高密度行車隧道風(fēng)壓對站臺門運行的影響研究

劉沃鴻，張 存，卓雪城

（佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東 佛山 528299）

站臺門一般由固定門、滑動門、應(yīng)急門及端門組成?；瑒娱T在數(shù)量及位置上的設(shè)置應(yīng)與車輛門一一對應(yīng)，兩對滑動門之間的屏蔽結(jié)構(gòu)由固定門組成。端門設(shè)置在站臺兩端，與靠站臺而設(shè)的站臺門垂直接壤，與設(shè)備房外墻一并構(gòu)成一個全封閉的屏蔽系統(tǒng)。站臺門承受的風(fēng)壓主要由列車活塞效應(yīng)和車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)造成，其中列車活塞效應(yīng)造成的風(fēng)壓與列車數(shù)量、車型、車速、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)、車站站臺形式、軌道排風(fēng)機運行狀態(tài)、活塞風(fēng)機開啟狀態(tài)等因素有關(guān)[1]。隨著地鐵運營能力的提高，早晚高峰時段行車密度較高，部分站臺門在列車進出站過程中易出現(xiàn)無法關(guān)閉的情況，影響乘客的人身安全和地鐵的正常運營。

為了解決高密度行車時站臺門關(guān)門不暢的問題，需明確活塞效應(yīng)造成的隧道風(fēng)壓的分布規(guī)律。在工程上，目前多采用數(shù)值模擬分析計算高密度行車時隧道風(fēng)壓的分布規(guī)律，通過SES軟件、FLUENT軟件等數(shù)值模擬軟件建立車站區(qū)間簡化模型，模擬單活塞和雙活塞兩種工況下高密度行車時風(fēng)壓對站臺門產(chǎn)生的影響[2-3]。通過工況模擬發(fā)現(xiàn)，活塞風(fēng)井數(shù)量對隧道風(fēng)壓的影響較大，雙活塞系統(tǒng)的通風(fēng)效率優(yōu)于單活塞系統(tǒng)。為提高計算效率，建立模型時會對實際情況進行一定簡化，因此以上模型均未考慮相鄰區(qū)間隧道、軌道排風(fēng)機等因素對隧道風(fēng)壓的影響。

為進一步明確高密度行車對隧道風(fēng)壓的影響，文章以某地鐵站為研究對象，對不同工況下列車運行過程中車站隧道各點風(fēng)壓大小、變化情況進行監(jiān)測，對比平谷期與高峰期下不同運行工況對隧道風(fēng)壓的影響，探索針對既有線路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化運行模式，解決高密度行車時站臺門關(guān)門不暢的難題。

1 測試方案

1.1 測試對象及方法

該測試實驗選取某地鐵站下行線路為研究對象，在站臺及區(qū)間隧道兩端布置測試點，對列車運行時不同運行工況的隧道風(fēng)壓進行監(jiān)測。

1.2 測試方法

該車站每側(cè)站臺共6節(jié)車廂，每節(jié)車廂5個滑動門。由于高密度行車時出現(xiàn)關(guān)門不暢的站臺門主要分布在站臺兩端，結(jié)合現(xiàn)場安裝條件，站臺門共布置25個測點，均布置在下行線路站臺門上，具體情況如下：

（1）固定門處布置9個測點，均布置在軌行區(qū)側(cè)，其中1#測點布置在尾端司機立桿處，9#測點布置在首端司機立桿處；1#～9#測點全部布置于軌道側(cè)。（2）活動門上布置10個測點，均布置在站臺側(cè)，其中10#～12#測點布置站臺尾端第一節(jié)車廂的活動門上，13#～16#測點布置站臺中部步梯及自動扶梯附近的活動門處，17#～19#測點布置在站臺首端第一節(jié)車廂的活動門上。具體位置如圖1所示。（3）在軌行區(qū)風(fēng)道附近的站臺兩端的上下行線路共布置測點6個，其中上行線路3個、下行線路3個，20#、21#、22#、25#位于風(fēng)道的通風(fēng)口處，23#和24#測點位于風(fēng)洞通風(fēng)口附近的隧道空間處。

圖1 站臺門測點布置示意

在以上測試點安裝風(fēng)壓傳感器（精度為0.5%FS，量程為±500Pa），通過風(fēng)壓傳感器實時連續(xù)測量測試點的風(fēng)壓。傳感器末端連接2芯線纜進行供電和信號傳輸，傳感器采集數(shù)據(jù)先通過線纜輸出數(shù)據(jù)至CR1000數(shù)據(jù)采集儀，再傳輸至控制臺數(shù)據(jù)存儲和顯示終端。站臺門風(fēng)壓測試系統(tǒng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 站臺門風(fēng)壓測試系統(tǒng)拓撲圖

1.3 測試工況

為明確高密度行車對隧道風(fēng)壓及站臺門運行的影響，該測試試驗對行車高峰期不同通風(fēng)工況下從列車進站至出站時段的隧道風(fēng)壓進行監(jiān)測，同時采集平谷期對應(yīng)工況的隧道風(fēng)壓進行對比。進行監(jiān)測的工況從以下因素考慮：（1）左右線機械風(fēng)道連通狀態(tài)為不連通、單側(cè)連通和兩側(cè)連通；（2）活塞風(fēng)井情況為單活塞和雙活塞[4]；（3）軌道排風(fēng)機狀態(tài)為全開啟、全關(guān)閉、半開半閉。以上多種不同因素按兩兩配對的方式進行工況組合，以最終確定測試的工況，其中高峰期測試工況如圖3所示。

圖3 高峰期測試工況

2 測試結(jié)果分析

2.1 不同活塞工況數(shù)據(jù)分析

軌道排風(fēng)機開啟的情況下，分別針對相同時段進行不同測點、不同活塞狀態(tài)下數(shù)據(jù)分析，變化曲線如圖4所示。

圖4 高峰期和平谷期的各測點極大值與極小值

從圖4可以看出，在同一時刻、不同活塞通風(fēng)系統(tǒng)下，站臺門與軌行區(qū)各測點風(fēng)壓分布規(guī)律基本一致，主要表現(xiàn)為軌行區(qū)測點風(fēng)壓變化較大，站臺區(qū)的測點風(fēng)壓變化較小。軌行區(qū)站臺首尾兩端風(fēng)壓絕對值最大，其中司機立桿處（9#測點）的正壓最大，2#測點（進站端）負壓最大。高峰期9#和2#測點的隧道風(fēng)壓絕對值明顯大于平谷期，說明高密度行車時產(chǎn)生的隧道風(fēng)壓對站臺兩端站臺門影響較大。

2.2 軌道排風(fēng)機運行狀態(tài)對高峰期隧道風(fēng)壓的影響

為明確不同軌道排風(fēng)機運行狀態(tài)對高峰期隧道風(fēng)壓的影響，對不同軌道排風(fēng)機運行狀態(tài)下各區(qū)域的不同活塞工況風(fēng)壓分布進行分析。

行車密度較高時，在不同活塞工況下，站臺區(qū)風(fēng)壓分布規(guī)律基本一致，沿著行車方向，風(fēng)壓逐漸增大。對于單活塞系統(tǒng)雙側(cè)連通和雙活塞系統(tǒng)，軌道排風(fēng)機運行狀態(tài)對站臺區(qū)風(fēng)壓影響較小。

軌行區(qū)測點風(fēng)壓變化曲線圖如圖5所示。從圖5可以看出，行車密度較高時，在不同活塞工況下，軌行區(qū)列車車頭和車尾處風(fēng)壓明顯大于其他區(qū)域。軌道排風(fēng)機全開時，雙活塞雙側(cè)連通工況2#的負壓最大，但對于單活塞系統(tǒng)，軌道排風(fēng)機全開時2#的負壓極值小于軌道排風(fēng)機全關(guān)閉的工況，說明軌道排風(fēng)機的運行狀態(tài)應(yīng)結(jié)合具體活塞工況確定。

2.3 高峰期隧道風(fēng)壓變化趨勢

軌道排風(fēng)機全開時雙活塞雙側(cè)連通工況與單活塞雙側(cè)連通工況測點2#和9#的風(fēng)壓記錄如圖6所示。從圖7可以看出，單活塞雙側(cè)連通工況風(fēng)壓變化相對滯后，但兩種工況下測點的風(fēng)壓隨時間的變化趨勢基本一致。

3 結(jié)論

文章通過不同工況下的風(fēng)壓測試實驗，分析了站臺門站臺區(qū)和軌行區(qū)活塞效應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)壓分布規(guī)律，以及平谷期和高峰期不同運行模式對隧道風(fēng)壓的影響，得出以下結(jié)論：

圖5 軌行區(qū)測點風(fēng)壓變化曲線圖

圖6 高峰期雙活塞雙側(cè)連通、單活塞雙側(cè)連通工況

（1）不同工況下，站臺門站臺側(cè)及軌行區(qū)側(cè)風(fēng)壓分布規(guī)律基本一致，由于受列車進出站影響程度較大，軌行區(qū)風(fēng)壓大小及波動程度明顯大于站臺側(cè)。

（2）高峰期風(fēng)壓明顯高于平谷期，高峰期最大風(fēng)壓近220Pa，平谷期一般維持在80Pa以下。

（3）在列車進出站瞬間壓力大，但風(fēng)壓持續(xù)時間短，泄壓較快。

（4）軌行區(qū)進站端和出站端端部測點的風(fēng)壓的絕對值大于站臺中部，軌行區(qū)列車兩端位置承受正壓，列車車廂對應(yīng)區(qū)域站臺門承受負壓，設(shè)計站臺門時應(yīng)結(jié)合高峰期風(fēng)壓值，考慮適當加大站臺兩端滑動門的關(guān)門力。

（5）高密度行車時，單活塞雙側(cè)連通工況對站臺門軌行區(qū)側(cè)產(chǎn)生的風(fēng)壓影響最小，實際運行時可按照單活塞雙側(cè)連通工況設(shè)置風(fēng)閥的開啟狀態(tài)，減少活塞效應(yīng)對站臺門的影響。

（6）高密度行車時，在無法改變活塞風(fēng)井及風(fēng)路的情況下，可以通過調(diào)整軌排風(fēng)機的開啟數(shù)量，減少隧道風(fēng)壓對站臺門的影響，又能兼具節(jié)能的效果。