地下車站隧道通風系統設計

任俊

(上海市隧道工程軌道交通設計研究院,上海 200235)

1 引言

隧道通風系統是地鐵環控系統設計的關鍵，合理的隧道通風系統設計方案對于控制車站規模、節約設備成本以及提高系統安全性起著至關重要的作用。現結合上海市軌道交通18號線，對正線區間設計、配線區間設計、隧道通風系統模擬計算等方面進行介紹分析。

2 工程概述

上海市軌道交通18號線一期工程線路全長約36.03km，共26座車站（11個換乘站），均為地下站，平均站間距為1 385.77m。設一座車輛基地，與11號線共用羅山路主變。長江南路站為一期終點站，遠期將延伸至場北路站。

3 隧道通風設計標準

3.1 室外空氣計算參數

在計算隧道通風風量時，室外空氣計算溫度應符合以下規定：夏季應為近20a最熱月月平均溫度的平均值；冬季應為近20a最冷月月平均溫度的平均值[1]。

上海地區室外空氣計算參數如下：

夏季通風室外空氣計算干球溫度：31.2℃；冬季通風室外空氣計算干球溫度：4.9℃。

3.2 隧道內空氣參數

區間隧道內空氣夏季的最高溫度應符合下列規定：

1）列車車廂不設空調時，不得高于33℃；

2）列車車廂設置空調，車站不設置全封閉站臺門時，不得高于35℃；

3）列車車廂設置空調，車站設置全封閉站臺門時，不得高于40℃。

上海18號線列車車廂設置空調，并且車站設置全封閉站臺門。因此，隧道內空氣參數如下：正常運行工況，夏季最熱月日最高平均溫度≤40℃；阻塞運行工況，列車周圍空氣溫度≤40℃，列車頂部最不利點溫度≤45℃。

3.3 事故通風設計標準

列車阻塞和火災時，隧道斷面風速應≥2m/s，但不得大于11m/s。同時，列車火災時，隧道內風速不得低于防止煙氣逆流的臨界風速。

火災事故按區間、站廳和站臺同一時間只有1處發生考慮。區間火災時，兩風井間按僅1列車滯留考慮。

4 正線區間設計方案

區間隧道通風系統分為活塞通風系統、機械通風系統，主要由活塞/機械通風井（道）、大型組合式風閥、事故通風機、消聲器、射流風機等部件組合而成。

正線區間設計中，主要解決2個問題：

1)活塞風系統形式的確定。地下車站原則上選用雙活塞系統，即兩端上、下行線各設一座活塞/機械風井，活塞風通過活塞風道和風井與地面相通。

在條件不足的情況下可以選擇單活塞風系統，如本線民生路站兩端、江浦路站大里程端，因受地面條件限制，上、下行線合并設1座活塞/機械風井，合并后的活塞風井通風凈面積≥25m2。但是，單活塞系統的通風效果要差于雙活塞系統。

2)中間風井的設置。當兩相鄰間列車運行時間＞列車運行間隔時，區間應設中間風井，設置的位置位于區間長度1/3～2/3范圍內。

本工程下鹽路站～沈梅路站、滬南公路站～御橋路站、龍陽路站～迎春路站區間的站中心間距分別為2 338m、3 059m、2 275m，高峰列車運行對數均為28對/h。根據行車組織專業提供的各區間列車運行時間，站間上/下行設計運行時間分別為140s/141s、176s/182s、132s/131s。上述 3個長區間內各設 1座中間風井，確保事故時，兩相鄰區間風井之間只有1列車滯留。風井內設置活塞與事故通風系統。中間風井設置里程分別為 CK5+650.000、CK12+900.000、CK21+151.000。

5 配線區間設計方案

地鐵車站區間中，一般設有存車線、聯絡線、折返線等配線，多結合車站設計，在車站主體結構范圍內。含配線車站的隧道通風系統是整個環控系統設計的難點和重點。據筆者了解，目前國內各家設計院就配線部分的設計分為2種：方案一是將配線段大斷面放在車站區間中，通過設置專用軌道上部排煙風道，由附近的TVF風機或UOF風機負責該區域排煙，并合理設置隧道風機TVF容量，滿足區間內風量要求，如圖1所示；方案二是將活塞/機械孔洞設置在站端，大斷面處通過設置射流風機用于輔助組織氣流，滿足2～11m/s的要求，如圖2所示。

圖1 典型帶配線車站設計方案一

圖2 典型帶配線車站設計方案二

筆者認為，2種方案均能滿足規范要求。但因為區間內射流風機日常檢修極度不方便，因此，在本線配線區間設計方案的選取中，采用通過合理設置隧道通風機房位置及設備配置，盡量減少射流風機的設置，在峒口等氣流組織困難處設置的射流風機采用壁龕式安裝，用于輔助組織氣流的方案，本線僅在出入段線及聯絡線處設置射流風機。

6 隧道通風系統模擬計算分析

本工程利用地下鐵環境模擬程序Subway Environment Simulation (簡稱SES)進行全線的隧道通風系統的設計。分別就正常工況、阻塞工況及火災工況對區間隧道內的環境進行模擬計算分析。

根據18號線一期工程線路、地下車站布置、客流和行車組織等資料，建立計算模型，對區間溫度、通風量和設備容量進行模擬計算。

6.1 正常運行工況模擬

地鐵系統正常工況時，開啟車站排熱風機，并開啟全部活塞風通道。充分利用列車行駛產生的活塞風對區間隧道進行通風換氣，控制區間內的溫度、風速、風壓等。

列車正常運行時，各區間上、下行線隧道內空氣平均溫度如圖3所示。

從圖3中可以看出，區間內溫度呈現兩端溫度低中間溫度高，這是因為線路中部處于市中心位置客流較大，區間內散熱量也就比較大，模擬結果與現實吻合。根據全線隧道區間的正常運行通風模擬結果顯示，區間內的溫度均不超過40℃，最高為39.3℃。

圖3 遠期晚高峰區間隧道溫度曲線

6.2 阻塞工況模擬

當列車因故障或其他原因停留在區間隧道內，且停車超過一定時間后，行相應的阻塞模式，由列車后方的隧道風機進行送風，列車前方的隧道風機進行排風，使區間隧道平均溫度不得高于40℃，并滿足阻塞區間不小于2m/s的縱向風速，保證阻塞列車的空調冷凝器正常工作及維持車內乘客可接受的熱環境。

以周浦站～滬南公路站（含站后存車線）列車阻塞工況為例，介紹阻塞工況模擬分析情況。如圖4所示，當列車因故阻塞于周浦站～滬南公路站上行線存車段區間（不利工況）。此時開啟滬南公路站兩端各2臺TVF風機并聯分別對上行線區間排風，關閉下行線活塞風閥，運行該站2臺排熱風機；開啟周浦站上行線兩端的TVF風機輔助往區間送風，關閉下行活塞風閥，并關閉排熱風機；同時，需運行前方中間風井內2臺TVF風機并聯對上行線區間排風。模擬線結果顯示：列車周圍最高溫度34.9℃，阻塞段風速為2.33m/s，滿足設計標準要求。

圖4 周浦站～滬南公路站上行線區間阻塞工況

6.3 火災工況模擬

列車在區間隧道內發生火災時，首先要盡一切努力將列車行駛到達前方最近車站，打開全封閉站臺門，使人員從站臺疏散，開啟車站4臺TVF風機和站內2臺排熱風機，同時運行對事故軌行區進行排煙，即按軌行區火災模式運行。

若火災列車由于失去動力等原因，不得不停留在區間隧道內時，則根據乘客疏散方向選擇縱向排煙方向，啟動對應的隧道通風系統火災運行模式，開啟火災區間相鄰兩端車站或風井相關的隧道風機，對火災區域進行排煙和補風，使氣流方向與人員疏散方向相逆，使人員總是處于新風區，有效地排煙和引導乘客疏散。

列車在區間隧道發生火災時，縱向通風風速必須大于防止煙氣逆流的臨界風速，并形成一定的引導乘客疏散的迎面風速。區間隧道內氣流速度控制在2～11m/s范圍內，以保證及時排除煙氣，引導乘客安全迅速地撤離。

以周浦站～滬南公路站（含站后存車線）列車火災工況為例，介紹火災工況模擬分析情況。如圖5所示，當列車因故于周浦站～滬南公路站上行線存車段區間（不利工況）靠近車頭發生火災工況時，乘客向周浦站方向疏散。此時開啟滬南公路站兩端各2臺TVF風機并聯分別對上行線區間排煙，關閉下行線活塞風閥，運行該站2臺排熱風機；開啟周浦站上、下行線兩端的全部4臺TVF風機分別輔助往區間送風，并關閉排熱風機；同時，需運行前方中間風井內2臺TVF風機并聯對上行線區間排風。模擬結果顯示：列車周圍煙氣最高溫度380K，事故段風速為2.09m/s，滿足設計標準要求。

圖5 周浦站～滬南公路站上行線區間車頭火災工況

如圖6所示，當列車因故于周浦站～滬南公路站上行線存車段區間（不利工況）靠近車尾發生火災工況時，乘客向滬南公路站方向疏散。此時開啟周浦站兩端各2臺TVF風機并聯分別對上行線區間排煙，關閉下行線活塞風閥，運行該站2臺排熱風機；開啟滬南公路站上、下行線兩端的全部4臺TVF風機分別輔助往區間送風，并關閉排熱風機。模擬結果顯示：列車周圍煙氣最高溫度378K，事故段風速為2.17m/s，滿足設計標準要求。

圖6 周浦站～滬南公路站上行線區間車尾火災工況

7 結語

隨著城市軌道交通網絡化建設的發展，地下線路日益增多，隧道通風系統作為環控設計中最復雜的部分，其設計的合理性、安全可靠性將顯得尤為重要。筆者認為，除非是在出入場線、聯絡線、以及出洞口等地方必須設射流風機外，其他存車線、渡線等位置應盡量減少設置，通過合理設置隧道通風機房位置及設備配置來滿足隧道內氣流組織要求。