關(guān)于地鐵快線穿山段隧道通風(fēng)系統(tǒng)配置的研究

李小波

摘 要：地鐵列車在隧道內(nèi)高速行駛通過面積突變處時(shí)，引起的空氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象主要是壓力波，其是造成列車內(nèi)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(yīng)采取措施以保證舒適度；與此同時(shí)，還應(yīng)考慮地鐵隧道穿山段的防災(zāi)。廣州地鐵二十一號(hào)線為最高時(shí)速為120km/h的高速軌道交通線路，區(qū)間盾構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面5.4m，長(zhǎng)平～金坑區(qū)間穿山段長(zhǎng)度2.7km，文章根據(jù)線路資料、列車資料、行車追蹤情況及其他邊界條件，運(yùn)用SES-V4.1地鐵環(huán)境模擬計(jì)算程序進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)穿山段壓力變化率及防災(zāi)模式進(jìn)行研究，形成了合理的工程設(shè)計(jì)方案并指導(dǎo)工程實(shí)施。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；穿山段；防災(zāi)；壓力變化率；緩解措施

1 介紹

廣州市軌道交通二十一號(hào)線工程（員村-增城廣場(chǎng)），整個(gè)工程初期全長(zhǎng)約60.9公里，其中地下線路全長(zhǎng)約38.5公里，穿山隧道約6公里，地上線路長(zhǎng)約16.4公里，全程共設(shè)有20座車站，其中，地下車站有16座，4座高架車站，沿途共設(shè)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(qū)間，最小站間距1.243km，為黃村至世界大觀區(qū)間。全線設(shè)置一段兩場(chǎng)，在蘿崗區(qū)水西村南側(cè)設(shè)水西停車場(chǎng)，在增城市山田村東側(cè)設(shè)象嶺停車場(chǎng)，在蘿崗區(qū)與增城交界處，鎮(zhèn)龍站北側(cè)設(shè)鎮(zhèn)龍車輛段。二十一號(hào)線工程采用快慢車組合運(yùn)營(yíng)模式，車輛采用B型車6輛編組，最高運(yùn)行時(shí)速能達(dá)到120km/h。其中，在整個(gè)軌道交通沿線的挖掘中，所使用的盾構(gòu)挖掘設(shè)備的直徑為5.4m，在長(zhǎng)平～金坑區(qū)間穿山段長(zhǎng)度2.7km。地鐵列車在地下或隧道中進(jìn)行高速行駛時(shí)，會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，尤其是在隧道內(nèi)的橫截面積突變處所造成的空氣壓力波會(huì)造成列車內(nèi)的成員產(chǎn)生耳鳴、耳痛等影響正常乘坐的問題，通過對(duì)鐵路沿線及列車資料進(jìn)行分析后并運(yùn)用SES-V4.1地鐵環(huán)境模擬計(jì)算程序進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)穿山段壓力變化率及防災(zāi)模式進(jìn)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(fēng)設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

軌道交通系統(tǒng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要目的是為地鐵隧道內(nèi)提供一定的通風(fēng)量并控制隧道內(nèi)的溫度以滿足地鐵列車的空調(diào)需求，并在地鐵隧道火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)的排除隧道內(nèi)的煙塵.國家的鐵路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：在隧道正常運(yùn)行時(shí)需要將溫度控制在40.4℃以內(nèi)，對(duì)于隧道內(nèi)的空氣壓力，當(dāng)壓力變化絕對(duì)值≤700Pa時(shí)，在1.7s內(nèi)隧道內(nèi)的壓力變化應(yīng)≤700Pa；當(dāng)壓力變化絕對(duì)值>700Pa時(shí)，壓力變化率必須<410Pa/s。對(duì)于當(dāng)?shù)罔F隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)的排煙應(yīng)當(dāng)滿足防止煙氣逆流的臨界風(fēng)速要求。

3 數(shù)學(xué)模型

3.1 研究對(duì)象的物理描述及建模

軌道交通二十一號(hào)線工程中的穿山隧道部分建模如下：根據(jù)隧道的全長(zhǎng)及挖掘直徑，以及地鐵列車的行駛計(jì)算結(jié)果，在隧道區(qū)間段應(yīng)設(shè)置中間風(fēng)井。并對(duì)隧道入口及中間及中間風(fēng)井等面積突變區(qū)域所導(dǎo)致的空氣壓力進(jìn)行計(jì)算，以5m為1節(jié)點(diǎn)，以便更為詳盡的表現(xiàn)出空氣壓力隨隧道深度變化。

3.2 研究方法

地鐵系統(tǒng)中的車站一般相距在2公里以內(nèi)，中間的地鐵隧道為了滿足溫度及防災(zāi)（火災(zāi)排煙、送風(fēng)）等要求，需要在兩個(gè)車站之間設(shè)置通風(fēng)風(fēng)井及通風(fēng)風(fēng)機(jī)，文章采用SES-V4.1對(duì)隧道通風(fēng)情況進(jìn)行模擬。

4 模擬結(jié)果分析

由于隧道端面的擴(kuò)大可以有效的降低壓力波動(dòng)所帶來的影響，從經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面出發(fā)可以在隧道的入口處和中間風(fēng)井等路段設(shè)置漸變段來降低空氣壓力所帶來的影響。

通過對(duì)隧道內(nèi)的漸變段中由列車所帶來的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析后發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)的5.4m直徑的隧道內(nèi)，雖然設(shè)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(shè)置的距離較短，無法滿足需求，而將漸變段之間的距離設(shè)置為100m時(shí)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(duì)人的聽力所造成的不適。同時(shí)，當(dāng)?shù)罔F列車以120km/h的速度經(jīng)過風(fēng)閥來關(guān)閉中間風(fēng)井時(shí)，由于風(fēng)閥未能完全封閉，使得風(fēng)井存在著一定的漏風(fēng)現(xiàn)象，但通過對(duì)列車通過時(shí)的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，隧道中的空氣壓力已經(jīng)下降為原先的一半，符合國家的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)由于中間風(fēng)井通常設(shè)置于長(zhǎng)大區(qū)間內(nèi)，對(duì)區(qū)間內(nèi)的通風(fēng)換氣及環(huán)境控制存在著較為重要的作用，因此風(fēng)閥的啟閉需結(jié)合運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況執(zhí)行。

5 對(duì)于地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)方案

為了滿足地鐵隧道對(duì)于通風(fēng)、防火災(zāi)等方面的需求，根據(jù)上述對(duì)于地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的模擬情況可以得知，需要在廣州市軌道交通二十一號(hào)線工程中的長(zhǎng)平-金坑段的穿山隧道中的入口處加裝流風(fēng)機(jī)（共4組，16臺(tái)，每臺(tái)30m3/s，推力1100N，功率37kW）。同時(shí)由于工程受到建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性等的影響，采用關(guān)閉活塞風(fēng)道的方式能夠有效緩解空氣壓力所帶來的影響，所以，在進(jìn)行隧道建設(shè)的過程中，中間風(fēng)井處僅設(shè)置機(jī)械風(fēng)機(jī)及風(fēng)道，而不需設(shè)置活塞風(fēng)道。其施工圖如圖2所示。

6 結(jié)束語

地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵隧道建設(shè)中的重要內(nèi)容，文章主要對(duì)廣州軌道交通二十一號(hào)線在建設(shè)過程中由于隧道面積突變所導(dǎo)致的空氣壓力問題進(jìn)行了分析介紹，并對(duì)建設(shè)過程中的隧道通風(fēng)系統(tǒng)情況采用SES-V4.1進(jìn)行了模擬，指出如何在隧道中設(shè)置合適的漸變段來減緩由于空氣壓力所帶來的影響。

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