山地城市軌道交通隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文
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摘要：通過對重慶市軌道交通環(huán)線隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，結(jié)合山地城市地形地域的特征，綜合分析軌道交通制式區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重難點(diǎn)。針對深埋地下車站隧道風(fēng)機(jī)房布置、大斷面暗挖區(qū)間通風(fēng)量計(jì)算、地面及高架車站與隧道區(qū)間結(jié)合部位處理、隧道通風(fēng)及煙控模式等問題進(jìn)行梳理，歸納總結(jié)了山地城市軌道交通區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞：山地城市；城市軌道交通；隧道通風(fēng)；控制模式
引言
山地城市是指分布在山地、丘陵和崎嶇不平的高原等地形地域的城市，其城市形態(tài)、生態(tài)環(huán)境、氣候特征與平原城市不同。我國在建和已建軌道交通的山地城市有重慶、貴陽、南寧、烏魯木齊，其中“山城、霧都”重慶的建設(shè)規(guī)模最大，截至2017年底，重慶市軌道交通運(yùn)營線路總里程為264.3km，除已開通的2號、3號線為單軌系統(tǒng)，其余1號、5號、6號、10號線及后續(xù)在建線路均為地鐵系統(tǒng)。重慶市軌道交通環(huán)線工程（后文簡稱“環(huán)線”）全長50.8km，共設(shè)28座地下車站、3座高架車站、2座地面車站，其中地下段長度約45.8km，車站及區(qū)間軌面埋深為-25～-80m不等，采用6節(jié)編組As型車輛。全線由江河天塹（2次跨越長江，1次跨越嘉陵江）、高架區(qū)間、地面線區(qū)間、既有預(yù)留工程分隔為4段地下隧道。本文將結(jié)合環(huán)線地下車站及區(qū)間隧道特點(diǎn)，分析深埋車站隧道風(fēng)機(jī)房布置、大斷面暗挖區(qū)間通風(fēng)量計(jì)算、區(qū)間隧道與車站結(jié)合處的風(fēng)機(jī)設(shè)置、區(qū)間通風(fēng)及煙控模式等問題。
1深埋暗挖車站隧道風(fēng)機(jī)房布置
與常規(guī)淺埋式明挖車站不同，山地城市軌道交通地下車站及區(qū)間多采用暗挖法施工，具有埋深大、空間高、風(fēng)道長的特點(diǎn)。以環(huán)線某典型暗挖車站隧道風(fēng)機(jī)房為例（圖1），車站軌面埋深約-35m。隧道通風(fēng)采用雙活塞風(fēng)井方案[1]，為減小暗挖風(fēng)道的拱形斷面尺寸，車站兩端隧道風(fēng)機(jī)（TVF）風(fēng)機(jī)房上、下層布置分別對應(yīng)上、下行線區(qū)間隧道，通過中板的轉(zhuǎn)換風(fēng)閥實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的互為備用。對于設(shè)有存車線、聯(lián)絡(luò)線、單渡線、折返線等配線的車站，車站隧道風(fēng)機(jī)房及地面風(fēng)井應(yīng)靠近區(qū)間側(cè)設(shè)置（即配線與正線段之間）[3]，以避免上、下行線連通處的氣流短路。當(dāng)配線長度較長時(shí)，應(yīng)設(shè)置軌頂土建風(fēng)道橫向排煙。
2大斷面暗挖區(qū)間通風(fēng)量計(jì)算
根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）第28.4.12條、第28.4.15條規(guī)定：“區(qū)間隧道火災(zāi)的排煙量，應(yīng)按單洞區(qū)間隧道斷面的排煙流速不小于2m/s且高于計(jì)算的臨界風(fēng)速計(jì)算，但排煙流速不得大于11m/s”；“列車阻塞在區(qū)間隧道時(shí)的送排風(fēng)量，應(yīng)按區(qū)間隧道斷面風(fēng)速不小于2m/s計(jì)算，并應(yīng)按控制列車頂部最不利點(diǎn)的隧道溫度低于45℃校核確定，但風(fēng)速不得大于11m/s”。目前國內(nèi)大部分城市的隧道風(fēng)機(jī)采用風(fēng)量60～70m3/s的可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī)，經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算及運(yùn)營隧道實(shí)際測試，事故時(shí)開啟前后車站的隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行縱向通風(fēng)，區(qū)間風(fēng)速可達(dá)到2.0～3.0m/s，且能夠滿足防止煙氣回流的臨界風(fēng)速要求[4]。本工程帶配線地下車站的配線區(qū)段、單洞雙線（設(shè)中隔墻）區(qū)段，當(dāng)采用明挖、暗挖、TBM盾構(gòu)等不同工法時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)凈面積在30～160m2不等（表1）。設(shè)計(jì)時(shí)通過壓縮暗挖隧道面積、設(shè)置中隔墻等措施，單洞單線隧道凈通風(fēng)面積可縮小至40m2以下，但若選用常規(guī)風(fēng)量風(fēng)機(jī)，仍難以保證區(qū)間風(fēng)速。本文采用SES地鐵環(huán)境模擬計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)值分析，通過調(diào)整風(fēng)機(jī)計(jì)算風(fēng)量、啟動臺數(shù)（并聯(lián)送、排風(fēng)）等措施，確定隧道風(fēng)機(jī)選型風(fēng)量為77～83m3/s。而針對正線區(qū)間局部單洞雙線、出入場線四線大斷面等復(fù)雜斷面情況，增加射流風(fēng)機(jī)（壁龕側(cè)裝），可滿足事故工況下事故列車在線路最不利坡度的風(fēng)速要求。同時(shí)為保證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，對于帶聯(lián)絡(luò)線的區(qū)段，應(yīng)納入相鄰線路區(qū)間模型（圖2），正常運(yùn)行及事故工況時(shí)需考慮其產(chǎn)生的活塞風(fēng)對本線隧道內(nèi)氣流的影響。
3地面車站及洞口高架車站隧道通風(fēng)
由于線路縱向爬坡及山地城市地形因素，部分車站采用地面形式，即站廳地面一層、站臺地下一層，且站臺中心里程距離洞口僅200m，當(dāng)啟動TVF風(fēng)機(jī)時(shí)，靠近洞口的區(qū)間隧道阻力小、氣流量大，隧道內(nèi)阻力不平衡造成另一側(cè)區(qū)段風(fēng)量偏小。為解決氣流短路的問題，可在TVF風(fēng)機(jī)出口段設(shè)置噴嘴（圖3），通過提高送風(fēng)氣流流速，形成射流送風(fēng)，噴嘴的出口風(fēng)速≯7m/s，以避免造成過大的阻力損失。同時(shí)為保證地下區(qū)間及站臺公共區(qū)的溫度環(huán)境，仍需設(shè)置活塞通風(fēng)及軌頂排熱系統(tǒng)，但可酌情考慮單活塞風(fēng)井的方案[5]，以減少地面車站與周邊規(guī)劃用地協(xié)調(diào)問題。同時(shí)由于線站位的設(shè)置，個別高架車站與區(qū)間隧道洞口距離僅數(shù)十米甚至于緊貼洞口，正常運(yùn)行時(shí)的活塞風(fēng)廢氣、火災(zāi)工況下列車煙氣將直沖站臺，給候車乘客造成二次危害。故需在洞口設(shè)置機(jī)械/活塞風(fēng)機(jī)房，對區(qū)間活塞風(fēng)進(jìn)行泄壓，并在事故工況時(shí)啟動TVF風(fēng)機(jī)，將區(qū)間的煙氣間接排出地面（圖4）。
4區(qū)間隧道通風(fēng)及煙控模式
城市軌道交通隧道區(qū)間通風(fēng)主要分為日間運(yùn)營、夜間停運(yùn)、阻塞工況、火災(zāi)工況等情況，具體運(yùn)行模式如下。（1）日間正常運(yùn)營時(shí)，借助于列車活塞風(fēng)對區(qū)間進(jìn)行通風(fēng)換氣[6]。車站排熱風(fēng)機(jī)隨列車空調(diào)的開啟而季節(jié)性啟動，并根據(jù)區(qū)間溫度、CO2濃度、室外干球溫度和列車行車對數(shù)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。同時(shí)根據(jù)室內(nèi)外溫、濕度情況，充分利用山地深層土壤“冬季蓄熱、夏季蓄冷”的特性，間歇通風(fēng)以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行，并保證地下區(qū)間的空氣新鮮度。（2）夜間列車停運(yùn)時(shí)，為保證運(yùn)營檢修人員的工作環(huán)境，區(qū)間隧道風(fēng)保持開啟狀態(tài)（車站活塞風(fēng)閥開啟），車軌區(qū)排熱系統(tǒng)可關(guān)閉。可根據(jù)實(shí)際需求對檢修區(qū)段上、下行線隧道分別進(jìn)行單向送風(fēng)、單向排風(fēng)、并聯(lián)送風(fēng)、并聯(lián)排風(fēng)及隔站送排風(fēng)等模式控制。（3）當(dāng)列車阻塞在區(qū)間內(nèi)，根據(jù)中控室指令進(jìn)入阻塞通風(fēng)模式，分為單點(diǎn)阻塞及多點(diǎn)阻塞（多列車在不同區(qū)段連續(xù)阻塞，通常發(fā)生在高峰時(shí)段），啟動相應(yīng)區(qū)段風(fēng)機(jī)設(shè)備，向阻塞區(qū)段提供新風(fēng)，并保證該區(qū)段最高溫度不超過45℃。（4）當(dāng)列車停在正線區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)根據(jù)中控室指令確定乘客疏散方向后啟動相關(guān)排煙控?zé)熌Ｊ剑刂茻熈鞣较蚺c乘客疏散方向相反，并應(yīng)能防止煙氣逆流和進(jìn)入相鄰車站、區(qū)間[2，7]。當(dāng)列車在車站配線區(qū)發(fā)生火災(zāi)，開啟火災(zāi)側(cè)TVF風(fēng)機(jī)、OTE風(fēng)機(jī)及與之相連的配線排煙風(fēng)道和火災(zāi)側(cè)軌頂排熱風(fēng)道。考慮到深埋車站自然補(bǔ)風(fēng)阻力較大，需開啟公共區(qū)送風(fēng)系統(tǒng)對站廳機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。
5聯(lián)絡(luò)線區(qū)間的防排煙設(shè)計(jì)
本線為環(huán)線工程，分別與城市軌道交通4號、5號、10號線設(shè)有聯(lián)絡(luò)線，長度50～200m不等，且通常為兩線換乘節(jié)點(diǎn)車站（L型、平行換乘等），設(shè)計(jì)界面劃分由后建線路負(fù)責(zé)聯(lián)絡(luò)線區(qū)段的土建、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如前文所述，相鄰線路區(qū)間活塞風(fēng)對本線隧道內(nèi)氣流存在擾動，尤其當(dāng)正、負(fù)壓力疊加時(shí)，故隧道通風(fēng)計(jì)算時(shí)應(yīng)予以考慮。此外，當(dāng)聯(lián)絡(luò)線連接的隧道區(qū)間發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，為避免煙氣竄向相鄰線路，應(yīng)開啟聯(lián)絡(luò)線射流風(fēng)機(jī)（若有）反向通風(fēng)、抵御煙氣，或通過控制中心OCC聯(lián)動聯(lián)絡(luò)線相鄰車站的隧道風(fēng)機(jī)，使正常運(yùn)行的區(qū)間保持正壓狀態(tài)，也可確保事故隧道的排煙效果。
6結(jié)論
（1）由于山地地勢、線站位選址的關(guān)系，山地城市地鐵區(qū)間多由地下段、地面段、高架段等組成，隧道通風(fēng)系統(tǒng)“天然”地被分隔為多段不連續(xù)區(qū)間，有利于隧道內(nèi)余熱、余濕及廢氣的排放。（2）山地城市暗挖地下車站具有埋深大（-30～-60m）、風(fēng)道長（50～100m）的特點(diǎn)，隧道風(fēng)機(jī)房采用上下疊放的布置形式，可有效利用暗挖結(jié)構(gòu)斷面空間高度，節(jié)約土建工程投資。（3）靠近區(qū)間隧道洞口的地面車站，為避免洞口氣流短路對隧道通風(fēng)效果的影響，可在TVF風(fēng)機(jī)出口增加噴嘴裝置，以利于事故工況下的送風(fēng)氣流組織。（4）靠近區(qū)間隧道洞口的地面車站，為避免區(qū)間煙氣對車站的影響，應(yīng)在高架車站設(shè)置機(jī)械/活塞風(fēng)道及風(fēng)機(jī)房，正常運(yùn)營時(shí)對活塞風(fēng)泄壓，事故工況時(shí)排除隧道煙氣。（5）在車站級增加區(qū)間隧道單向送風(fēng)、單向排風(fēng)、并聯(lián)送風(fēng)、并聯(lián)排風(fēng)等模式，靈活控制隧道通風(fēng)及車站排熱系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際情況間歇開啟排熱風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)。在節(jié)約能源的同時(shí)，滿足日常運(yùn)營、事故狀態(tài)、調(diào)試檢修等情況下區(qū)間隧道環(huán)境的空氣質(zhì)量要求。
作者：張文斌 單位：上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院
