实例分析地铁隧道通风设计

实例分析地铁隧道通风设计

袁兴

中铁上海设计院集团有限公司200070

摘要：隧道工程程通风专业需要保证各工况隧道温湿度及风速要求，并需要与行车、建筑、结构等多专业进行配合设计。根据各专业提供的基础资料确定基本通风方案，并向土建专业提出区间风机房及风道等设置要求。本文采用SES模拟软件对火灾工况风速进行了模拟计算，结果表明风速达到了临界风速要求。

关键词：地铁隧道；通风；设计；SES模拟软件

1工程概况

某地铁跨海隧道全长8.07km,根据行车专业计算，远期高峰时段该隧道单方向同时有多辆列车运行。当前车车尾、中间车车头或车尾、后车车头发生火灾时，至少1辆列车处于纵向通风烟气中。为保障火灾发生时人员疏散安全，需设置区间风井将该隧道分成若干通风区段，确保每个通风区段仅有1辆列车。结合隧道线路、地面条件和2个车站站位。起点—终点区间隧道纵向以3处区间风机房为节点分成4段：起点—1号风机房（1386.2m）、1号风机房—2号风机房（1866.5m）、2号风机房—3号风机房（3499.9m）、3号风机房—终点（1321.8m）。其中2号风机房—3号风机房区段为海域段，其他3个区段为陆域段。海域段长约3.5km，海面无条件设置中间风井，故利用海边施工竖井设置风井，尽可能缩短海域段长度，并在海域段设置土建风道，设置在土建风道中部的排烟口将海域段分为2个纵向通风区段，并在风井设置隧道风机以实现海域段隧道不同工况的气流组织。

里程ZK24（Z代表左线，K代表里程）＋506.613至ZK30+904.300范围线路左线及右线共用隧道大断面，大断面设中隔墙将左线及右线分隔为独立空间（左线或右线断面面积为28.9m2），其中海域段隧道大断面上部设土建风道（左线或右线轨行区断面面积为23.4m2，风道面积为10m2，见图1）。其余部分左线和右线分离为小断面隧道（左线或右线断面面积为23.4m2）。

2通风系统配置

本工程区间隧道采用开式通风系统，起点车站两端各设置2个活塞风井，采用双活塞通风系统；终点车站受地面条件限制，仅在小里程端设置2个活塞风井，采用单活塞通风系统。起点车站两端均设置2台隧道风机，终点车站小里程设置2台隧道风机。活塞通风系统和机械通风系统在功能上互相补充，实现列车在正常、阻塞和火灾工况下的各种控制要求。

结合行车资料，远期海域段单向隧道内存在2辆列车同时运行情况，因此通过设置区间风机房将海域段分为2个通风区段。海域段设置通长土建风道，土建风道两端分别与2号风机房及3号风机房机械风井相连，土建风道纵向1/2处设置电动风阀，电动风阀可将左线隧道及右线隧道分别与土建风道连通。海底隧道的通风系统示意图见图2。

1号风机房内设置2台隧道风机，风机参数暂按风量80m3/s、压力1300Pa、功率160kW考虑，并结合土建条件等进行核算。3号风机房内设置3台隧道风机，其中1台风机与土建风道相连，风机参数暂按风量66m3/s、全压1000Pa、功率110kW考虑；另外2台风机参数暂按风量80m3/s、压力1300Pa、功率160kW考虑。其他隧道风机参数暂按风量66m3/s、全压1000Pa、功率110kW考虑。2号风机房及3号风机房活塞风井面积为20m2，其他活塞风井面积为16m2。

3不同工况通风计算

3.1正常运行工况

正常运营情况下开启区间活塞风井，通过列车运行产生的活塞风对跨海区间隧道进行通风换气，消除聚集在隧道内的热量。通过对夏季最热月晚高峰正常运行工况进行模拟计算，并对SES软件的计算结果进行分析可知，远期夏季最热月晚高峰正常运行上、下行线轨行区间平均温度低于40℃。通过模拟分析可知，海域段远期高峰时段列车在单向行驶隧道内同时运行产生的活塞风风量可达到140m3/s左右，隧道内的换气次数能达到6h－1。

系统采用双活塞风道，有利于新风的引入，海域段每个活塞风道引入的新风量为35m3/s左右，理论上能保证列车上人员对新风量的需求。考虑到隧道内空气流动的复杂性，在海底隧道区间内设置CO2浓度及温度传感器，对海域段区间空气进行监测，在临近上限值时开启中间风井内的隧道风机对该段隧道进行机械通风，以使隧道内空气质量得到保证。

3.2阻塞通风工况

当列车因非火灾的其他故障停在区间隧道时，乘客困在车厢内等候修理或有组织地向安全地点疏散，在这段时间内由于列车停止行驶而失去了活塞效应的通风，为保证车辆空调器运行，需要对事故区间进行送排风。

该隧道区间阻塞最不利工况为单向区间存在4辆列车，以跨海区间右线隧道4辆列车阻塞为例进行分析。相关风机运行情况：1号风机房2台隧道风机排风；2号风机房2台隧道风机送风，1台隧道风机排风；3号风机房2台隧道风机送风，1台隧道风机排风；终点车站2台隧道风机排风。通过模拟分析可知，阻塞列车周围平均温度可维持在37℃，能满足空调器正常运行要求。

3.3火灾通风工况

区间风机房及海域段土建风道将跨海区间隧道分成5个通风区段，可保证每个通风区段内只有1辆列车运行，当列车在隧道内发生火灾时可结合其着火部位及列车在隧道内的位置来执行不同的排烟及送风策略，保证乘客安全疏散。

计算可知，陆域段隧道小断面坡度为2.8％时，临界风速约为1.94m/s；陆域段隧道大断面坡度为2.8％时，临界风速约为2m/s；海域段隧道大断面坡度为2.8％时，临界风速约为1.94m/s，因此纵向通风风速应不小于2m/s。

3.3.1起点车站—1号风机房区间火灾工况

起点车站—1号风机房区间右线列车车尾发生火灾时，开启起点车站2台隧道风机排风，1号风机房2台区间风机送风；列车车头发生火灾时，起点车站2台隧道风机送风，1号风机房2台隧道风机排风。模拟结果表明，区间隧道内风速分别为2.95m/s和2.74m/s，满足设计要求。

3.3.21号风机房—2号风机房区间火灾工况

1号风机房—2号风机房区间列车车尾发生火灾时，1号风机房2台隧道风机排风，2号风机房2台隧道风机送风；车头火灾时，1号风机房2台隧道风机送风，2号风机房2台隧道风机排风。模拟结果表明，区间隧道内风速分别为3.10m/s和2.95m/s，满足设计要求。

3.3.32号风机房—海域段1/2处区间火灾工况

2号风机房—海域段1/2处通风区段车尾火灾时，2号风机房2台隧道风机排风，同时2号风机房与土建风道连通的隧道风机送风，3号风机房与土建风道连通的隧道风机送风；车头火灾时，2号风机房2台隧道通风机送风，2号风机房与土建风道连通的隧道风机排风，3号风机房与土建风道连通的隧道风机排风。模拟结果表明，区间隧道内风速分别为3.52m/s和4.4m/s，满足设计要求。

3.3.4海域段1/2处—3号风机房区间火灾工况

海域段1/2处—3号风机房通风区段车尾火灾时，2号风机房与土建风道连通的隧道风机排风，3号风机房2台隧道风机送风，同时3号风机房与土建风道连通的隧道风机排风，终点车站2台隧道风机送风；车头火灾时，2号风机房与土建风道连通的隧道风机送风，3号风机房与土建风道连通的隧道风机送风，3号风机房2台隧道风机排风。模拟结果表明，区间隧道内风速分别为4.27m/s和5m/s，满足设计要求。

3.3.53号风机房—终点车站区间火灾工况

3号风机房—终点车站通风区段车尾火灾时，终点车站2台隧道风机送风，3号风机房2台隧道风机排风；车头火灾时，终点车站2台隧道风机排风，3号风机房2台隧道风机送风。模拟结果表明，区间隧道内风速分别为4.15m/s和3.39m/s，满足设计要求。

4结束语

本工程通过设置区间风机房及海域段通长土建风道，将跨海隧道分成5个纵向通风区段，每个通风区间仅存在1辆列车运行，事故工况时控制烟气方向与人员疏散方向相反，为救援疏散提供了条件。

参考文献：

[1]北京城建设计研究总院有限责任公司，中国地铁工程咨询有限责任公司．地铁设计规范：GB50157-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013:120-121,267-268.

[2]耿春光.隧道通风控制系统[J].山西交通科技.2005(04).

[3]王峰,雷波.地铁隧道通风系统节能研究[J].地下空间与工程学报.2012(01).