關于地鐵快線穿山段隧道通風系統配置的研究

李小波

摘 要：地鐵列車在隧道內高速行駛通過面積突變處時，引起的空氣動力學現象主要是壓力波，其是造成列車內司乘人員耳鳴、耳痛等不適問題的直接原因，為減小地鐵隧道壓力波的影響，應采取措施以保證舒適度；與此同時，還應考慮地鐵隧道穿山段的防災。廣州地鐵二十一號線為最高時速為120km/h的高速軌道交通線路，區間盾構標準斷面5.4m，長平～金坑區間穿山段長度2.7km，文章根據線路資料、列車資料、行車追蹤情況及其他邊界條件，運用SES-V4.1地鐵環境模擬計算程序進行模擬計算，對穿山段壓力變化率及防災模式進行研究，形成了合理的工程設計方案并指導工程實施。

關鍵詞：地鐵隧道；穿山段；防災；壓力變化率；緩解措施

1 介紹

廣州市軌道交通二十一號線工程（員村-增城廣場），整個工程初期全長約60.9公里，其中地下線路全長約38.5公里，穿山隧道約6公里，地上線路長約16.4公里，全程共設有20座車站，其中，地下車站有16座，4座高架車站，沿途共設置有7座換乘車站。平均站間距約3.03km，最大站間距7.672km，為朱村至象嶺區間，最小站間距1.243km，為黃村至世界大觀區間。全線設置一段兩場，在蘿崗區水西村南側設水西停車場，在增城市山田村東側設象嶺停車場，在蘿崗區與增城交界處，鎮龍站北側設鎮龍車輛段。二十一號線工程采用快慢車組合運營模式，車輛采用B型車6輛編組，最高運行時速能達到120km/h。其中，在整個軌道交通沿線的挖掘中，所使用的盾構挖掘設備的直徑為5.4m，在長平～金坑區間穿山段長度2.7km。地鐵列車在地下或隧道中進行高速行駛時，會對隧道內的空氣進行壓縮，尤其是在隧道內的橫截面積突變處所造成的空氣壓力波會造成列車內的成員產生耳鳴、耳痛等影響正常乘坐的問題，通過對鐵路沿線及列車資料進行分析后并運用SES-V4.1地鐵環境模擬計算程序進行模擬計算，對穿山段壓力變化率及防災模式進行研究，形成了較為合理的軌道工程施工方案。

2 穿山段隧道通風設計執行標準

軌道交通系統隧道通風系統主要目的是為地鐵隧道內提供一定的通風量并控制隧道內的溫度以滿足地鐵列車的空調需求，并在地鐵隧道火災發生時能夠及時的排除隧道內的煙塵.國家的鐵路隧道通風系統的設計標準如下：在隧道正常運行時需要將溫度控制在40.4℃以內，對于隧道內的空氣壓力，當壓力變化絕對值≤700Pa時，在1.7s內隧道內的壓力變化應≤700Pa；當壓力變化絕對值>700Pa時，壓力變化率必須<410Pa/s。對于當地鐵隧道發生火災時的排煙應當滿足防止煙氣逆流的臨界風速要求。

3 數學模型

3.1 研究對象的物理描述及建模

軌道交通二十一號線工程中的穿山隧道部分建模如下：根據隧道的全長及挖掘直徑，以及地鐵列車的行駛計算結果，在隧道區間段應設置中間風井。并對隧道入口及中間及中間風井等面積突變區域所導致的空氣壓力進行計算，以5m為1節點，以便更為詳盡的表現出空氣壓力隨隧道深度變化。

3.2 研究方法

地鐵系統中的車站一般相距在2公里以內，中間的地鐵隧道為了滿足溫度及防災（火災排煙、送風）等要求，需要在兩個車站之間設置通風風井及通風風機，文章采用SES-V4.1對隧道通風情況進行模擬。

4 模擬結果分析

由于隧道端面的擴大可以有效的降低壓力波動所帶來的影響，從經濟性和可靠性等方面出發可以在隧道的入口處和中間風井等路段設置漸變段來降低空氣壓力所帶來的影響。

通過對隧道內的漸變段中由列車所帶來的壓力數據進行模擬分析后發現，在標準的5.4m直徑的隧道內，雖然設置的漸變段能夠一定程度上緩解空氣壓力所帶來的影響，但由于列車行駛速度較快，其漸變段之間所設置的距離較短，無法滿足需求，而將漸變段之間的距離設置為100m時可以有效的緩解空氣壓力所帶來的影響，減少因空氣壓力對人的聽力所造成的不適。同時，當地鐵列車以120km/h的速度經過風閥來關閉中間風井時，由于風閥未能完全封閉，使得風井存在著一定的漏風現象，但通過對列車通過時的壓力數據進行統計后發現，隧道中的空氣壓力已經下降為原先的一半，符合國家的建設標準。同時由于中間風井通常設置于長大區間內，對區間內的通風換氣及環境控制存在著較為重要的作用，因此風閥的啟閉需結合運營的實際情況執行。

5 對于地鐵隧道通風系統的建設方案

為了滿足地鐵隧道對于通風、防火災等方面的需求，根據上述對于地鐵通風系統的模擬情況可以得知，需要在廣州市軌道交通二十一號線工程中的長平-金坑段的穿山隧道中的入口處加裝流風機（共4組，16臺，每臺30m3/s，推力1100N，功率37kW）。同時由于工程受到建設的經濟性等的影響，采用關閉活塞風道的方式能夠有效緩解空氣壓力所帶來的影響，所以，在進行隧道建設的過程中，中間風井處僅設置機械風機及風道，而不需設置活塞風道。其施工圖如圖2所示。

6 結束語

地鐵隧道通風系統是地鐵隧道建設中的重要內容，文章主要對廣州軌道交通二十一號線在建設過程中由于隧道面積突變所導致的空氣壓力問題進行了分析介紹，并對建設過程中的隧道通風系統情況采用SES-V4.1進行了模擬，指出如何在隧道中設置合適的漸變段來減緩由于空氣壓力所帶來的影響。

參考文獻

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