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        地鐵站臺門漏風(fēng)量特性分析

        2022-09-09 07:02:06何壘王帥
        關(guān)鍵詞:排風(fēng)量停站熱風(fēng)

        何壘 王帥

        中鐵二院華東勘察設(shè)計有限責(zé)任公司

        0 引言

        截止2018 年底,中國大陸地區(qū)共有33 座城市開通地鐵,運營里程4354.3 km,占城市軌道交通系統(tǒng)總里程的75.6%。地下鐵路余熱余濕和有害氣體需采取合理的通風(fēng)、空調(diào)等措施排至室外,但其運營能耗已接近地鐵運營總能耗的50%,且仍在持續(xù)上漲[1]。

        地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計算的準(zhǔn)確性關(guān)系著設(shè)備選型是否準(zhǔn)確及運行能耗大小。但負(fù)荷計算中的站臺門漏風(fēng)負(fù)荷由于其不穩(wěn)定性一直采用估算方法,通常認(rèn)為站臺門開啟時由站臺流入隧道的漏風(fēng)量為8~10 m3/s[2],此法計算負(fù)荷通常偏大,使得空調(diào)設(shè)備供冷過量。本文利用一維數(shù)值模擬軟件,基于實際地鐵工程簡化建立了五站六區(qū)間一維地鐵線路數(shù)值模型,旨在對停站時間、行車周期、軌行區(qū)排風(fēng)量影響下的站臺門漏風(fēng)量進行研究。

        1 模型的建立及參數(shù)設(shè)置

        1.1 一維數(shù)值模型建立

        根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)島式地鐵站簡化建立了5 站6 區(qū)間一維地鐵線路數(shù)值模型,如圖1 所示。其中,地鐵站均為雙活塞風(fēng)井系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)島式地鐵站,并采用全封閉式站臺門系統(tǒng),如圖2[3]。選取中間車站C 為研究對象。各單元構(gòu)件尺寸參數(shù)見表1。列車行車速度曲線見圖3。

        圖1 一維地鐵線路網(wǎng)絡(luò)模型及地鐵站結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 地鐵站站臺門制式

        圖3 列車行駛速度曲線

        表1 標(biāo)準(zhǔn)島式地鐵站各構(gòu)件尺寸參數(shù)

        1.2 模擬參數(shù)的設(shè)置

        模擬中,車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)均關(guān)閉。結(jié)合實際地鐵運行現(xiàn)狀,模型參數(shù)的設(shè)置如下:

        1)停站時間:列車停站時間設(shè)置為20 s、30 s、40 s。

        2)行車周期:地鐵列車運行的行車周期設(shè)置為120 s、144 s、180 s,同時考慮地鐵運營初期的最大行車周期360 s。

        3)軌行區(qū)排熱風(fēng)量:行車周期為120 s 時,站臺每側(cè)軌行區(qū)的排熱風(fēng)量設(shè)置為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s;行車周期為144 s 時,站臺每側(cè)軌行區(qū)的排熱風(fēng)量設(shè)置為50 m3/s;行車周期為180 s 時,站臺每側(cè)軌行區(qū)的排熱風(fēng)量設(shè)置為40 m3/s;行車周期為360 s 時,站臺每側(cè)軌行區(qū)的排熱風(fēng)量設(shè)置為30 m3/s。同時,考慮軌行區(qū)排熱系統(tǒng)關(guān)閉時,排熱風(fēng)量設(shè)置為0 m3/s。

        此外,本文中一維數(shù)值模型的準(zhǔn)確性已經(jīng)在之前的研究中得到驗證[3-4]。

        2 結(jié)果與分析

        本研究中,站臺門風(fēng)量以進入地鐵站臺為正,以流出地鐵站臺為負(fù)。

        2.1 停站時間的影響

        從圖4 可以看出,不同停站時間情況下,各行車周期的上、下行線的站臺門風(fēng)量變化趨勢基本一致。由于列車進出站時間的不同,站臺門風(fēng)量變化僅出現(xiàn)一定的時間延遲。

        圖4 各行車周期下停站時間對站臺門風(fēng)量的影響

        從圖5 可以看出,行車周期120 s、144 s、180 s、360 s 時,站臺門平均進風(fēng)量、出風(fēng)量均隨著停站時間的增大而增大。行車周期120 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量50 m3/s 時,停站時間由20 s 增至40 s,站臺門平均進風(fēng)量由14.31 m3/s 增至18.87 m3/s,增加31.90%;站臺門平均出風(fēng)量由36.48 m3/s 增至40.22 m3/s,增加10.23%。行車周期144 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量50 m3/s 時,停站時間由20 s 增至40 s,站臺門平均進風(fēng)量由11.51 m3/s 增至16.16 m3/s,增加40.45%;站臺門平均出風(fēng)量由36.55 m3/s 增至40.78 m3/s,增加11.57%。行車周期180 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量40 m3/s 時,停站時間由20 s 增至40s,站臺門平均進風(fēng)量由10.50 m3/s 增至14.78 m3/s,增加40.74%;站臺門平均出風(fēng)量由31.61 m3/s 增至35.45 m3/s,增加12.13%。行車周期360 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量30 m3/s 時,停站時間由20 s 增至40 s,站臺門平均進風(fēng)量由5.25 m3/s 增至7.32 m3/s,增加39.30%;站臺門平均出風(fēng)量由21.02 m3/s 增至24.2 1m3/s,增加15.16%。

        圖5 一天內(nèi)地鐵運營時段的站臺門平均進、出風(fēng)量

        綜上所述,行車周期120 s、144 s、180 s、360 s 時,停站時間由20 s 增至40 s,站臺門平均進風(fēng)量增加約31.39%~40.74%,站臺門平均出風(fēng)量增加約為10.23%~15.16%。

        2.2 行車周期的影響

        從圖6 可以看出,停站時間為30 s,軌行區(qū)排熱系統(tǒng)關(guān)閉,行車周期為120 s、144 s、180 s、360 s 時,站臺門平均進風(fēng)量隨著行車周期的增大而減小,站臺門平均出風(fēng)量隨著行車周期的增大先增大后減小。行車周期從120 s 增至360 s,站臺門平均進風(fēng)量由39.44 m3/s降至10.47 m3/s,下降73.46%;站臺門平均出風(fēng)量先由16.68 m3/s 增至18.77 m3/s,而后降至14.70 m3/s,最大差值占最小站臺門平均出風(fēng)量的27.71%。

        圖6 一天內(nèi)地鐵運營時段行車周期對站臺門平均進、出風(fēng)量的影響

        2.3 站臺軌行區(qū)排風(fēng)量的影響

        從圖7 可以看出,行車周期120 s 的上、下行線的站臺門風(fēng)量變化規(guī)律受站臺軌行區(qū)排風(fēng)量的影響并不顯著,但是站臺門風(fēng)量有所變化。隨著軌行區(qū)排風(fēng)量的增加,站臺門風(fēng)量變化曲線向下移動,即站臺門進風(fēng)量下降,站臺門出風(fēng)量增加。停站時間20 s 情況下,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s 時,上行線和下行線站臺門進風(fēng)量的最大值依次為45.25 m3/s、40.70 m3/s、35.66 m3/s 和61.43 m3/s、54.58 m3/s、47.30 m3/s;而上行線和下行線站臺門出風(fēng)量的最大值依次為48.45 m3/s、52.25 m3/s、57.77 m3/s 和52.88 m3/s、56.29 m3/s、59.50 m3/s。停站時間30 s 情況下,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s 時,上行線和下行線站臺門進風(fēng)量的最大值依次為41.06 m3/s、36.48 m3/s、32.28 m3/s 和63.32 m3/s、58.26 m3/s、52.49 m3/s;而上行線和下行線站臺門出風(fēng)量的最大值依次為50.85 m3/s、54.59 m3/s、57.91 m3/s 和54.39 m3/s、57.87 m3/s、62.15 m3/s。停站時間40 s 情況下,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s 時,上行線和下行線站臺門進風(fēng)量的最大值依次為37.71 m3/s、33.73 m3/s、30.57 m3/s 和64.71 m3/s、62.04 m3/s、58.87 m3/s;而上行線和下行線站臺門出風(fēng)量的最大值依次為51.95 m3/s、55.60 m3/s、58.94 m3/s 和58.40 m3/s、62.78 m3/s、66.93 m3/s。

        圖7 行車周期120 s,軌行區(qū)排風(fēng)量對站臺門風(fēng)量的影響

        從圖8 可以看出,在行車周期120 s 時,站臺門平均進風(fēng)量均隨著站臺軌行區(qū)排風(fēng)量的的增大而減?。欢九_門平均出風(fēng)量均隨著站臺軌行區(qū)排風(fēng)量的的增大而增加。對于站臺門平均進風(fēng)量,停站時間20 s時,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均進風(fēng)量由21.70 m3/s 降至14.31 m3/s,下降34.07%;停站時間30 s 時,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均進風(fēng)量由24.82 m3/s 降至16.95 m3/s,下降31.71%;停站時間40 s 時,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均進風(fēng)量由27.14 m3/s 降至18.87 m3/s,下降30.46%。對于站臺門平均出風(fēng)量,停站時間20 s 時,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均出風(fēng)量由27.13 m3/s 增至36.48 m3/s,增加34.46%;停站時間30 s 時,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均出風(fēng)量由29.06 m3/s 增至38.88 m3/s,增加33.78%;停站時間40s 時,站臺軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均出風(fēng)量由30.22 m3/s 增至40.22 m3/s,增加33.10%。

        圖8 一天內(nèi)地鐵運營時段的站臺門平均進、出風(fēng)量

        綜上所述,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均進風(fēng)量下降約為30.46%~34.07%;站臺門平均出風(fēng)量增加約為33.10%~34.46%。

        3 結(jié)論

        本課題利用一維數(shù)值模擬軟件,簡化建立了一維地鐵線路數(shù)值模型,對停站時間、軌行區(qū)排風(fēng)量影響下的站臺門漏風(fēng)量進行研究分析。研究結(jié)果表明:

        1)行車周期120 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量50 m3/s,停站時間20 s~40 s 時,站臺門平均進風(fēng)量處于14.31 m3/s~18.87 m3/s;站臺門平均出風(fēng)量為36.48 m3/s~40.22 m3/s。行車周期144 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量50 m3/s,停站時間20 s~40 s 時,站臺門平均進風(fēng)量處于11.51 m3/s~16.16 m3/s;站臺門平均出風(fēng)量為36.55 m3/s~40.78 m3/s。行車周期180 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量40 m3/s,停站時間20 s~40 s 時,站臺門平均進風(fēng)量處于10.50 m3/s~14.78 m3/s;站臺門平均出風(fēng)量為31.61 m3/s~35.45 m3/s。行車周期360 s,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量30 m3/s,停站時間20 s~40 s 時,站臺門平均進風(fēng)量處于5.25 m3/s~7.32 m3/s;站臺門平均出風(fēng)量為21.02 m3/s~24.21m3/s。

        2)行車周期120 s、144 s、180 s、360 s 時,停站時間由20s 增至40 s,站臺門平均進風(fēng)量增加約31.39%~40.74%,站臺門平均出風(fēng)量增加約為10.23%~15.16%。

        3)停站時間為30 s,軌行區(qū)排熱系統(tǒng)關(guān)閉時,行車周期從120 s 增至360 s,站臺門平均進風(fēng)量由39.44 m3/s 降至10.47 m3/s,下降73.46%;站臺門平均出風(fēng)量先由16.68 m3/s 增至18.77 m3/s,而后降至14.70 m3/s,最大差值占最小站臺門平均出風(fēng)量的27.71%。

        4)行車周期120 s 時,站臺每側(cè)軌行區(qū)排風(fēng)量由30 m3/s 增至50 m3/s,站臺門平均進風(fēng)量下降約為30.46%~34.07%;站臺門平均出風(fēng)量增加約為33.10%~34.46%。

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