任俊

(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院,上海 200235)

1 引言

隧道通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，合理的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)于控制車(chē)站規(guī)模、節(jié)約設(shè)備成本以及提高系統(tǒng)安全性起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)結(jié)合上海市軌道交通18號(hào)線，對(duì)正線區(qū)間設(shè)計(jì)、配線區(qū)間設(shè)計(jì)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)模擬計(jì)算等方面進(jìn)行介紹分析。

2 工程概述

上海市軌道交通18號(hào)線一期工程線路全長(zhǎng)約36.03km，共26座車(chē)站（11個(gè)換乘站），均為地下站，平均站間距為1 385.77m。設(shè)一座車(chē)輛基地，與11號(hào)線共用羅山路主變。長(zhǎng)江南路站為一期終點(diǎn)站，遠(yuǎn)期將延伸至場(chǎng)北路站。

3 隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 室外空氣計(jì)算參數(shù)

在計(jì)算隧道通風(fēng)風(fēng)量時(shí)，室外空氣計(jì)算溫度應(yīng)符合以下規(guī)定：夏季應(yīng)為近20a最熱月月平均溫度的平均值；冬季應(yīng)為近20a最冷月月平均溫度的平均值[1]。

上海地區(qū)室外空氣計(jì)算參數(shù)如下：

夏季通風(fēng)室外空氣計(jì)算干球溫度：31.2℃；冬季通風(fēng)室外空氣計(jì)算干球溫度：4.9℃。

3.2 隧道內(nèi)空氣參數(shù)

區(qū)間隧道內(nèi)空氣夏季的最高溫度應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）列車(chē)車(chē)廂不設(shè)空調(diào)時(shí)，不得高于33℃；

2）列車(chē)車(chē)廂設(shè)置空調(diào)，車(chē)站不設(shè)置全封閉站臺(tái)門(mén)時(shí)，不得高于35℃；

3）列車(chē)車(chē)廂設(shè)置空調(diào)，車(chē)站設(shè)置全封閉站臺(tái)門(mén)時(shí)，不得高于40℃。

上海18號(hào)線列車(chē)車(chē)廂設(shè)置空調(diào)，并且車(chē)站設(shè)置全封閉站臺(tái)門(mén)。因此，隧道內(nèi)空氣參數(shù)如下：正常運(yùn)行工況，夏季最熱月日最高平均溫度≤40℃；阻塞運(yùn)行工況，列車(chē)周?chē)諝鉁囟取?0℃，列車(chē)頂部最不利點(diǎn)溫度≤45℃。

3.3 事故通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

列車(chē)阻塞和火災(zāi)時(shí)，隧道斷面風(fēng)速應(yīng)≥2m/s，但不得大于11m/s。同時(shí)，列車(chē)火災(zāi)時(shí)，隧道內(nèi)風(fēng)速不得低于防止煙氣逆流的臨界風(fēng)速。

火災(zāi)事故按區(qū)間、站廳和站臺(tái)同一時(shí)間只有1處發(fā)生考慮。區(qū)間火災(zāi)時(shí)，兩風(fēng)井間按僅1列車(chē)滯留考慮。

4 正線區(qū)間設(shè)計(jì)方案

區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)分為活塞通風(fēng)系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，主要由活塞/機(jī)械通風(fēng)井（道）、大型組合式風(fēng)閥、事故通風(fēng)機(jī)、消聲器、射流風(fēng)機(jī)等部件組合而成。

正線區(qū)間設(shè)計(jì)中，主要解決2個(gè)問(wèn)題：

1)活塞風(fēng)系統(tǒng)形式的確定。地下車(chē)站原則上選用雙活塞系統(tǒng)，即兩端上、下行線各設(shè)一座活塞/機(jī)械風(fēng)井，活塞風(fēng)通過(guò)活塞風(fēng)道和風(fēng)井與地面相通。

在條件不足的情況下可以選擇單活塞風(fēng)系統(tǒng)，如本線民生路站兩端、江浦路站大里程端，因受地面條件限制，上、下行線合并設(shè)1座活塞/機(jī)械風(fēng)井，合并后的活塞風(fēng)井通風(fēng)凈面積≥25m2。但是，單活塞系統(tǒng)的通風(fēng)效果要差于雙活塞系統(tǒng)。

2)中間風(fēng)井的設(shè)置。當(dāng)兩相鄰間列車(chē)運(yùn)行時(shí)間＞列車(chē)運(yùn)行間隔時(shí)，區(qū)間應(yīng)設(shè)中間風(fēng)井，設(shè)置的位置位于區(qū)間長(zhǎng)度1/3～2/3范圍內(nèi)。

本工程下鹽路站～沈梅路站、滬南公路站～御橋路站、龍陽(yáng)路站～迎春路站區(qū)間的站中心間距分別為2 338m、3 059m、2 275m，高峰列車(chē)運(yùn)行對(duì)數(shù)均為28對(duì)/h。根據(jù)行車(chē)組織專(zhuān)業(yè)提供的各區(qū)間列車(chē)運(yùn)行時(shí)間，站間上/下行設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間分別為140s/141s、176s/182s、132s/131s。上述 3個(gè)長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)各設(shè) 1座中間風(fēng)井，確保事故時(shí)，兩相鄰區(qū)間風(fēng)井之間只有1列車(chē)滯留。風(fēng)井內(nèi)設(shè)置活塞與事故通風(fēng)系統(tǒng)。中間風(fēng)井設(shè)置里程分別為 CK5+650.000、CK12+900.000、CK21+151.000。

5 配線區(qū)間設(shè)計(jì)方案

地鐵車(chē)站區(qū)間中，一般設(shè)有存車(chē)線、聯(lián)絡(luò)線、折返線等配線，多結(jié)合車(chē)站設(shè)計(jì)，在車(chē)站主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)。含配線車(chē)站的隧道通風(fēng)系統(tǒng)是整個(gè)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。據(jù)筆者了解，目前國(guó)內(nèi)各家設(shè)計(jì)院就配線部分的設(shè)計(jì)分為2種：方案一是將配線段大斷面放在車(chē)站區(qū)間中，通過(guò)設(shè)置專(zhuān)用軌道上部排煙風(fēng)道，由附近的TVF風(fēng)機(jī)或UOF風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)該區(qū)域排煙，并合理設(shè)置隧道風(fēng)機(jī)TVF容量，滿足區(qū)間內(nèi)風(fēng)量要求，如圖1所示；方案二是將活塞/機(jī)械孔洞設(shè)置在站端，大斷面處通過(guò)設(shè)置射流風(fēng)機(jī)用于輔助組織氣流，滿足2～11m/s的要求，如圖2所示。

圖1 典型帶配線車(chē)站設(shè)計(jì)方案一

圖2 典型帶配線車(chē)站設(shè)計(jì)方案二

筆者認(rèn)為，2種方案均能滿足規(guī)范要求。但因?yàn)閰^(qū)間內(nèi)射流風(fēng)機(jī)日常檢修極度不方便，因此，在本線配線區(qū)間設(shè)計(jì)方案的選取中，采用通過(guò)合理設(shè)置隧道通風(fēng)機(jī)房位置及設(shè)備配置，盡量減少射流風(fēng)機(jī)的設(shè)置，在峒口等氣流組織困難處設(shè)置的射流風(fēng)機(jī)采用壁龕式安裝，用于輔助組織氣流的方案，本線僅在出入段線及聯(lián)絡(luò)線處設(shè)置射流風(fēng)機(jī)。

6 隧道通風(fēng)系統(tǒng)模擬計(jì)算分析

本工程利用地下鐵環(huán)境模擬程序Subway Environment Simulation (簡(jiǎn)稱(chēng)SES)進(jìn)行全線的隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。分別就正常工況、阻塞工況及火災(zāi)工況對(duì)區(qū)間隧道內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行模擬計(jì)算分析。

根據(jù)18號(hào)線一期工程線路、地下車(chē)站布置、客流和行車(chē)組織等資料，建立計(jì)算模型，對(duì)區(qū)間溫度、通風(fēng)量和設(shè)備容量進(jìn)行模擬計(jì)算。

6.1 正常運(yùn)行工況模擬

地鐵系統(tǒng)正常工況時(shí)，開(kāi)啟車(chē)站排熱風(fēng)機(jī)，并開(kāi)啟全部活塞風(fēng)通道。充分利用列車(chē)行駛產(chǎn)生的活塞風(fēng)對(duì)區(qū)間隧道進(jìn)行通風(fēng)換氣，控制區(qū)間內(nèi)的溫度、風(fēng)速、風(fēng)壓等。

列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，各區(qū)間上、下行線隧道內(nèi)空氣平均溫度如圖3所示。

從圖3中可以看出，區(qū)間內(nèi)溫度呈現(xiàn)兩端溫度低中間溫度高，這是因?yàn)榫€路中部處于市中心位置客流較大，區(qū)間內(nèi)散熱量也就比較大，模擬結(jié)果與現(xiàn)實(shí)吻合。根據(jù)全線隧道區(qū)間的正常運(yùn)行通風(fēng)模擬結(jié)果顯示，區(qū)間內(nèi)的溫度均不超過(guò)40℃，最高為39.3℃。

圖3 遠(yuǎn)期晚高峰區(qū)間隧道溫度曲線

6.2 阻塞工況模擬

當(dāng)列車(chē)因故障或其他原因停留在區(qū)間隧道內(nèi)，且停車(chē)超過(guò)一定時(shí)間后，行相應(yīng)的阻塞模式，由列車(chē)后方的隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行送風(fēng)，列車(chē)前方的隧道風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)，使區(qū)間隧道平均溫度不得高于40℃，并滿足阻塞區(qū)間不小于2m/s的縱向風(fēng)速，保證阻塞列車(chē)的空調(diào)冷凝器正常工作及維持車(chē)內(nèi)乘客可接受的熱環(huán)境。

以周浦站～滬南公路站（含站后存車(chē)線）列車(chē)阻塞工況為例，介紹阻塞工況模擬分析情況。如圖4所示，當(dāng)列車(chē)因故阻塞于周浦站～滬南公路站上行線存車(chē)段區(qū)間（不利工況）。此時(shí)開(kāi)啟滬南公路站兩端各2臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)并聯(lián)分別對(duì)上行線區(qū)間排風(fēng)，關(guān)閉下行線活塞風(fēng)閥，運(yùn)行該站2臺(tái)排熱風(fēng)機(jī)；開(kāi)啟周浦站上行線兩端的TVF風(fēng)機(jī)輔助往區(qū)間送風(fēng)，關(guān)閉下行活塞風(fēng)閥，并關(guān)閉排熱風(fēng)機(jī)；同時(shí)，需運(yùn)行前方中間風(fēng)井內(nèi)2臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)并聯(lián)對(duì)上行線區(qū)間排風(fēng)。模擬線結(jié)果顯示：列車(chē)周?chē)罡邷囟?4.9℃，阻塞段風(fēng)速為2.33m/s，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 周浦站～滬南公路站上行線區(qū)間阻塞工況

6.3 火災(zāi)工況模擬

列車(chē)在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，首先要盡一切努力將列車(chē)行駛到達(dá)前方最近車(chē)站，打開(kāi)全封閉站臺(tái)門(mén)，使人員從站臺(tái)疏散，開(kāi)啟車(chē)站4臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)和站內(nèi)2臺(tái)排熱風(fēng)機(jī)，同時(shí)運(yùn)行對(duì)事故軌行區(qū)進(jìn)行排煙，即按軌行區(qū)火災(zāi)模式運(yùn)行。

若火災(zāi)列車(chē)由于失去動(dòng)力等原因，不得不停留在區(qū)間隧道內(nèi)時(shí)，則根據(jù)乘客疏散方向選擇縱向排煙方向，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)運(yùn)行模式，開(kāi)啟火災(zāi)區(qū)間相鄰兩端車(chē)站或風(fēng)井相關(guān)的隧道風(fēng)機(jī)，對(duì)火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行排煙和補(bǔ)風(fēng)，使氣流方向與人員疏散方向相逆，使人員總是處于新風(fēng)區(qū)，有效地排煙和引導(dǎo)乘客疏散。

列車(chē)在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，縱向通風(fēng)風(fēng)速必須大于防止煙氣逆流的臨界風(fēng)速，并形成一定的引導(dǎo)乘客疏散的迎面風(fēng)速。區(qū)間隧道內(nèi)氣流速度控制在2～11m/s范圍內(nèi)，以保證及時(shí)排除煙氣，引導(dǎo)乘客安全迅速地撤離。

以周浦站～滬南公路站（含站后存車(chē)線）列車(chē)火災(zāi)工況為例，介紹火災(zāi)工況模擬分析情況。如圖5所示，當(dāng)列車(chē)因故于周浦站～滬南公路站上行線存車(chē)段區(qū)間（不利工況）靠近車(chē)頭發(fā)生火災(zāi)工況時(shí)，乘客向周浦站方向疏散。此時(shí)開(kāi)啟滬南公路站兩端各2臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)并聯(lián)分別對(duì)上行線區(qū)間排煙，關(guān)閉下行線活塞風(fēng)閥，運(yùn)行該站2臺(tái)排熱風(fēng)機(jī)；開(kāi)啟周浦站上、下行線兩端的全部4臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)分別輔助往區(qū)間送風(fēng)，并關(guān)閉排熱風(fēng)機(jī)；同時(shí)，需運(yùn)行前方中間風(fēng)井內(nèi)2臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)并聯(lián)對(duì)上行線區(qū)間排風(fēng)。模擬結(jié)果顯示：列車(chē)周?chē)鸁煔庾罡邷囟?80K，事故段風(fēng)速為2.09m/s，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 周浦站～滬南公路站上行線區(qū)間車(chē)頭火災(zāi)工況

如圖6所示，當(dāng)列車(chē)因故于周浦站～滬南公路站上行線存車(chē)段區(qū)間（不利工況）靠近車(chē)尾發(fā)生火災(zāi)工況時(shí)，乘客向滬南公路站方向疏散。此時(shí)開(kāi)啟周浦站兩端各2臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)并聯(lián)分別對(duì)上行線區(qū)間排煙，關(guān)閉下行線活塞風(fēng)閥，運(yùn)行該站2臺(tái)排熱風(fēng)機(jī)；開(kāi)啟滬南公路站上、下行線兩端的全部4臺(tái)TVF風(fēng)機(jī)分別輔助往區(qū)間送風(fēng)，并關(guān)閉排熱風(fēng)機(jī)。模擬結(jié)果顯示：列車(chē)周?chē)鸁煔庾罡邷囟?78K，事故段風(fēng)速為2.17m/s，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 周浦站～滬南公路站上行線區(qū)間車(chē)尾火災(zāi)工況

7 結(jié)語(yǔ)

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的發(fā)展，地下線路日益增多，隧道通風(fēng)系統(tǒng)作為環(huán)控設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的部分，其設(shè)計(jì)的合理性、安全可靠性將顯得尤為重要。筆者認(rèn)為，除非是在出入場(chǎng)線、聯(lián)絡(luò)線、以及出洞口等地方必須設(shè)射流風(fēng)機(jī)外，其他存車(chē)線、渡線等位置應(yīng)盡量減少設(shè)置，通過(guò)合理設(shè)置隧道通風(fēng)機(jī)房位置及設(shè)備配置來(lái)滿足隧道內(nèi)氣流組織要求。