淺談地鐵隧道通風(fēng)模式對(duì)站臺(tái)風(fēng)壓影響

馬俊

摘要：在軌道交通科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，列車運(yùn)行間隔也越來(lái)越短，為城市人民的生活帶來(lái)了便利，但隨之而來(lái)的問題需要我們密切關(guān)注并研究解決方法。列車運(yùn)行間隔縮短帶來(lái)的活塞風(fēng)壓對(duì)于地下站站臺(tái)門開關(guān)的影響已經(jīng)在一些采用全封閉式站臺(tái)門的地鐵線路顯現(xiàn)，如何采用合理的通風(fēng)方式降低活塞風(fēng)壓對(duì)站臺(tái)門自動(dòng)開關(guān)門的影響就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：隧道通風(fēng)系統(tǒng)；隧道通風(fēng)；站臺(tái)門

隨著城市軌道交通不斷發(fā)展擴(kuò)大，城市軌道交通線網(wǎng)逐漸密集，行車間隔縮短，導(dǎo)致列車在隧道運(yùn)行中產(chǎn)生的活塞風(fēng)對(duì)地下站全封閉式站臺(tái)門的開啟及關(guān)閉產(chǎn)生了一定的影響，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)影響站臺(tái)門的正常開閉，造成列車晚點(diǎn)，影響客運(yùn)服務(wù)等，對(duì)此研究隧道內(nèi)的單、雙活塞通風(fēng)模式就具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。

1.目的及意義

活塞效應(yīng)（Piston Effect）：指在隧道中高速運(yùn)行的列車，會(huì)帶動(dòng)隧道中的空氣產(chǎn)生高速流動(dòng)，因?yàn)轭愃破變?nèi)活塞壓縮氣體之現(xiàn)象，稱為活塞效應(yīng)。當(dāng)?shù)罔F機(jī)車在隧道中運(yùn)行時(shí)，隧道中的空氣被機(jī)車帶動(dòng)而順著機(jī)車前進(jìn)的方向流動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為機(jī)車的活塞作用，由此所形成的氣流稱為活塞氣流。為了保持地鐵隧道內(nèi)的空氣流通，在每個(gè)地鐵車站的兩端都各有三種類型風(fēng)井與地面連接。地鐵車站兩端的三個(gè)風(fēng)井中有一個(gè)叫“活塞風(fēng)井”，主要用于釋放機(jī)車在隧道中做活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)的風(fēng)力；另外兩個(gè)是排風(fēng)井和新風(fēng)井，用于車站內(nèi)與外界的空氣流通。機(jī)車在隧道中運(yùn)行時(shí)，由于隧道壁所構(gòu)成的空間限制，機(jī)車所推擠的空氣不能全部繞流到機(jī)車后方，必然有部分空氣會(huì)被機(jī)車向前推動(dòng)，通過排風(fēng)井排出到隧道出口之外，而機(jī)車尾端后方存在著負(fù)壓區(qū)域，因此也必然會(huì)有空氣通過進(jìn)風(fēng)井引入到隧道中，由此形成活塞風(fēng)，此種現(xiàn)象也稱為“活塞效應(yīng)”。

車站活塞通風(fēng)模式分為兩種：一種為雙活塞，即頭尾兩端活塞風(fēng)閥均開啟；一種為單活塞，即頭尾只開一個(gè)活塞風(fēng)閥；單活塞有2種方式：一種為頭端開尾端關(guān)的方式，一種為頭端關(guān)尾端開的方式，如圖1所示。

通常情況下隧道通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中會(huì)提供隧道內(nèi)的最大壓力，用以站臺(tái)門的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。但隨著列車開行密度的增加，行車間隔不斷縮小，僅提供用以強(qiáng)度設(shè)計(jì)的風(fēng)壓已無(wú)法滿足運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求。當(dāng)行車密度增大時(shí)，隧道活塞風(fēng)壓數(shù)值變化較大。當(dāng)活塞風(fēng)壓大到一定程度時(shí)，超過站臺(tái)門開閉所需的扭力，此時(shí)站臺(tái)門將無(wú)法自動(dòng)開閉。造成列車晚點(diǎn)，影響客運(yùn)服務(wù)。因此，通過測(cè)試不同行車密度、不同隧道活塞通風(fēng)模式下站臺(tái)活塞風(fēng)速及站臺(tái)門工作狀況，從而研究合理的行車間隔及活塞通風(fēng)開啟模式就非常具有實(shí)際意義。

2.測(cè)試方案

車站站臺(tái)門無(wú)法正常開閉會(huì)受到很多外界因素的干擾，如站臺(tái)門被硬物卡住、乘客扒門、站臺(tái)門及信號(hào)自身故障等。我們測(cè)試研究需排除這些外在的干擾因素，只針對(duì)正常狀態(tài)下站臺(tái)門無(wú)法正常自動(dòng)開閉的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，采用概率統(tǒng)計(jì)的辦法對(duì)隧道軌行區(qū)內(nèi)風(fēng)壓過大導(dǎo)致站臺(tái)門自動(dòng)開閉受阻的情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，這樣可以使測(cè)試數(shù)據(jù)更加有效。

我們針對(duì)某地鐵1號(hào)線利用一個(gè)月的時(shí)間分別在2個(gè)車站相同的地點(diǎn)、相近的時(shí)間段（為有效保證該地鐵線路采用相同的列車時(shí)刻運(yùn)行表情況下行車密度一致）測(cè)試不同行車間隔、活塞通風(fēng)模式下的活塞風(fēng)速及站臺(tái)門正常開啟狀態(tài)數(shù)據(jù)。通過對(duì)比不同通風(fēng)模式下站臺(tái)風(fēng)速數(shù)據(jù)，站臺(tái)門正常開啟次數(shù)，研究如何采用合理的通風(fēng)模式降低隧道活塞風(fēng)對(duì)站臺(tái)門開啟、關(guān)閉的影響。測(cè)試方法如下：

（1）測(cè)試原理。利用風(fēng)速儀測(cè)量列車進(jìn)站時(shí)站臺(tái)端門外端最大風(fēng)速，目測(cè)站臺(tái)門開啟狀態(tài)并記錄。

（2）測(cè)試時(shí)間及地點(diǎn)。測(cè)試人員根據(jù)測(cè)試時(shí)間安排表（表1）在指定的車站及地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，并填寫測(cè)試記錄表（表2）。

（3）測(cè)試方法。在站臺(tái)上、下行尾端端門外（設(shè)備區(qū)走廊，不下軌行區(qū)），手持風(fēng)速儀（不可超限）面向來(lái)車方向測(cè)量列車進(jìn)站前的最高風(fēng)速并記錄，同時(shí)記錄列車站臺(tái)門開啟狀態(tài)，循環(huán)記錄8列車。

3.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)一個(gè)月測(cè)得653組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)匯總分析見附表），通過數(shù)據(jù)比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn)A、B兩站采用不同的活塞風(fēng)通風(fēng)模式，站臺(tái)門開啟失敗次數(shù)為37次，其中上行站臺(tái)門開啟失敗次數(shù)為20次，下行站臺(tái)17次。平峰期間（30列車）未出現(xiàn)站臺(tái)門無(wú)法自動(dòng)開啟情況；高峰期（43列車）在不同開啟模式下站臺(tái)門無(wú)法自動(dòng)開啟情況共計(jì)發(fā)生37次，對(duì)應(yīng)測(cè)得的風(fēng)速數(shù)據(jù)，站臺(tái)門無(wú)法自動(dòng)開啟情況下，對(duì)應(yīng)的風(fēng)速平均值在6.5m/s；在雙活塞通風(fēng)模式下，站臺(tái)門未出現(xiàn)開閉失敗的情況，在采用單活塞通風(fēng)模式1（頭端風(fēng)閥開啟，尾端風(fēng)閥關(guān)閉）下，站臺(tái)門開閉失敗9次，失敗率4.77%。采用單活塞通風(fēng)模式2（頭端風(fēng)閥關(guān)閉，尾端風(fēng)閥開啟），站臺(tái)門開閉失敗25次，失敗率14.8%。

通過對(duì)數(shù)據(jù)的透徹分析，我們得出以下結(jié)論：（1）列車開行間隔的縮短會(huì)讓隧道活塞風(fēng)速增大，當(dāng)風(fēng)速大于6.5m/ s時(shí)，站臺(tái)門正常開閉可能會(huì)受到影響。（2）在開啟隧道雙活塞通風(fēng)模式下，隧道活塞風(fēng)速可以得到有效降低，站門門自動(dòng)開閉基本不受影響。（3）在開啟隧道單活塞通風(fēng)模式下，列車運(yùn)行方向頭端風(fēng)閥開啟，尾端風(fēng)閥關(guān)閉比頭端風(fēng)閥關(guān)閉，尾端風(fēng)閥開啟對(duì)站臺(tái)門自動(dòng)開閉影響要小。為保證地鐵站臺(tái)門工作狀態(tài)穩(wěn)定，建議盡量采用雙活塞通風(fēng)模式。如必須采用單活塞通風(fēng)模式時(shí)，建議在列車運(yùn)行方向的頭端將活塞風(fēng)閥保持開啟狀態(tài)，可以有效降低站臺(tái)門自動(dòng)開閉受影響的概率。

4.結(jié)束語(yǔ)

地鐵設(shè)備在試運(yùn)營(yíng)前，雖然經(jīng)歷過一系列的聯(lián)調(diào)聯(lián)試，且在各項(xiàng)調(diào)試中設(shè)備表現(xiàn)良好。但隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的深入，各系統(tǒng)設(shè)備在各自運(yùn)行中的相互沖突逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，相信只要我們留意并密切關(guān)注這些問題，不斷研究探索解決問題的方法，消除隱患，就能保持地鐵設(shè)備安全、穩(wěn)定、持久的運(yùn)行，為市民提供更安全、舒適的乘車環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

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