山地城市軌道交通隧道通風系統設計范文

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摘要：通過對重慶市軌道交通環線隧道通風系統的設計研究，結合山地城市地形地域的特征，綜合分析軌道交通制式區間隧道通風系統的設計重難點。針對深埋地下車站隧道風機房布置、大斷面暗挖區間通風量計算、地面及高架車站與隧道區間結合部位處理、隧道通風及煙控模式等問題進行梳理，歸納總結了山地城市軌道交通區間隧道通風系統的優化方案。

關鍵詞：山地城市；城市軌道交通；隧道通風；控制模式

引言

山地城市是指分布在山地、丘陵和崎嶇不平的高原等地形地域的城市，其城市形態、生態環境、氣候特征與平原城市不同。我國在建和已建軌道交通的山地城市有重慶、貴陽、南寧、烏魯木齊，其中“山城、霧都”重慶的建設規模最大，截至2017年底，重慶市軌道交通運營線路總里程為264.3km，除已開通的2號、3號線為單軌系統，其余1號、5號、6號、10號線及后續在建線路均為地鐵系統。重慶市軌道交通環線工程（后文簡稱“環線”）全長50.8km，共設28座地下車站、3座高架車站、2座地面車站，其中地下段長度約45.8km，車站及區間軌面埋深為-25～-80m不等，采用6節編組As型車輛。全線由江河天塹（2次跨越長江，1次跨越嘉陵江）、高架區間、地面線區間、既有預留工程分隔為4段地下隧道。本文將結合環線地下車站及區間隧道特點，分析深埋車站隧道風機房布置、大斷面暗挖區間通風量計算、區間隧道與車站結合處的風機設置、區間通風及煙控模式等問題。

1深埋暗挖車站隧道風機房布置

與常規淺埋式明挖車站不同，山地城市軌道交通地下車站及區間多采用暗挖法施工，具有埋深大、空間高、風道長的特點。以環線某典型暗挖車站隧道風機房為例（圖1），車站軌面埋深約-35m。隧道通風采用雙活塞風井方案[1]，為減小暗挖風道的拱形斷面尺寸，車站兩端隧道風機（TVF）風機房上、下層布置分別對應上、下行線區間隧道，通過中板的轉換風閥實現風機的互為備用。對于設有存車線、聯絡線、單渡線、折返線等配線的車站，車站隧道風機房及地面風井應靠近區間側設置（即配線與正線段之間）[3]，以避免上、下行線連通處的氣流短路。當配線長度較長時，應設置軌頂土建風道橫向排煙。

2大斷面暗挖區間通風量計算

根據《地鐵設計規范》（GB50157-2013）第28.4.12條、第28.4.15條規定：“區間隧道火災的排煙量，應按單洞區間隧道斷面的排煙流速不小于2m/s且高于計算的臨界風速計算，但排煙流速不得大于11m/s”；“列車阻塞在區間隧道時的送排風量，應按區間隧道斷面風速不小于2m/s計算，并應按控制列車頂部最不利點的隧道溫度低于45℃校核確定，但風速不得大于11m/s”。目前國內大部分城市的隧道風機采用風量60～70m3/s的可逆轉軸流風機，經數值模擬計算及運營隧道實際測試，事故時開啟前后車站的隧道風機進行縱向通風，區間風速可達到2.0～3.0m/s，且能夠滿足防止煙氣回流的臨界風速要求[4]。本工程帶配線地下車站的配線區段、單洞雙線（設中隔墻）區段，當采用明挖、暗挖、TBM盾構等不同工法時，隧道結構凈面積在30～160m2不等（表1）。設計時通過壓縮暗挖隧道面積、設置中隔墻等措施，單洞單線隧道凈通風面積可縮小至40m2以下，但若選用常規風量風機，仍難以保證區間風速。本文采用SES地鐵環境模擬計算軟件進行數值分析，通過調整風機計算風量、啟動臺數（并聯送、排風）等措施，確定隧道風機選型風量為77～83m3/s。而針對正線區間局部單洞雙線、出入場線四線大斷面等復雜斷面情況，增加射流風機（壁龕側裝），可滿足事故工況下事故列車在線路最不利坡度的風速要求。同時為保證數值模型的準確性，對于帶聯絡線的區段，應納入相鄰線路區間模型（圖2），正常運行及事故工況時需考慮其產生的活塞風對本線隧道內氣流的影響。

3地面車站及洞口高架車站隧道通風

由于線路縱向爬坡及山地城市地形因素，部分車站采用地面形式，即站廳地面一層、站臺地下一層，且站臺中心里程距離洞口僅200m，當啟動TVF風機時，靠近洞口的區間隧道阻力小、氣流量大，隧道內阻力不平衡造成另一側區段風量偏小。為解決氣流短路的問題，可在TVF風機出口段設置噴嘴（圖3），通過提高送風氣流流速，形成射流送風，噴嘴的出口風速≯7m/s，以避免造成過大的阻力損失。同時為保證地下區間及站臺公共區的溫度環境，仍需設置活塞通風及軌頂排熱系統，但可酌情考慮單活塞風井的方案[5]，以減少地面車站與周邊規劃用地協調問題。同時由于線站位的設置，個別高架車站與區間隧道洞口距離僅數十米甚至于緊貼洞口，正常運行時的活塞風廢氣、火災工況下列車煙氣將直沖站臺，給候車乘客造成二次危害。故需在洞口設置機械/活塞風機房，對區間活塞風進行泄壓，并在事故工況時啟動TVF風機，將區間的煙氣間接排出地面（圖4）。

4區間隧道通風及煙控模式

城市軌道交通隧道區間通風主要分為日間運營、夜間停運、阻塞工況、火災工況等情況，具體運行模式如下。（1）日間正常運營時，借助于列車活塞風對區間進行通風換氣[6]。車站排熱風機隨列車空調的開啟而季節性啟動，并根據區間溫度、CO2濃度、室外干球溫度和列車行車對數進行變頻調節。同時根據室內外溫、濕度情況，充分利用山地深層土壤“冬季蓄熱、夏季蓄冷”的特性，間歇通風以達到節能運行，并保證地下區間的空氣新鮮度。（2）夜間列車停運時，為保證運營檢修人員的工作環境，區間隧道風保持開啟狀態（車站活塞風閥開啟），車軌區排熱系統可關閉。可根據實際需求對檢修區段上、下行線隧道分別進行單向送風、單向排風、并聯送風、并聯排風及隔站送排風等模式控制。（3）當列車阻塞在區間內，根據中控室指令進入阻塞通風模式，分為單點阻塞及多點阻塞（多列車在不同區段連續阻塞，通常發生在高峰時段），啟動相應區段風機設備，向阻塞區段提供新風，并保證該區段最高溫度不超過45℃。（4）當列車停在正線區間隧道發生火災，應根據中控室指令確定乘客疏散方向后啟動相關排煙控煙模式，控制煙流方向與乘客疏散方向相反，并應能防止煙氣逆流和進入相鄰車站、區間[2，7]。當列車在車站配線區發生火災，開啟火災側TVF風機、OTE風機及與之相連的配線排煙風道和火災側軌頂排熱風道?？紤]到深埋車站自然補風阻力較大，需開啟公共區送風系統對站廳機械補風。

5聯絡線區間的防排煙設計

本線為環線工程，分別與城市軌道交通4號、5號、10號線設有聯絡線，長度50～200m不等，且通常為兩線換乘節點車站（L型、平行換乘等），設計界面劃分由后建線路負責聯絡線區段的土建、機電系統設計。如前文所述，相鄰線路區間活塞風對本線隧道內氣流存在擾動，尤其當正、負壓力疊加時，故隧道通風計算時應予以考慮。此外，當聯絡線連接的隧道區間發生火災事故時，為避免煙氣竄向相鄰線路，應開啟聯絡線射流風機（若有）反向通風、抵御煙氣，或通過控制中心OCC聯動聯絡線相鄰車站的隧道風機，使正常運行的區間保持正壓狀態，也可確保事故隧道的排煙效果。

6結論

（1）由于山地地勢、線站位選址的關系，山地城市地鐵區間多由地下段、地面段、高架段等組成，隧道通風系統“天然”地被分隔為多段不連續區間，有利于隧道內余熱、余濕及廢氣的排放。（2）山地城市暗挖地下車站具有埋深大（-30～-60m）、風道長（50～100m）的特點，隧道風機房采用上下疊放的布置形式，可有效利用暗挖結構斷面空間高度，節約土建工程投資。（3）靠近區間隧道洞口的地面車站，為避免洞口氣流短路對隧道通風效果的影響，可在TVF風機出口增加噴嘴裝置，以利于事故工況下的送風氣流組織。（4）靠近區間隧道洞口的地面車站，為避免區間煙氣對車站的影響，應在高架車站設置機械/活塞風道及風機房，正常運營時對活塞風泄壓，事故工況時排除隧道煙氣。（5）在車站級增加區間隧道單向送風、單向排風、并聯送風、并聯排風等模式，靈活控制隧道通風及車站排熱系統，并根據實際情況間歇開啟排熱風機機械通風。在節約能源的同時，滿足日常運營、事故狀態、調試檢修等情況下區間隧道環境的空氣質量要求。

作者：張文斌 單位：上海市隧道工程軌道交通設計研究院