重慶軌道交通6號線一期工程深埋隧道活塞通風設計分析

張　鯤

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安　710043)

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重慶軌道交通6號線一期工程深埋隧道活塞通風設計分析

張鯤

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安710043)

摘要：以重慶軌道交通6號線一期工程深埋的一段地下區間和車站為研究對象,其線路和車站埋深均在50 m以上。而目前國內地鐵線路埋深多為30 m以下,多個車站連續埋深大于50 m的長區段較少見,由于其活塞風道長,阻力大,對于活塞通風效果能否滿足規范要求,國內缺少類似工程可供借鑒的資料。由于工程中地面風亭設置難度大,深埋風井投資大以及長風井活塞效應減弱等因素,僅增加活塞風井并不是解決問題的最好方案,因此,設計應該在滿足活塞通風效果的前提下,盡量優化通風配置,減少土建投資和規劃協調的難度。對此段隧道的通風配置進行分析研究,通過模擬計算,分析活塞通風的效果,驗證通風配置的合理性。

關鍵詞：軌道交通；深埋隧道；模擬計算；活塞通風

1概述

重慶軌道交通6號線一期工程為東南至西北方向的地鐵線，跨越長江、嘉陵江及3個行政區[1]，由于重慶地勢起伏較大，全線由多段不連續的高架和地下區段組成。有部分區段線路埋深大，其中車站多數埋深達50 m以上。由于線路穿越主城區，地面風亭設置難度大，且深埋線路使風井的土建投資也相應加大。本設計隧道通風采用以單活塞為主，在長區間和配線復雜處設置雙活塞風井的方案，并以此配置方案建模進行模擬計算。根據模擬計算結果，分析其正常和事故工況下是否滿足規范要求，驗證設計的合理性。若風井、風道的設置能夠滿足列車在正常工況下運行時區間隧道的溫度要求，則事故工況下通過機械通風配置即可實現事故工況下的煙控或通風流速要求[2]。本文限于篇幅要求，僅對正常工況下的隧道通風的效果進行分析研究，選取地下線路最長，埋深最大的江北城—光電園段進行分析研究，不考慮事故工況下的通風配置。

此段地下區間隧道為6號線一期工程最長的地下區間，正線長度為13.86 km，出入段線長度為1.1 km，含有地下車站9座，其中江北城車站大里程端設有與9號線聯絡線1處，紅土地站—黃泥滂站區間設有弧形存車折返線1處，花卉園站—大龍山站區間設有上下行單渡線1處，以及光電園站后接大竹林車輛段出入段線1處。最大站間距為冉家壩站—光電園站區間，長1.963 km；最小站間距為大龍山站—冉家壩站區間，長1.006 km，小里程端洞口—江北城站區間長0.81 km，光電園—大里程端洞口區間長1.757 km。本區段線路隧道通風配置如圖1～圖3所示。

圖1　洞口—紅土地站后配線段隧道通風配置

圖2　紅土地—大龍山段隧道通風配置

圖3　冉家壩—洞口段隧道通風配置

2隧道斷面形式

小里程端洞口—五里店區段站為暗挖鉆爆法施工，隧道斷面以馬蹄形單線單洞為主，進江北城車站時線路上下行重疊，斷面形式為暗挖馬蹄形單洞雙線上下層布置的形式。出江北城車站時由于有聯絡線，斷面形式為馬蹄形單洞3線上下層布置的大斷面，五里店車站—大里程端洞口以TBM圓形斷面為主，同時在配線處采用暗挖鉆爆施工工法，斷面形式為馬蹄形單洞單線、單洞雙線或單洞3線，在紅土地站后存車折返線端頭以及光電園站后接車輛段出入段處為馬蹄形單洞四線的大斷面形式[3]。

3活塞風井設置[4]

江北城車站后端有與9號線的聯絡線，在江北城上行線出站端設置活塞風井1處，由于活塞風井在聯絡線之前，進入9號線隧道的風量有限，同時在9號線進站端預留活塞風井1處，減少9號線進入6號線的風量。

紅土地車站站后存車折返線為曲線形式，配線長度約為290 m，斷面多，上、下行線多處串通，由于配線端頭設置活塞風井條件困難，因此將上行線活塞風設置于紅土地車站出站端，同時在黃泥滂車站進站端設置活塞風井1處，下行線在黃泥滂出站端設置風井1處，紅土地進站端設置活塞風井1處，以增強紅土地—黃泥滂區間的通風換氣效果。

花卉園—大龍山區間設有上行、下行單渡線1處，單渡線與列車前進方向一致，上行列車出花卉園站時有活塞風從上行線隧道進入下行線隧道，下行列車出大龍山站時有活塞風從下行線進隧道入上行線隧道。列車行車間隔較短，上、下行不斷有空氣熱質交換，而出地面的活塞風大大減少，導致區間熱量聚集，因此在花卉園站大里程端、大龍山站小里程端上下行線各設置活塞風井1處，增強隧道內與隧道外的空氣交換量。

冉家壩至光電園區間長度為1.963 km，為一期工程中最長地下區間，冉家壩為三線換乘地下六層車站，活塞風道出地面距離較長，區間活塞通風效果較差，因此在冉家壩大里程端、光電園小里程端均設置了雙活塞風道。光電園站站后設置有接車輛段出入段線，列車行駛時氣流組織紊亂，在光電園車站大里程端設置雙活塞風道，增強隧道內外的通風換氣效果。

下面對江北城—光電園段隧道采用SES軟件進行建模和模擬計算分析，將計算結果以圖表的形式直觀表現出來[5-8]。

4正常工況模擬

4.1　初期晚高峰

設計年限為2015年7月下午18時，行車對數為10對/h，排熱風機打開，風量為18 m3/s，客流為2015年晚高峰客流。模擬曲線如圖4所示。

圖4　K15+285.37～K29+150.468地下段初期晚高峰正常模擬曲線

由于行車間隔能達到360 s[9]，排熱風機一直打開，且客流較少，因此曲線波幅并不很大，冉家壩—光電園區間較長，隧道內空氣與隧道壁面熱交換時間也相對較長，因此隧道內溫度較其他隧道略低。整個地下區間隧道內溫度低于室外溫度，說明排熱風機能完全將列車空調冷凝器的熱量帶走，不會產生熱量積聚現象。因此在運營初期，可間歇性地打開排熱風機排風即可滿足隧道內的溫度要求。

4.2　近期晚高峰

設計年限為2022年7月，時間為下午18時，行車對數18對/h，排熱風機打開，風量24 m3/s，客流為2022年晚高峰客流，模擬曲線如圖5所示。

圖5　K15+285.37～K29+150.468地下段近期晚高峰正常模擬曲線

溫度曲線沿著行車方向逐漸提升，下行線溫度最高點出現在江北城車站，說明在模擬過程中，下行隧道中風向始終與行車方向一致，上行線溫度最高點出現在冉家壩軌行區，由于光電園車站后有上、下行隧道連通的斷面，上下行隧道內有空氣熱質交換現象，下行隧道內空氣溫度低，上行隧道溫度高，因此上行隧道內空氣溫度會突降，下行隧道溫度也會產生突升的現象。紅土地車站站端配線復雜，導致上、下行隧道也多處串通，因此溫度曲線在此有波動現象。整個地下隧道段最高溫度為38 ℃左右，但由于行車間隔為200 s，隧道內有熱量積聚現象，可依據隧道內溫度，啟停排熱風機滿足溫控要求。

4.3　遠期早高峰

遠期早高峰設計年限為2037年7月，上午09時，行車對數30對/h，排熱風機一直打開，風量為30 m3/s，客流為2037年早高峰客流，模擬曲線如圖6所示。

圖6　K15+285.37～K29+150.468地下段遠期早高峰正常模擬曲線

由于行車間隔為120 s，早高峰客流較大，因此列車在車站停靠頻繁，軌行區熱量積聚較為明顯，曲線波峰較高，波幅較大，大致上溫度隨著列車前進方向逐漸升高，上行線紅土地車站—黃泥滂車站區間溫度突升，說明上、下行隧道在紅土地端頭配線有熱質交換，即活塞風仍有迂回現象。

4.4　遠期晚高峰

遠期晚高峰模擬設計年限為2037年7月，下午18時，行車對數24對/h，排熱風機在模擬過程中一直打開，風量30 m3/s，客流為2037年晚高峰客流，如圖7所示。

圖7　K15+285.37～K29+150.468地下段遠期晚高峰正常模擬曲線

雖然遠期客流與行車對數比近期大，但由于列車對數增加，隧道內活塞風效應也增強，同時車站排熱風機風量也比近期大。因此遠期晚高峰溫度曲線與近期晚高峰曲線較為相似。曲線無超過40 ℃的顯現，溫度最高點出現在上行線冉家壩車站軌行區，為37.9 ℃。可通過監控車站軌行區溫度，間歇性地開啟排熱風機。

4組溫度曲線均呈現峰谷值相間隔的特點，在車站中心里程處溫度達到峰值，是由于列車停站時，無活塞風效應且列車冷凝器散熱易聚集，雖然開啟了排熱風機進行排熱，但車站中心里程處為軌道排熱系統的末端，排熱風量小，熱量易在此處聚集，使得溫度急劇升高達到峰值；在車站活塞風井以外沒有配線的區間部分，溫度趨于平穩，這表明，在沒有配線的區間，活塞通風使得隧道溫度較為均勻。空氣沒有和其他隧道進行熱質交換[10]。而在配線區間，則顯示在配線處有溫度最低點，在該處空氣存在熱質交換，使得溫度達到谷值。

4組曲線顯示初、近、遠期隧道溫度呈現逐步升高的趨勢，這是由于隧道的蓄熱能力隨著運營年限的增加逐步降低。上、下行線的變化趨勢大致相同，但溫度曲線還是有所差異。初期隧道蓄熱能力較強，隧道壁面溫度低，隧道處于吸熱狀態，上、下行線隧道溫度受隧道壁面溫差傳熱影響較大，兩個溫度曲線重合度較高；隨著運營年限的增加，隧道壁面溫度趨于穩定，吸熱能力變差，空氣對流換熱成為影響隧道溫度的主要因素，兩個溫度曲線僅局部重合，一般在上、下行線配線處等存在氣流熱質交換的位置，具體在紅土地站—紅旗河溝站區段內重合度較高，由于該區段內存在多處配線且紅旗河溝站為側式站臺，上下行線存在多處氣流熱質交換。使得溫度趨于一致。

5結論

由模擬計算結果分析可知，設計采用的隧道通風配置在初、近、遠期均滿足規范對正常運行工況下隧道溫度不超過40 ℃的要求。且其通風換氣量遠大于規范要求的3次/h的標準[11-13]。設計采用的以單活塞風井為主，長區間和帶配線區間設置雙活塞的方案滿足重慶軌道交通6號線一期工程深埋隧道的正常工況通風要求，為今后重慶軌道交通深埋線路的通風設計提供了良好的借鑒。

參考文獻：

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Design Analysis of Deep Buried Tunnel Piston Ventilation of Chongqing Metro Line 6 First PhaseZHANG Kun

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

Abstract：In this paper, the research is based on one deep buried section of the first phase of Chongqing Rail transit Line 6. The tunnels and stations are more than 50 meters deep underground. Most domestic metro lines are less than 30 meters underground, and it is rare to have several stations continuously more than 50 meter underground. As the piston air duct of the project is long and ventilation resistance is big, few information of this kind of piston ventilation is available at home. It is not the best solution to add piston air duct because of the difficulty in setting up wind pavilion in planning area, the large investment and the weak effect of long air duct and piston ventilation. So the design should ensure the effectiveness of piston ventilation, optimize ventilation configuration, reduce investment and difficulty of planning and coordination. This paper analyzes ventilation configuration and effectiveness of this tunnel and verifies the rationality of the design by means of analog and calculation.

Key words：Rail transit; Deep buried tunnel; Analog and calculation; Piston ventilation

中圖分類號：U231+.5

文獻標識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.02.031

文章編號：1004-2954(2016)02-0149-04

作者簡介：張鯤(1974—)，男，高級工程師，E-mail:zk0331@126.com。

收稿日期：2015-07-31； 修回日期：2015-08-27