林大畏

中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

隨著城市規(guī)模及中心城區(qū)輻射范圍的不斷擴(kuò)大，城市周邊地區(qū)的發(fā)展對(duì)中心城區(qū)的影響越來(lái)越大。面對(duì)城市周邊與中心城區(qū)中長(zhǎng)距離的出行需要，僅有地鐵已無(wú)法滿足城市快速增長(zhǎng)的大量遠(yuǎn)程通勤客流量的需求。市域快線作為一種中長(zhǎng)距離的城市交通系統(tǒng)，除了具有城市軌道交通的普遍特征外，還具有地下車(chē)站少、區(qū)間斷面大、行車(chē)速度快、站站間距長(zhǎng)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了市域快線通風(fēng)空調(diào)特性與地鐵存在天然區(qū)別[1]。筆者結(jié)合福州至長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程，對(duì)車(chē)站排熱系統(tǒng)軌底風(fēng)道設(shè)置、洞口緩沖泄壓裝置以及穿山段射流風(fēng)機(jī)配置等工程實(shí)際問(wèn)題及設(shè)計(jì)重難點(diǎn)進(jìn)行探討與研究。

1 工程概況

福州至長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程（F1 線）起于福州火車(chē)站，經(jīng)福州長(zhǎng)樂(lè)國(guó)際機(jī)場(chǎng)，終于大鶴站，線路全長(zhǎng)62.4 km，其中地下線長(zhǎng)度34.15 km。全線近期設(shè)站13座（高架站3 座，地下站10 座），其中預(yù)留車(chē)站2 座（蓋山路站、蓮花山站），遠(yuǎn)期平均站間距4.42 km。最大站間距9.96 km，為祥謙至首占區(qū)間，最小站間距1.27 km，為塔頭至閩都區(qū)間。全線設(shè)置一段一場(chǎng)（大鶴車(chē)輛段、東升停車(chē)場(chǎng)），主變電站3 座（東升主變、首占主變、大鶴主變），新建控制中心一座。初、近、遠(yuǎn)期均采用6 輛編組市域A 型車(chē)，列車(chē)最高運(yùn)行速度為140 km/h。

2 車(chē)站排熱系統(tǒng)取消軌底風(fēng)道

目前國(guó)內(nèi)全封閉站臺(tái)門(mén)制式地鐵站，在站臺(tái)軌行區(qū)通常采用軌頂與軌底排風(fēng)道的設(shè)計(jì),由于軌底風(fēng)口檢修困難、易腐蝕，影響管線安裝。火災(zāi)時(shí)需關(guān)斷軌底風(fēng)道，影響排煙可靠性。再生制動(dòng)的技術(shù)的應(yīng)用，制動(dòng)產(chǎn)熱減少。因此對(duì)取消車(chē)站軌底風(fēng)道方案的可行性進(jìn)行研究具有必要性。

福州至長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程列車(chē)采用逆變回饋再生制動(dòng)，再生制動(dòng)效率基本在50%～80%左右。采用快線標(biāo)準(zhǔn)，隧道盾構(gòu)直徑為7.2 m。車(chē)站排熱風(fēng)機(jī)選型風(fēng)量為30 m3/s。根據(jù)SES 軟件模擬計(jì)算結(jié)果，取消軌底風(fēng)道后隧道內(nèi)平均溫度僅增加0.3 ℃左右，上升幅度很小，且隧道內(nèi)最高溫度滿足規(guī)范要求。同時(shí)取消軌底風(fēng)道，車(chē)站隧道中心里程處區(qū)間隧道斷面更大（增加面積約2 m2），有利于緩解隧道風(fēng)壓，保證乘客舒適度要求。同時(shí)按每天運(yùn)行18 h 計(jì)算，預(yù)計(jì)風(fēng)機(jī)每年的運(yùn)行能耗節(jié)省達(dá)30 萬(wàn)kWh/站，節(jié)省約23 萬(wàn)元/站。TEF 風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥初投資減少18.5 萬(wàn)元/站?？紤]到取消軌底風(fēng)道可行且該調(diào)整帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性，本線車(chē)站排熱系統(tǒng)取消軌底風(fēng)道。

3 洞口緩沖泄壓裝置

地鐵列車(chē)在地下空間內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行速度超過(guò)100 km/h 時(shí)，列車(chē)駛?cè)胨淼?，在隧道洞口處極易引起車(chē)內(nèi)壓力變化率和壓力波動(dòng)幅值過(guò)大，對(duì)列車(chē)運(yùn)行的安全性、旅客乘坐的舒適性及隧道周?chē)蛙?chē)站環(huán)境均帶來(lái)不利影響。乘客和列車(chē)司機(jī)出現(xiàn)耳膜不適等癥狀，甚至出現(xiàn)間歇性耳聾等職業(yè)疾病[2]。

目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的緩沖結(jié)構(gòu)形式，有斷面擴(kuò)大型緩沖結(jié)構(gòu)和橫斷面不變、側(cè)面或頂面開(kāi)泄壓孔的緩沖結(jié)構(gòu)兩種形式。為驗(yàn)證設(shè)置不同緩沖結(jié)構(gòu)對(duì)列車(chē)入洞隧道斷面突變處的壓力變化率緩解效果，模擬列車(chē)以140 km/h 進(jìn)入洞口隧道，分析距洞口不同距離處微氣壓波峰值，見(jiàn)表1。

表1 距洞口不同距離處微氣壓波峰值

依據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10621-2014 標(biāo)準(zhǔn)8.5.3 條洞口附近有建筑物或特殊環(huán)境要求時(shí)，宜通過(guò)設(shè)置洞口緩沖結(jié)構(gòu)降低微氣壓波峰值，并滿足表8.5.3中的微氣壓波峰值要求[3]，如表2。

表2 《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》微氣壓波峰值控制標(biāo)準(zhǔn)

由模擬結(jié)果可知，在洞口設(shè)置擴(kuò)大斷面型緩沖結(jié)構(gòu)時(shí)，距洞口距離為20 m、50 m 的微氣壓波峰值滿足規(guī)范要求。采用開(kāi)泄壓孔形式緩解微氣壓波效果不明顯，不能完全滿足規(guī)范要求。綜上，本工程中當(dāng)山嶺隧道長(zhǎng)度超過(guò)2 km 時(shí)，進(jìn)出洞口設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)斷面面積為隧道斷面面積的2 倍，長(zhǎng)度為隧道等效直徑的3 倍的斷面擴(kuò)大型緩沖結(jié)構(gòu)。

4 穿山段射流風(fēng)機(jī)配置

福州至長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)城際鐵路工祥謙-首占區(qū)間起于閩侯縣祥謙站，終止于長(zhǎng)樂(lè)區(qū)首占站。區(qū)間共包含三座隧道，自西向東依次為：枕峰山隧道、大象山隧道與塘嶼隧道，其中大象山隧道采用單護(hù)盾TBM 法施工。大象山隧道總長(zhǎng)度4482.6 m，隧道縱斷面最大縱坡8.0‰，最小縱坡4.0‰，隧道埋深范圍約5.2 m～390 m，隧道中間段埋深最深約為390 m。

市域快軌長(zhǎng)大區(qū)間隧道容易出現(xiàn)兩列或者以上列車(chē)同時(shí)運(yùn)行的情況，依據(jù)《市域快速軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》(T/CCES2-2017)23.5.16，市域快軌同時(shí)存在兩列或以上列車(chē)運(yùn)行的區(qū)間隧道，火災(zāi)情況下當(dāng)采用縱向通風(fēng)排煙時(shí)，應(yīng)設(shè)置區(qū)間通風(fēng)道、通風(fēng)井和通風(fēng)排煙設(shè)備[4]。區(qū)間隧道中間設(shè)置豎井，以確保在兩個(gè)豎井之間的區(qū)間段不會(huì)有兩列車(chē)同時(shí)追蹤，保證“人煙分離”。

大象山隧道如果采用區(qū)間設(shè)置豎井進(jìn)行通風(fēng)排煙方案，需設(shè)置不少于一個(gè)中間豎井，井深約390 m，豎井穿越中、微風(fēng)化凝灰?guī)r及巖溶水的水平流動(dòng)帶、垂直滲流帶，豎井施工中容易導(dǎo)致地表水、地下水與隧道連通，引發(fā)隧道內(nèi)大量涌水、突泥及井壁垮塌，增加了豎井和隧道施工的危害與困難。同時(shí)隧道采用TBM工法施工，斷面尺寸固定，無(wú)設(shè)置中間風(fēng)機(jī)房或斜井條件，因此需要采用射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)排煙。

為滿足隧道平時(shí)通風(fēng)工況隧道內(nèi)的CO2濃度及溫度要求，以及火災(zāi)工況排煙通風(fēng)和人員疏散要求，采用以下兩個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較分析。

方案一：在隧道兩端洞口處布置若干組射流風(fēng)機(jī)，布置情況見(jiàn)圖1、圖2。區(qū)間射流風(fēng)機(jī)如采用隧道兩端車(chē)站就近供電，因長(zhǎng)大區(qū)間隧道長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致電力線路過(guò)長(zhǎng)，電壓壓降超大，因此，需在每組射流風(fēng)機(jī)邊上增設(shè)區(qū)間變電所。該方案需設(shè)置2 個(gè)區(qū)間變電所。

圖1 隧道縱斷面示意圖

圖2 隧道橫斷面示意圖

方案二：在隧道兩端洞口處及隧道中部布置若干組射流風(fēng)機(jī)。布置情況見(jiàn)圖3、圖4。該方案需設(shè)置3 個(gè)區(qū)間變電所，其中1 個(gè)區(qū)間變電所設(shè)置在隧道中部。

圖3 隧道縱斷面示意圖

圖4 隧道橫斷面示意圖

考慮福州至長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程全線隧道。對(duì)方案一、方案二進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)分析，分析結(jié)果如下。

方案一：

優(yōu)點(diǎn)：1）射流風(fēng)機(jī)只設(shè)置于隧道兩端，減少18 臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，減少設(shè)備投資約180 萬(wàn)。2）取消隧道中間的射流風(fēng)機(jī)及其相應(yīng)的區(qū)間變電所。減少土建投資及施工難度。3）每個(gè)隧道橫斷面風(fēng)機(jī)數(shù)量減少，有利于施工安裝及后期運(yùn)維。

缺點(diǎn)：隧道兩端射流風(fēng)機(jī)相應(yīng)增多，風(fēng)機(jī)距離洞口處區(qū)間變電所更遠(yuǎn)，電壓壓降增加，相應(yīng)的電纜尺寸變大，增加電纜初投資。

方案二：

優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)增加每組及每個(gè)斷面射流風(fēng)機(jī)的數(shù)量，有利于風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)提供更大的風(fēng)壓抽力，火災(zāi)時(shí)排煙通風(fēng)效果更佳。

缺點(diǎn)：1）區(qū)間隧道中間設(shè)置區(qū)間變電所，增加土建投資，且隧道采用TBM 工法，設(shè)置中間區(qū)間變電所施工難度巨大。2）區(qū)間隧道中間設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，增加控制模式及后期運(yùn)維難度。

綜上，大象山隧道的隧道通風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)采用隧道兩端各設(shè)置一組射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)排煙。

5 結(jié)語(yǔ)

總結(jié)福州至長(zhǎng)樂(lè)機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)思路如下：

1）市域快線對(duì)于采用逆變回饋再生制動(dòng)的線路，從區(qū)間隧道內(nèi)溫度及經(jīng)濟(jì)性上分析，取消車(chē)站軌底風(fēng)道方案具有可行性。

2）對(duì)于執(zhí)行市域快線標(biāo)準(zhǔn)的線路，隧道洞口處應(yīng)從實(shí)用及洞口附近的地形條件等因素出發(fā)，考慮設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)形式。在洞口設(shè)置擴(kuò)大斷面型緩沖結(jié)構(gòu)緩解微氣壓波效果優(yōu)于在隧道洞口側(cè)面開(kāi)泄壓孔。

3）地鐵長(zhǎng)大區(qū)間因地勢(shì)，地質(zhì)以及施工工藝等因素，無(wú)法設(shè)置中中間風(fēng)機(jī)房或斜井，可采用隧道兩端各設(shè)置射流風(fēng)機(jī)組誘導(dǎo)排煙。