羅燕萍 李林林 饒美婉

（廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，510010，廣州∥第一作者，高級工程師）

從隧道通風(fēng)的角度出發(fā)，在城市軌道交通地下站加設(shè)屏蔽門，可將區(qū)間隧道內(nèi)的熱環(huán)境與車站站臺內(nèi)的空調(diào)環(huán)境在物理上分隔開，將列車運行所產(chǎn)生的大量熱量和活塞風(fēng)對站臺公共區(qū)環(huán)境的影響程度降至最低；其隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計亦相對獨立于車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。

通常隧道通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計中會提供隧道內(nèi)的最大壓力，用以屏蔽門的強度設(shè)計。但根據(jù)廣州地鐵近年的運營經(jīng)驗，隨著行車對數(shù)的不斷加密，僅提供用以強度設(shè)計的風(fēng)壓已無法滿足實際的運營需要，當行車密度達到一定密度時，隧道的壓力變化將會影響屏蔽門的關(guān)門力。具體表現(xiàn)為：當車站后方區(qū)間有列車運行且靠近車站時，車站內(nèi)的屏蔽門關(guān)門受阻，導(dǎo)致停站列車無法按計劃發(fā)車，進而影響正常運營。

本文針對屏蔽門制式下隧道風(fēng)壓對屏蔽門關(guān)門力的影響，從活塞風(fēng)井設(shè)置的情況，對正常運行工況下隧道內(nèi)的壓力進行模擬計算分析；并結(jié)合列車位置分析了一種高密度行車時高峰運營工況下的隧道內(nèi)壓力分布及其對屏蔽門開關(guān)力的影響，同時給出了建議解決方案。

1 隧道壓力模擬計算模型

本文采用SES軟件、選取不帶配線的典型區(qū)間進行模擬計算分析。模擬計算節(jié)點圖見圖1。

模擬計算邊界條件：列車速度為80km／h，雙活塞系統(tǒng)風(fēng)井面積為16m2，單活塞系統(tǒng)風(fēng)井面積為25m2，該區(qū)間站間距為1187m。本模型中，活塞風(fēng)井距離車站有效站臺端頭按20m考慮，使風(fēng)井節(jié)點的壓力更接近有效站臺端頭處屏蔽門的壓力狀態(tài)。

單、雙活塞系統(tǒng)圖如圖2及圖3所示。

2 各工況隧道壓力模擬計算結(jié)果分析

工況一：正常運行工況，區(qū)間運行列車的前方車站無列車停靠。在該工況下，對單、雙活塞系統(tǒng)的隧道壓力進行模擬計算，結(jié)果如圖4所示?？梢?，雙活塞系統(tǒng)隧道內(nèi)壓力變化范圍為－216～94Pa，單活塞隧道內(nèi)壓力變化范圍為－275～98Pa。單活塞隧道較雙活塞隧道負壓增加60Pa。

工況二：高密度行車時高峰運行工況，站內(nèi)有車，且后方車站列車發(fā)車進入?yún)^(qū)間。當高峰時期加開小交路時，可能存在站內(nèi)有車且后方車站列車發(fā)車進入?yún)^(qū)間的情況。對此工況下隧道的壓力進行模擬計算。為了形成前方車站停車、后方區(qū)間行車的情況，模擬計算中車站1停站時間設(shè)置為10s。車站2停站時間設(shè)置為100s。各主要時刻列車位置見圖5和圖6。其中，圖6中列車1距車站2的距離為190m。計算結(jié)果如圖7所示。由圖7可見，工況二下雙活塞隧道內(nèi)的負壓最小至－405Pa，較工況一增加－189Pa；單活塞隧道內(nèi)的負壓最小至－546 Pa，較工況一增加－271Pa；工況二的情況發(fā)生時對車站隧道內(nèi)壓力變化影響較大，對單活塞系統(tǒng)的影響更大。

圖4 工況一下單、雙活塞系統(tǒng)隧道壓力計算結(jié)果

本文研究了單活塞系統(tǒng)在工況二時隧道內(nèi)壓力較高情況下的應(yīng)對方案。

圖5 時刻1列車位置

圖6 時刻2列車位置

圖7 站內(nèi)有車后車從后站發(fā)車工況計算結(jié)果

3 應(yīng)對方案

根據(jù)模擬結(jié)果，單活塞系統(tǒng)在工況二下隧道內(nèi)壓力超過500Pa。為緩解此壓力對屏蔽門的沖擊，在現(xiàn)有隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置形式不變的情況下，提出三種解決方案：開啟進站端隧道通風(fēng)系統(tǒng)左右線連通風(fēng)閥；開啟出站端隧道通風(fēng)系統(tǒng)左右線連通風(fēng)閥；開啟進、出站端隧道通風(fēng)系統(tǒng)左右線連通風(fēng)閥。三種方案均是將左右線連通，只是連通的位置及數(shù)量不同。其示意圖及計算結(jié)果如圖8～10所示。

根據(jù)圖11，進站端左右線連通時的壓力與不連通相當，偏差只有3Pa；出站端左右線連通時與進出站端左右線同時連通的壓力相當，較不連通情況分別降低了155Pa與132Pa。其中進出站端左右線同時連通的情況與雙活塞系統(tǒng)相當，壓力均在－400Pa以內(nèi)。

圖8 方案一（進站端連通）示意圖

圖11 三種方案的壓力計算結(jié)果

針對進站端左右線連通壓力變化緩解效果不明顯的情況，特別核查了計算過程中對側(cè)隧道的行車情況，發(fā)現(xiàn)對側(cè)站臺的列車正好從車站發(fā)出駛向下一車站。此過程中進站端風(fēng)井相當于對側(cè)隧道出站端風(fēng)井，由于出站的活塞作用較進站的強，對側(cè)隧道列車的運行影響了本側(cè)隧道的壓力，故對本側(cè)隧道的減壓作用不明顯。相比之下，列車出站運動對進站端活塞風(fēng)井的影響較弱，出站端左右線連通的效果較明顯。

由計算結(jié)果可見，采用連通左右線隧道作為壓力緩解措施效果明顯，但受對側(cè)隧道列車運行情況的影響較大。雖然對側(cè)列車的位置與運動狀態(tài)存在一定的不確定性，但一般不可能在同一座車站同時有兩列車分別進、出站，因此，對于單活塞系統(tǒng)，建議采用同時連通車站兩端活塞風(fēng)道的措施，以降低屏蔽門的背壓。

4 隧道內(nèi)風(fēng)壓對屏蔽門接口的影響

地下車站內(nèi)的風(fēng)壓是屏蔽門專業(yè)設(shè)計的主要參數(shù)，此外還包括門體強度和關(guān)門力的接口內(nèi)容。

1）門體結(jié)構(gòu)強度計算。在一定風(fēng)壓作用下，屏蔽門門體的變形量不應(yīng)大于10～15mm。此時，風(fēng)壓值一般以考慮列車全速越站的最不利工況并附加一定的安全余量計算確定。在6節(jié)編組的情況下，對于80km／h的最高運行速度，屏蔽門門體的承壓要求大多在1500～1800Pa。

2）門體結(jié)構(gòu)疲勞應(yīng)力計算。正常運營工況下，風(fēng)壓是屏蔽門門體結(jié)構(gòu)疲勞應(yīng)力計算的依據(jù)。此時，風(fēng)壓數(shù)值一般考慮正常運營情況下的風(fēng)壓值并附加一定的安全余量進行確定。在以往的設(shè)計中，并沒有對屏蔽門正常開／關(guān)過程中需承受的壓力提出明確要求，因此屏蔽門電機輸出力矩的設(shè)定僅考慮克服無風(fēng)壓（或風(fēng)壓很?。┣闆r下門體運行產(chǎn)生的摩擦力加關(guān)門力。CJJ 183—2012《城市軌道交通站臺屏蔽門系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定屏蔽門的關(guān)門力不大于150N。各廠家在實際設(shè)定中，單扇門的關(guān)門行程為1000mm，當滑動門在100～1000mm行程勻速運動時，關(guān)門力按照約100N設(shè)定；在100mm行程以內(nèi)時，為保證關(guān)門的平穩(wěn)性，關(guān)門力按照約60N設(shè)定。

當列車高密度運行時，如后方區(qū)間有列車運行靠近，個別屏蔽門（尤其是靠近列車尾部端頭處）承受的滑動摩擦力急劇增加，超出了原設(shè)定的關(guān)門力（特別是滑動門行程在100mm范圍內(nèi)），導(dǎo)致屏蔽門無法正常關(guān)閉，列車不能按時發(fā)車而引起阻塞。

因此，在對屏蔽門整體結(jié)構(gòu)提出最大承壓接口要求的同時，補充對屏蔽門在正常開關(guān)過程中的承壓接口要求。通過上述計算分析，在采取一定措施的情況下，可將屏蔽門的計算承壓值控制在400Pa以內(nèi)?？紤]到風(fēng)壓隨著列車位置的不同而不同，對于計算結(jié)果還需考慮1.1～1.2倍的安全系數(shù)，因此風(fēng)壓值可控制在450～490Pa之間。為此，建議對屏蔽門的承壓要求設(shè)為±500Pa，并關(guān)注以下2個問題：

（1）屏蔽門設(shè)計。當500Pa的風(fēng)壓作用在屏蔽門滑動門上時，對現(xiàn)有的屏蔽門裝置而言，增加了下部導(dǎo)軌的摩擦力；若滑動摩擦系數(shù)按0.15考慮，則相當于增加了約160N的摩擦力。由于風(fēng)壓并不是恒定值，故額外增加的0～160N是變化摩擦力。為保證屏蔽門關(guān)閉且鎖緊，同時不夾傷乘客，設(shè)計時可通過改變屏蔽門運行結(jié)構(gòu)來降低摩擦系數(shù)，弱化風(fēng)壓變化對摩擦力的影響；或者在現(xiàn)有運行結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過控制系統(tǒng)來判斷摩擦力的變化，進而控制電機的輸出力。

（2）隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計。雖然±500Pa為隧道通風(fēng)系統(tǒng)在一定設(shè)計條件下的可控范圍，但當列車速度超過100km／h，或者活塞風(fēng)井設(shè)置位置遠離車站有效站臺端頭時，隧道通風(fēng)系統(tǒng)還應(yīng)根據(jù)工程具體情況進行詳細計算，采取其它壓力緩解措施，或與屏蔽門專業(yè)協(xié)調(diào)承壓標準。

5 結(jié)語

綜上，活塞風(fēng)井數(shù)量對隧道壓力影響較大，當行車密度加大時，可能會出現(xiàn)站內(nèi)有車?？?，后方區(qū)間有車運行的情況。在此工況下，隧道內(nèi)壓力變化較大，尤其是單活塞系統(tǒng)，最小瞬時壓力將超過－500 Pa，影響車站屏蔽門的正常關(guān)閉，進而影響全線的列車運營。此時可考慮同時連通進、出站端左右線隧道進行緩解。

對于車站隧道的壓力控制而言，隧道通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)盡量采用雙活塞系統(tǒng)并使風(fēng)井盡量靠近有效端頭布置；同時，需向屏蔽門專業(yè)提供隧道內(nèi)正常運行工況的壓力情況，明確屏蔽門正常開關(guān)門過程中的背壓要求，保證高密度行車時屏蔽門關(guān)門力的有效設(shè)置，提高正常運營的安全性。

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