黃強(qiáng)

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

0 引言

隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的發(fā)展，長(zhǎng)大區(qū)間隧道越來(lái)越多。目前國(guó)內(nèi)類似工程案例數(shù)以百計(jì)，對(duì)于地鐵中間風(fēng)井的研究，多為面向中間風(fēng)井設(shè)置的必要性[1-3]的以及單活塞和雙活塞比選方面[4-5]的討論，未能結(jié)合規(guī)范和需求對(duì)地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)布置形式等進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化研究。

在相近的工法和邊界條件下，由于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)不同導(dǎo)致工程的規(guī)模、投資、使用維護(hù)便利程度等差別較大。筆者通過(guò)對(duì)比研究全國(guó)各地 60 多個(gè)中間風(fēng)井設(shè)計(jì)案例并進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合不同的工法和邊界條件得出六種優(yōu)化后的中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)布置形式，并闡述不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，為后續(xù)及類似工程提供設(shè)計(jì)參考。

1 設(shè)置原則及布置要求

1.1 設(shè)置原則

1）工藝要求（氣流組織順暢）放在第一位考慮。

2）占地少，基坑要盡量歸整，上下對(duì)齊，方便土建施工。

3）錯(cuò)位的樓梯通過(guò)封閉內(nèi)走道連通，形成錯(cuò)位的擴(kuò)大防煙樓梯間。

4）變電所盡量布置在軌行區(qū)層，附屬用房在滿足供配電要求前提下盡量簡(jiǎn)化，以便簡(jiǎn)化小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5）活塞風(fēng)井兼小系統(tǒng)排風(fēng)井，樓梯間加壓送風(fēng)井兼小系統(tǒng)新風(fēng)井，減少地面風(fēng)亭的數(shù)量，便于地面景觀設(shè)計(jì)。

6）風(fēng)機(jī)運(yùn)輸路徑設(shè)置風(fēng)機(jī)起吊梁，方便運(yùn)輸檢修。

1.2 布置要求

1）地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)具有活塞通風(fēng)和機(jī) 械通風(fēng)的功能。

2）活塞風(fēng)道面積16 m2，長(zhǎng)度≤40 m，彎頭≤3 個(gè)。機(jī)械風(fēng)道面積 10 m2，消聲器有效面積系數(shù) 50%，隧道風(fēng)機(jī)Q=60～80 m3/s，P=1000 Pa，直徑Φ2～2.3 m，風(fēng)機(jī)靜壓比＞70%，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)互為備用，也可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)一個(gè)區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)或排風(fēng)。

3）風(fēng)機(jī)的前后配置天圓地方和消音器，變徑管長(zhǎng)度不應(yīng)小于2 m，消聲器片間風(fēng)速≤6m/s，消聲器對(duì)內(nèi)的長(zhǎng)度不小于2 m，對(duì)外的長(zhǎng)度不小于3 m。

4）電動(dòng)組合風(fēng)閥的有效面積按 80%計(jì)，風(fēng)速≤ 8m/s，且不直接連接在消音器上。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保證兩臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)路盡量相似，避免相互影響，工藝圖優(yōu)化考慮將傳統(tǒng)7 風(fēng)閥方案（圖1）改為8 風(fēng)閥方案（圖2）或10 風(fēng)閥方案（圖3）。

圖1 典型方案（7 閥）

圖2 優(yōu)化方案（8 閥）

圖3 優(yōu)化方案（10 閥）

2 地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案

地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)布置形式，應(yīng)在滿足上述基本要求前提下，盡量結(jié)合總圖條件、施工工法、線路埋深、通風(fēng)工藝等，采用靈活多變的布置形式。以下結(jié)合幾種布置形式進(jìn)行具體分析。

2.1 單層風(fēng)道同側(cè)風(fēng)井布置（形式一）

線路位于道路中間，風(fēng)井需要在道路一側(cè)布置，隧道風(fēng)機(jī)布置在活塞風(fēng)道內(nèi)，垂直于線路（隧道）方向，活塞風(fēng)孔布置在隧道的頂部（圖4）。

圖4 單層風(fēng)道同側(cè)風(fēng)井優(yōu)化布置方案

風(fēng)井兼盾構(gòu)井，風(fēng)孔需避免與盾構(gòu)井孔沖突，基坑主體 19 m×42 m，上下對(duì)齊，除出地面樓梯間外掛，其余部分都在主體內(nèi)布置。采用8 風(fēng)閥系統(tǒng)，隧道頂部風(fēng)閥均按5 m×4 m 設(shè)計(jì)，互為備用，風(fēng)路互不干擾。附屬設(shè)備房布置在負(fù)二層，布置緊湊，便于小系統(tǒng)布置，小系統(tǒng)風(fēng)管基本無(wú)交叉，綜合管線簡(jiǎn)單。樓梯間加壓風(fēng)井兼送風(fēng)井，活塞風(fēng)井兼排風(fēng)井，不設(shè)專門的小新風(fēng)井，盡量簡(jiǎn)化小系統(tǒng)布置。

優(yōu)點(diǎn)：各種工況氣流組織順暢，特別是解決了兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)對(duì)一個(gè)隧道通風(fēng)時(shí)單風(fēng)閥局部阻力過(guò)大的問(wèn)題。另外，當(dāng)外溫過(guò)高（南方夏季）或過(guò)低（東北冬季）區(qū)間需要閉式運(yùn)行時(shí)，活塞風(fēng)道可兼迂回風(fēng)道使用。

缺點(diǎn)：風(fēng)道水平同側(cè)布置，寬度較大。

2.2 單層風(fēng)道兩側(cè)風(fēng)井布置（形式二）

線路位于道路中間，風(fēng)井在道路兩側(cè)設(shè)置（圖5）。此布置土建工程量最小，氣流組織最順。

圖5 單層風(fēng)道兩側(cè)風(fēng)井優(yōu)化布置方案

風(fēng)井兼盾構(gòu)井，風(fēng)孔需避免與盾構(gòu)井孔沖突，基坑 12.5 m×48 m，上下對(duì)齊。采用 10 風(fēng)閥系統(tǒng)，隧道頂部風(fēng)閥均按 3.5 m×3.5 m 設(shè)計(jì)，互為備用，風(fēng)路互不干擾。風(fēng)閥 DZ-3/4、DZ-5/6、DZ-7/8、DZ-9/10 為同步風(fēng) 閥。風(fēng)閥孔DZ-05/06 兼吊裝孔。附屬設(shè)備房布置在負(fù)二層外掛區(qū)域，便于小系統(tǒng)布置，小系統(tǒng)風(fēng)管基本無(wú)交叉，綜合管線簡(jiǎn)單。

優(yōu)點(diǎn)：每條活塞風(fēng)道均可做到最短布置，無(wú)論自然通風(fēng)還是機(jī)械通風(fēng)氣流都非常順暢，且互不干擾。

缺點(diǎn)：與形式一相比，不兼迂回風(fēng)道使用。需要設(shè)置兩組檢修/疏散樓梯。

2.3 單層風(fēng)道順線路布置（形式三）

線路位于道路中間較寬綠地內(nèi)或在地塊內(nèi)，風(fēng)井頂出設(shè)置（圖6）。

圖6 單層風(fēng)道順線路優(yōu)化布置方案

風(fēng)井兼盾構(gòu)井，風(fēng)孔需避免與盾構(gòu)井孔沖突，基坑30 m×21.6 m，上下對(duì)齊。采用 7 風(fēng)閥系統(tǒng)，兩隧道風(fēng)機(jī)同時(shí)對(duì)一個(gè)隧道送風(fēng)時(shí)氣流稍顯沖突。附屬設(shè)備房布置在兩區(qū)間隧道之間的區(qū)域，上下對(duì)應(yīng)，便于管線孔洞設(shè)置，上下聯(lián)系便捷，小系統(tǒng)管線無(wú)交叉，綜合管線簡(jiǎn)單。風(fēng)井采用敞口布置時(shí)，不能正對(duì)軌行區(qū)。

優(yōu)點(diǎn)：氣流組織順暢，機(jī)房面積最省，活塞風(fēng)路徑短，閥門少，設(shè)備安裝檢修方便?；钊L(fēng)道可兼迂回風(fēng)道使用。

缺點(diǎn)：與形式一相比，迂回風(fēng)道作用弱。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)對(duì)一個(gè)隧道通風(fēng)時(shí)的單風(fēng)閥的局部阻力過(guò)大。

2.4 雙層風(fēng)道風(fēng)井同側(cè)、隧道風(fēng)機(jī)同層布置（形式四）

線路在道路中間，風(fēng)井在道路一側(cè)設(shè)置，隧道風(fēng)機(jī)布置在活塞風(fēng)道內(nèi)，垂直于線路（隧道）方向。活塞風(fēng)孔直接布置在隧道的頂部（圖7）。

圖7 雙層風(fēng)道風(fēng)井同側(cè)布置（隧道風(fēng)機(jī)同層布置）方案

風(fēng)井兼盾構(gòu)井，負(fù)一、負(fù)二層為風(fēng)道層，負(fù)三層為軌行區(qū)。負(fù)一、負(fù)二層基坑凈尺寸為 14.5 m×44 m，負(fù)三層14.5 m×21.6 m。采用8 風(fēng)閥系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：氣流組織較順暢，布置緊湊。

缺點(diǎn)：變電所布置在負(fù)一層，需注意高壓進(jìn)線電纜井及變壓器運(yùn)輸路徑。

2.5 雙層風(fēng)道風(fēng)井同側(cè)、隧道風(fēng)機(jī)異層布置（形式五）

線路在道路中間，風(fēng)井在道路一側(cè)設(shè)置，隧道風(fēng)機(jī)布置在活塞風(fēng)道內(nèi)，垂直于線路（隧道）方向?；钊L(fēng)孔布置在隧道頂部（圖8）。

圖8 雙層風(fēng)道風(fēng)井同側(cè)布置（隧道風(fēng)機(jī)異層布置）方案

風(fēng)井兼盾構(gòu)井，負(fù)一、負(fù)二層為風(fēng)道層隧道風(fēng)機(jī)分層布置，負(fù)三層為軌行區(qū)。負(fù)一、負(fù)二層基坑凈尺寸為 17 m×59.9 m，負(fù)三層 17 m×26.9 m。采用的是 7 風(fēng)閥系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：氣流組織較順暢。變電所布置在負(fù)二層，便于小系統(tǒng)布置，小系統(tǒng)風(fēng)管基本無(wú)交叉，綜合管線布置緊湊。

缺點(diǎn)：與形式四相比，基坑規(guī)模大。

2.6 隧道風(fēng)機(jī)立式布置（形式六）

覆土較深時(shí)，風(fēng)井是否兼盾構(gòu)井會(huì)影響風(fēng)機(jī)布置及基坑深度。不兼盾構(gòu)井方案基坑最小深度約 25 m（圖 9），兼盾構(gòu)井方案基坑最小深度約 30 m（圖 10）?；悠矫娉叽缇?2 m×13 m 左右控制。

圖9 隧道風(fēng)機(jī)立式優(yōu)化布置（風(fēng)井兼盾構(gòu)井立式布置）方案

風(fēng)機(jī)立式安裝，采用7 風(fēng)閥系統(tǒng)，活塞風(fēng)路短。變電所布置在中間設(shè)備層，需注意高壓進(jìn)線電纜井及變壓器運(yùn)輸路徑。在滿足隧道通風(fēng)及消防疏散要求前提下，剩余的空間多，建議作為無(wú)人房間考慮且減少分隔，以簡(jiǎn)化小系統(tǒng)布置。風(fēng)機(jī)應(yīng)具備檢修及吊裝條件。各層設(shè)備（風(fēng)機(jī)、消聲器、風(fēng)閥）應(yīng)考慮設(shè)置中板便于安裝檢修。風(fēng)亭采用敞口形式時(shí)，風(fēng)井不能正對(duì)軌行區(qū)。為保證氣流順暢，建議人防封堵采用水平封堵。

優(yōu)點(diǎn)：可最大限度減少占地面積，各工況氣流組織順暢，TVF 風(fēng)機(jī)功率較小。

缺點(diǎn)：隧道風(fēng)機(jī)的檢修、安裝較常規(guī)水平布置困難，機(jī)房處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較常規(guī)布置復(fù)雜。

3 地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)布置形式的選擇

地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)布置形式的選擇，推薦如下：

1）當(dāng)風(fēng)井較淺，軌面埋深 15 m 以內(nèi)，無(wú)頂部直接出風(fēng)亭條件時(shí)，宜考慮單層風(fēng)道風(fēng)井同側(cè)或兩側(cè)布置方案，可參考形式一（圖4）和形式二（圖5）。當(dāng)有頂出風(fēng)井條件時(shí)，宜選用單層風(fēng)道順線路布置方案，可參考形式三（圖6）布置。

2）當(dāng)風(fēng)井較深，軌面埋深15～25 m 之間，宜選則風(fēng)道雙層布置方案，可參考形式四（圖7）和形式五（圖 8）布置。

3）當(dāng)軌面埋深25 m 以上，宜選用立式布置方案，形式六（圖 9 和圖10）布置。

圖10 隧道風(fēng)機(jī)立式優(yōu)化布置（風(fēng)井不兼盾構(gòu)井立式布置）方案

4 結(jié)語(yǔ)

除以上給出的六種優(yōu)化后地鐵中間風(fēng)井隧道通風(fēng)系統(tǒng)布置形式外，還有其它不同的布置形式，如單活塞雙TVF 布置形式等，由于篇幅有限，不再一一陳述，設(shè)計(jì)者可在滿足系統(tǒng)要求的前提下，結(jié)合車站的具體控制條件如總圖條件、施工工法、線路埋深、通風(fēng)工藝等要求因地制宜地，靈活選取。