號線軌道交通九站十區(qū)間的隧道空氣溫度分布，全長13821m，每個(gè)車站均設(shè)屏蔽門，依次為江北城站，五里店站，紅土地站，黃泥磅站，紅旗河溝站，花卉園站，大龍山站，冉家壩站，光電園站等。其中江北城站，五里店站，紅旗河溝站均為單活塞風(fēng)井，紅土地站，光電園站為雙活塞風(fēng)井，其余車站均為單雙活塞共用的車站。其中，紅土地站為深埋站，埋深53m，活塞風(fēng)井長度63m，下行線出站端設(shè)有停車線。九站十區(qū)間的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖如圖1所示。

3 數(shù)值模擬計(jì)算

3.1 不同軌排風(fēng)量對隧道熱環(huán)境的影響

在正常運(yùn)行工況下，地鐵隧道的最高溫度應(yīng)該出現(xiàn)在晚高峰時(shí)段，因?yàn)橥砀叻鍟r(shí)段室外溫度較高，客流量較大，而隧道內(nèi)空氣初始溫度因?yàn)榈罔F運(yùn)行時(shí)間長也相對較高，所以選取夏季晚高峰時(shí)段進(jìn)行模擬，模擬不同軌排風(fēng)量初期、近期和遠(yuǎn)期三個(gè)不同時(shí)期隧道熱環(huán)境的影響，其中，初期運(yùn)行發(fā)車對數(shù)為15對/h，軌排風(fēng)量為20m3/s，近期運(yùn)行發(fā)車對數(shù)為20對/h，軌排風(fēng)量為30m3/s，遠(yuǎn)期運(yùn)行發(fā)車對數(shù)為30對/h，軌排風(fēng)量為40m3/s，如圖2、圖3和圖4為初期、近期和遠(yuǎn)期不同運(yùn)行時(shí)期夏季晚高峰隧道空氣平均溫度分布。

圖2 初期夏季晚高峰時(shí)段隧道溫度分布

圖3 近期夏季晚高峰時(shí)段隧道溫度分布

圖4 遠(yuǎn)期夏季晚高峰時(shí)段隧道溫度分布

由圖2、圖3和圖4可以看出，隧道內(nèi)空氣的平均溫度，在每個(gè)車站的進(jìn)站端突然上升，主要是因?yàn)榱熊囋谲囌咎幹苿赢a(chǎn)生大量的熱，使車站軌行區(qū)的溫度急劇上升，在列車運(yùn)行的初期，列車的發(fā)車間隔較大，因此列車在隧道內(nèi)產(chǎn)生的熱量也較小，土壤和圍巖與隧道內(nèi)空氣的換熱較充分，因此，隧道內(nèi)的整體空氣溫度沿著列車運(yùn)行有緩慢的下降趨勢，在列車運(yùn)行的遠(yuǎn)期，發(fā)車對數(shù)較大，列車在隧道內(nèi)產(chǎn)生更多的熱量，隧道內(nèi)的空氣流向跟列車運(yùn)行的方向相同，因此，隧道內(nèi)的整體空氣溫度沿著列車運(yùn)行方向有緩慢的上升。在列車運(yùn)行的初期，整個(gè)隧道的最高溫度為32.4℃，出現(xiàn)在紅土地站的軌行區(qū)部分，近期運(yùn)行最高溫度出現(xiàn)在冉家壩站軌行區(qū)部分，最高溫度為35.4℃，遠(yuǎn)期運(yùn)行的最高溫度也出現(xiàn)在冉家壩站軌行區(qū)部分，最高溫度為37.9℃，在列車運(yùn)行的初、近和遠(yuǎn)期，隧道內(nèi)的空氣溫度均低于40℃，滿足隧道環(huán)境控制要求[3]。

3.2 不同軌排風(fēng)量對隧道熱環(huán)境的影響

在列車運(yùn)行的初、近和遠(yuǎn)期，隧道內(nèi)的空氣溫度均滿足隧道環(huán)境控制要求，在不同運(yùn)行時(shí)期，由于客流量是相對不變的，發(fā)車對數(shù)不變，因此，在滿足隧道環(huán)境控制要求的同時(shí)，可以考慮通過減小軌排風(fēng)量的大小達(dá)到節(jié)能的目的。模擬地鐵不同運(yùn)行時(shí)期，發(fā)車對數(shù)不變，不同軌排風(fēng)量隧道內(nèi)空氣平均溫度分布如圖4、圖5和圖6所示。

圖5 初期不同軌排風(fēng)量隧道空氣平均溫度分布

圖6 近期不同軌排風(fēng)量隧道空氣平均溫度分布

圖7 遠(yuǎn)期不同軌排風(fēng)量隧道空氣平均溫度分布

由圖5、圖6和圖7可以看出，在列車運(yùn)行的初期，關(guān)閉軌排風(fēng)機(jī)，隧道內(nèi)的最高溫度為33.1℃，出現(xiàn)在冉家壩站軌行區(qū)部分，在列車運(yùn)行的近期，關(guān)閉軌排風(fēng)機(jī)，隧道內(nèi)最高溫度為38.7℃，因此，在列車運(yùn)行的初期和近期，關(guān)閉車站軌排風(fēng)機(jī)，隧道內(nèi)空氣溫度低于40℃，滿足隧道環(huán)境控制要求，在列車運(yùn)行的遠(yuǎn)期，軌排風(fēng)量為10m3/s時(shí)，隧道內(nèi)空氣最高溫度為41.5℃，軌排風(fēng)量為20m3/s，隧道內(nèi)空氣最高溫度為39.5℃，滿足隧道環(huán)境控制要求，在同一段區(qū)間隧道，軌排風(fēng)量越大，區(qū)間隧道的空氣平均溫度越低，主要是因?yàn)檐壟棚L(fēng)量越大，排出系統(tǒng)中的熱量也越大，同時(shí)軌排風(fēng)量對活塞風(fēng)井的進(jìn)排風(fēng)量也有影響，為了研究不同軌排風(fēng)量對活塞風(fēng)井進(jìn)排風(fēng)量的影響，以標(biāo)準(zhǔn)站黃泥磅站作為研究對象，由于列車運(yùn)行遠(yuǎn)期，客流量較大，列車運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及人員等散發(fā)出大量的熱[4]，所以，對于遠(yuǎn)期諸多不利因素應(yīng)該對遠(yuǎn)期重點(diǎn)分析，模擬在列車運(yùn)行遠(yuǎn)期，不同軌排風(fēng)量，下行線區(qū)間隧道和活塞風(fēng)井的風(fēng)量情況，模擬結(jié)果如圖7、圖8、圖9和圖10所示。

圖8 遠(yuǎn)期軌排風(fēng)量為10m3/s時(shí)模擬結(jié)果（單位m3/s）

圖9 遠(yuǎn)期軌排風(fēng)量為20m3/s時(shí)模擬結(jié)果（單位m3/s）

圖10 遠(yuǎn)期軌排風(fēng)量為30m3/s時(shí)模擬結(jié)果（單位m3/s）

圖11 遠(yuǎn)期軌排風(fēng)量為40m3/s時(shí)模擬結(jié)果（單位m3/s）

如圖8～11所示，為列車運(yùn)行遠(yuǎn)期夏季晚高峰時(shí)段，車站軌排風(fēng)量為10、20、30和40m3/s四種不同的工況黃泥磅站區(qū)間隧道和活塞風(fēng)井風(fēng)量情況，由圖可見，不管是進(jìn)站端活塞風(fēng)井還是出站端活塞風(fēng)井，活塞風(fēng)井的進(jìn)風(fēng)量均隨軌排風(fēng)量的增加而變大，活塞風(fēng)井的排風(fēng)量均隨軌排風(fēng)量的增加而減小[5]，隧道內(nèi)的空氣流動方向與列車運(yùn)行的方向一樣，因此，軌排風(fēng)量越大，通過活塞風(fēng)井進(jìn)入隧道的室外新風(fēng)量也越大，對隧道內(nèi)空氣有很好的降溫效果。

4 結(jié)論

本文根據(jù)重慶軌道交通六號線特長隧道區(qū)間設(shè)計(jì)方案，利用SES軟件，建立深埋地鐵隧道通風(fēng)熱環(huán)境數(shù)值計(jì)算模型，對地鐵不同運(yùn)行時(shí)期隧道內(nèi)的熱環(huán)境進(jìn)行了模擬分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）在列車運(yùn)行的初、近和遠(yuǎn)期夏季晚高峰正常工況下，隧道內(nèi)的空氣平均溫度均低于40℃，滿足隧道環(huán)境控制要求。

（2）在列車運(yùn)行的初期和近期，關(guān)閉軌排風(fēng)機(jī)，隧道內(nèi)的空氣溫度可以滿足隧道環(huán)境控制要求，在列車運(yùn)行的遠(yuǎn)期，軌排風(fēng)量為20m3/s時(shí)，隧道內(nèi)的空氣溫度可以滿足隧道環(huán)境控制要求。

（3）車站軌排風(fēng)量越大，活塞風(fēng)井的進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)量越大，隧道內(nèi)的空氣平均溫度也越低。

[1] 李國慶.城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)多功能設(shè)備集成系統(tǒng)[J].暖通空調(diào),2009,39(5):31-32,141.

[2] 謝宣.地鐵深埋長隧道火災(zāi)通風(fēng)數(shù)值模擬研究[D].成都:西南交大碩士學(xué)位論文,2013.

[3] GB 50157—2013,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.

[4] 華正博.屏蔽門制式地鐵軌行區(qū)通風(fēng)模式研究[D].成都:西南交通大學(xué),2012.

[5] 閆春麗.屏蔽門系統(tǒng)雙活塞風(fēng)井通風(fēng)換熱特性研究[D].成都:西南交通大學(xué),2017.

Study on the Effect of Different Rail Drainage Volume on the Ventilation and Thermal Environment of Deep Underground Tunnel

Lu Changxian Feng Lian Yuan Zhongyuan

( School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031 )

Because of the relatively deep underground subway tunnels in China, only Chongqing has a large fluctuation and height difference, and the line is buried deep. This article takes Chongqing Line 6 as the research object to study the deep buried subway tunnel thermal environment during different operating periods. The influence of different rail exhaust volume on the deep buried subway tunnel thermal environment is studied, and the reasonable control of the rail exhaust volume during different operation periods is achieved to achieve the purpose of energy conservation on the basis of satisfying the requirements of the ventilation and air-conditioning function of the subway.

deep underground tunnel; tunnel ventilation; tunnel exhaust

U298.4

A

1671-6612（2019）03-228-04

盧昌憲（1993-），男，在讀碩士研究生，E-mail：740852515@qq.com

馮 煉（1964-），女，博士，教授，E-mail：lancyfeng90@163.com

2018-06-28