李福增,陳永江
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)
昆明軌道交通工程既有及在建線路均采用不封閉高站臺門(全高安全門)制式,車站公共區(qū)環(huán)境控制以通風(fēng)系統(tǒng)為主。對于車站站臺公共區(qū)及軌行區(qū)排煙系統(tǒng)設(shè)置主要為兩種方式:一是單獨(dú)設(shè)置車站隧道排熱風(fēng)機(jī)(TEF)兼用于軌行區(qū)排煙,設(shè)置軌頂風(fēng)道作為軌行區(qū)排煙風(fēng)道,站臺公共區(qū)單獨(dú)設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)及排煙風(fēng)管;二是不單獨(dú)設(shè)置排熱風(fēng)機(jī),采用區(qū)間隧道風(fēng)機(jī) (TVF),兼作車站隧道排熱風(fēng)機(jī)(TEF),分別連接軌頂風(fēng)道及站臺公共區(qū)排煙風(fēng)管,通過轉(zhuǎn)換風(fēng)閥負(fù)擔(dān)火災(zāi)工況的軌行區(qū)及站臺公共區(qū)的排煙。但對于安全門制式的地下車站,站臺公共區(qū)與軌行區(qū)無任何物理隔斷,無法阻止煙氣的蔓延,所以此類型地下車站軌行區(qū)理應(yīng)納入站臺公共區(qū)統(tǒng)籌考慮排煙系統(tǒng)。
根據(jù)昆明既有線路冷熱煙測試的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),在站臺公共區(qū)排煙工況下,區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)揮主要的控?zé)熥饔茫囌舅淼琅艧嵯到y(tǒng)用于排煙時,受土建風(fēng)道氣密性差漏風(fēng)嚴(yán)重、風(fēng)口風(fēng)量無法平衡等因素影響,無法滿足就近排煙設(shè)計的初衷,同時對于此類不封閉站臺門制式的站臺開敞式大空間,軌頂風(fēng)道還占據(jù)了有效的儲煙空間。故筆者意在通過昆明地區(qū)既有線車站的現(xiàn)場測試,驗(yàn)證在典型車站有效站臺范圍及軌行區(qū)火災(zāi)工況下,利用區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)配合站臺公共區(qū)排煙系統(tǒng)能否有效解決此類開敞式站臺公共區(qū)的排煙,從而優(yōu)化車站站臺公共區(qū)排煙系統(tǒng)的配置。在《地鐵車站段隧道(半)橫向通風(fēng)系統(tǒng)方案溯源及適用性研究》[1]中,對取消車站隧道排熱系統(tǒng)后的車站段隧道排熱已有充分的論述,筆者僅針對替代車站隧道排熱系統(tǒng)的排煙功能進(jìn)行試驗(yàn)研究。
結(jié)合昆明地區(qū)軌道交通工程的具體情況,選取本地通用制式的站點(diǎn)進(jìn)行列車火災(zāi)工況下的現(xiàn)場實(shí)測,以驗(yàn)證關(guān)閉車站隧道排熱通風(fēng)系統(tǒng)后,采用隧道風(fēng)機(jī)(TVF)負(fù)擔(dān)軌行區(qū)排煙及站臺公共區(qū)輔助排煙是否現(xiàn)實(shí)。昆明地區(qū)軌道交通工程的城區(qū)線網(wǎng)均采用6B 車輛編組,車站站臺公共區(qū)的長度大致相當(dāng),故選取昆明地區(qū)既有運(yùn)營軌道交通工程的典型車站進(jìn)行排煙試驗(yàn)研究。
典型車站選定為雙停車線配線形式,車站兩端區(qū)間隧道機(jī)械風(fēng)口之間距離為:上行線455 m,下行線455 m。車站原設(shè)計采用單活塞通風(fēng)模式,車站A 設(shè)置2 臺隧道風(fēng)機(jī)(TVF-106-A1、A2,風(fēng)量66 m3/s),車站隧道A 端單獨(dú)設(shè)置2 臺車站排熱風(fēng)機(jī)(TEF-106-A1、A2,風(fēng)量24m3/s),車站B 端設(shè)置1 臺隧道風(fēng)機(jī)(TVF-106-B1,風(fēng)量66 m3/s)及2 臺車站排熱風(fēng)機(jī)(TEF-106-A1、A2,風(fēng)量33m3/s)兼作TVF 風(fēng)機(jī),針對站前雙停車線設(shè)置射流風(fēng)機(jī)12 臺(JET-106-A1~12,風(fēng)量12.3 m3/s)。車站兩端環(huán)控機(jī)房各設(shè)置1 臺排煙風(fēng)機(jī)(PY-A1、PY-B1),負(fù)擔(dān)車站站廳、站臺公共區(qū)排煙。以隧道風(fēng)機(jī)為例,相關(guān)設(shè)備的編號原則:TVF(設(shè)備代號)-106(車站代號)-A(位置)1(風(fēng)機(jī)序號),余同。典型車站的隧道、公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)原理如圖1、2 所示。
圖1 典型車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)原理 Figure 1 Principle of tunnel ventilation system in a typical station
圖2 典型車站公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)原理 Figure 2 Principle of ventilation system in the public area of station
為驗(yàn)證原車站隧道排熱系統(tǒng)(TEF 系統(tǒng))關(guān)閉后,利用區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)替代該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)排煙工況,據(jù)此制定系統(tǒng)火災(zāi)工況下的測試模式。從表1 中可以看出,原車站段TEF 系統(tǒng)主要參與模式為車站段隧道列車火災(zāi)、列車火災(zāi)??空九_和站臺公共區(qū)火災(zāi)3種情況。考慮前兩種工況的火災(zāi)狀況相似,且后者的內(nèi)容完全覆蓋前者的內(nèi)容,所以本次試驗(yàn)考慮在列車火災(zāi)??空九_、站臺公共區(qū)兩種火災(zāi)工況下進(jìn)行(見圖3)。
根據(jù)選定的試驗(yàn)?zāi)J?,制定典型車站段隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)模式的測試和驗(yàn)證工況(見表2)。
表1 典型車站火災(zāi)工況聯(lián)動模式 Table 1 Linkage mode at the fire in a typical station
圖3 典型車站火災(zāi)工況測試模式 Figure 3 Experimental mode of the fire in a typical station
表2 典型車站火災(zāi)工況試驗(yàn)工況 Table 2 Test conditions of the fire in a typical station
火源點(diǎn)的選擇,需綜合分析火災(zāi)發(fā)生具有典型的代表性。由于昆明地區(qū)采用不封閉高站臺門系統(tǒng)制式(站臺公共區(qū)與車站軌行區(qū)連通),所以區(qū)間火源點(diǎn)的選擇要同時兼顧站臺層在中部發(fā)生火災(zāi)的情況(見圖4)。
按照《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157—2013)中28.4.10條的要求,樓、扶梯口部向下氣流速度不應(yīng)小于1.5 m/s,并結(jié)合車站公共區(qū)人員疏散時間的要求,判定在各測試模式下煙氣是否竄至站廳層,兼顧站臺層公共區(qū)的煙氣光學(xué)濃度適宜疏散的要求,重點(diǎn)對站臺層樓梯口的風(fēng)速進(jìn)行測試??紤]區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)的輔助排煙能力,還在站臺門端門上部及活塞風(fēng)井機(jī)械風(fēng)口處布置試驗(yàn)測點(diǎn)(見圖5)。
圖4 典型車站試驗(yàn)火源點(diǎn) Figure 4 Test fire source in a typical station
圖5 典型車站試驗(yàn)測試煙氣狀況 Figure 5 The smoke variation at the fire experiment in a typical station
除必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄外,為利于后期的數(shù)據(jù)整理,提高試驗(yàn)成果的可信度,對用于試驗(yàn)的主要儀器及輔助設(shè)備明確試驗(yàn)過程中的要求(見表3)。
表3 典型車站火災(zāi)工況試驗(yàn)儀器及用途 Table 3 Test instrument and application of the fire in a typical station
對3 種工況分別進(jìn)行了試驗(yàn),并對其成果進(jìn)行了記錄整理,形成了3 種工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果,如表4~6所示。
1)在工況1 和工況2(站臺公共區(qū)火災(zāi))時,采用開啟4 臺TVF+8 臺JET+PY-A1+PY-B1 或4 臺TVF+PY - A1+PY-B1 兩種方式,均能使車站樓扶梯口部的向下風(fēng)速滿足規(guī)范1.5 m/s 的要求。由于樓梯口下行風(fēng)速均較大(4~5 m/s),所以未啟動TEF 風(fēng)機(jī)輔助排煙對此種工況無任何影響;若同時開啟兩端TEF 風(fēng)機(jī),則會使樓梯口風(fēng)速過大,反而不利于人員疏散。
表4 典型車站火災(zāi)工況1 的試驗(yàn)成果 Table 4 Test results under the fire condition 1
表5 典型車站火災(zāi)工況2 的試驗(yàn)成果 Table 5 Test results under the fire condition 2
表6 典型車站火災(zāi)工況3 的試驗(yàn)成果 Table 6 Test results under the fire condition 3
2) 工況2 未開啟小里程配線區(qū)射流風(fēng)機(jī),A 端的實(shí)際排煙量明顯小于工況1。從樓梯口風(fēng)速定性判斷,開與不開配線區(qū)射流風(fēng)機(jī)僅對車站兩端的煙氣分配有影響;從樓梯口的實(shí)測數(shù)據(jù)及煙清速度來看,兩種工況均滿足輔助排煙的功能要求;若放煙點(diǎn)在車站中部,則工況2 更利于工程實(shí)際。
3) 由車站軌行區(qū)火災(zāi)測試反饋,在無車情況下車站軌行區(qū)火災(zāi)時,開啟兩端2 臺TVF 風(fēng)機(jī)及左線配線區(qū)射流風(fēng)機(jī)(引導(dǎo)氣流),即可滿足煙氣快速排除的要求。在車站段隧道排煙過程中,站臺公共區(qū)源源不斷地補(bǔ)風(fēng)至車站段隧道,并在整個斷面上利用補(bǔ)風(fēng)風(fēng)速,有效壓制住煙氣向站內(nèi)蔓延,煙氣橫向流動趨勢較為明顯。
4) 相比昆明地區(qū)軌道交通工程的車站形式,目前車站存在的軌頂風(fēng)道在取消后會起到儲煙倉作用。但從整個測試過程看,開啟的車站滑動門及站臺門上空區(qū)域?qū)嶋H作為車站段隧道排煙時的巨大補(bǔ)風(fēng)口,斷面風(fēng)速約0.8~1 m/s,可有效抑制煙氣向站內(nèi)擴(kuò)散;極端情況下有少量煙氣侵入站臺區(qū)域,可開啟站臺公共 區(qū)的排煙風(fēng)機(jī)作為補(bǔ)充;工況3 的樓梯口風(fēng)速也可確定判斷,不存在煙氣上竄至站廳的可能性。
1) 在昆明地區(qū)軌道交通工程典型車站進(jìn)行試驗(yàn)研究,利用隧道通風(fēng)系統(tǒng)替代車站隧道排熱系統(tǒng)來負(fù)擔(dān)軌行區(qū)排煙,排煙形式由原半橫向通風(fēng)的模式調(diào)整為縱向通風(fēng)模式,本質(zhì)上并沒有削弱通風(fēng)系統(tǒng)的功能,各項排煙指標(biāo)均滿足規(guī)范要求,煙清速度與原系統(tǒng)配置相當(dāng),符合地下車站站臺及軌行區(qū)的火災(zāi)煙氣控制要求。
2) 利用隧道通風(fēng)系統(tǒng)替代車站隧道排熱系統(tǒng)來負(fù)擔(dān)軌行區(qū)排煙,對采用不封閉式高站臺門制式的車站更有優(yōu)勢;取消布設(shè)軌頂風(fēng)道可提供更大的儲煙空間,對排煙更有利,也可避免開啟站臺門首尾滑動門輔助排煙控制環(huán)節(jié)。
3) 采用區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)來替代昆明地區(qū)典型站軌行區(qū)排煙的方案,將有效節(jié)約土建及機(jī)電投資,可在工程實(shí)際中逐漸完善系統(tǒng)控制,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面運(yùn)用。