广深港客运专线福田站及相邻区间隧道通风系统研究

陈玉远

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉 430063)

广深港客运专线福田站及相邻区间隧道通风系统研究

陈玉远

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉 430063)

广深港客运专线福田站及相邻区间隧道为单洞双线隧道，具有时速高、断面大、阻塞比小、活塞效应弱和散热量大的特点。为保证隧道内人员舒适性要求，必须解决隧道内温度和新风量控制等关键技术问题。从区间和车站活塞风井设置、风井面积及车站排热风量3个方面进行研究，主要结论如下： 1)隧道内共需设5处活塞风井，分别为益田路1#风井和2#风井、福田车站两端活塞风井、皇岗公园风井； 2)福田车站两端活塞风井面积均为60 m2，其余3处活塞风井面积均为40 m2； 3)福田车站排热风量为540 m3/s； 4)优化后隧道最高温度为39.3 ℃，人均新风量为76 m3/h，均满足设计标准要求。

客运专线地下车站； 区间隧道； 运营通风系统； 优化

0 引言

随着城市用地的日趋紧张，铁路引入城市中心变得越来越困难，修建地下车站和区间隧道逐渐成为各国研究的课题。郝娜[1]介绍了地铁隧道通风系统中单、双活塞2种系统的工作原理，给出了单、双活塞系统各自适用区域的应用建议； 匡江红等[2]通过数值分析，对地铁隧道通风系统进行了研究，从改变进气温度的角度研究了风井合并问题，提出室外合并风井的方案，减少了风井数量和地铁投资； 王峰等[3]对地铁不同运营期、不同排热风量的热环境进行了研究，得到了不同工况下的排热风量，并对活塞风井的风量和进出风情况进行了研究； 吴妍等[4]采用CFD方法对活塞风井的通风性能进行了研究，分析了实际列车运营情况下，地铁车站风量不同数量和位置对风井通风性能的影响； 刘江[5]针对地铁单双活塞风井，通过软件模拟了两者在通风效果上的差异，分析了不同行车密度、不同排热风机风量对区间通风效果的影响； 余涛等[6]以莞惠城际铁路为研究对象，得到了取消车站轨道排热系统可以满足隧道内热环境的结论；赵望达等[7-8]、姜学鹏等[9]、赵红莉等[10]对高铁隧道火灾时烟气扩散、气流组织进行了研究。目前的研究多集中在地铁、城际铁路隧道运营通风以及铁路隧道火灾烟气控制方面，针对包含地下车站的高铁隧道运营通风系统的研究较少。

福田站为国内首座全地下高铁站，两端均与地下隧道相连，关于地下区间的通风设计无相关规范标准和案例可供参考，本文将介绍隧道运营通风系统方案和研究过程。

1 工程概况

广深港客运专线是国家《中长期铁路网规划》中的一条重要线路，主要承担深圳、香港与北京方向长途客运功能及广、深、港城市中心之间的高速城际客运功能。福田站及相关工程线路全长11.14 km，由益田路隧道、福田站和深港连接隧道组成，3段长度分别为6 236、1 021、3 886 m，深港连接隧道段往南为香港段，全长 25.9 km，由隧道和地下车站组成。益田路隧道和深港隧道(深圳段)(里程为DK111+987～DK114+017)为单洞双线隧道，隧道断面尺寸为89 m2；DK114+017以南区段为双洞单线隧道，隧道断面尺寸为50 m2。福田站为国内首座全地下客运站，车站设4条岛式站台和8条到发线[11-12]。线路示意如图1所示。设计行车速度为200 km/h，车辆采用CRH动车组。

图1 线路平面示意图(单位： m)

2 福田站及相关工程隧道通风特点

2.1列车速度高、重量大、散热量大

地铁列车运行速度一般为80～100 km/h，本工程列车最高速度高达200 km/h，为地铁列车的2～2.5倍。地铁列车单节车厢质量为30～35 t，CRH动车组每节车厢质量约50 t，为地铁的1.4～1.7倍。在列车制动过程中，列车的动能大部分将转化为热量散发到隧道内，故本工程单节车厢的制动散热量远高于地铁列车，为地铁的2.8～4.3倍。

2.2制动距离长、高温区段大

列车时速高，在加减速度相同的情况下，列车加减速的时间和距离均较地铁列车长，以0.55 m/s2的减速度计算，列车从200 km/h到完全停止的制动距离为2 800 m，列车的产热主要是在制动过程中产生的，故在减速的区段内，列车的散热量较多。由于轨道排风系统只在车站隧道内设置，对区间隧道的作用较弱，故在列车制动的区段内温度较高。

2.3断面大、阻塞比小、活塞效应弱

地铁多为双洞单线，隧道断面在20 m2左右，列车阻塞比为0.4～0.5，列车活塞效应较强。本工程为单洞双线，隧道断面积为89 m2，列车阻塞比仅为 0.15，活塞效应较弱，并且列车为双向行驶，活塞效应会进一步减弱，导致隧道内的散热量不能够及时排出，势必会造成隧道温度升高。

由以上分析可以得出如下结论： 本工程隧道具有散热量大、断面大、阻塞比小等特点，与常规的地铁设计不同，故需对隧道通风系统的配置进行研究，以确保隧道内的温度和新风量满足设计的要求。

3 隧道运营通风系统研究

3.1设计标准

文献[13]规定隧道内设计温度不高于28 ℃，由于本工程包含有地下车站，列车制动、停车和启动过程中会散发大量的热量。若按28 ℃进行设计，会导致运营通风系统配置和后期运营费用过大，故本工程的设计标准按《地铁设计规范》[14]执行。主要设计标准如下。

1)室外设计参数。隧道通风夏季室外计算干球温度为32.0 ℃； 隧道通风夏季室外计算湿球温度为28.0 ℃。

2)隧道温度设计标准。正常运行时区间隧道小时平均温度不超过40 ℃。

3)新风量设计标准。隧道内乘客新风量不小于12.6 m3/(h·人)。

3.2隧道运营通风系统配置

隧道内共设置5处活塞风井，其中益田路隧道2处、福田车站2处、深港隧道(深圳段)1处。益田路隧道利用1#竖井和2#竖井作为活塞风井，福田车站在车站进出站端各设1处活塞风井，深港隧道(深圳段)利用皇岗公园工作井做为活塞风井，风井间距分别为 1 498、1 576、1 021、1 620 m，风井内均设置事故隧道风机。在香港段利用米浦竖井设置活塞风井，设置里程为DK117+363。

为了及时排出列车停站时制动系统和空调系统的散热量，在福田车站隧道内设置轨道排热系统。隧道通风系统原理图见图2。

图2 隧道通风系统原理图

3.3计算边界条件

福田车站按车站站台设置屏蔽门设计。

车辆采用CRH型动车组，8辆编组，车辆长度为214 m，平均加速度为0.406 m/s2，平均减速度为0.55 m/s2，列车最高速度为200 km/h，高峰小时列车对数为20对。

3.4活塞风井设置研究

在列车正常运营时，应充分利用列车产生的活塞风进行通风换气，从而达到对隧道降温除湿的目的，在确保隧道内新风量、人员舒适性与温度的同时，尽可能减少风机的运行时间，降低系统的运行能耗。为了对不同通风系统的设置进行对比分析，研究中提出了多种通风方案，以对正常运营时的通风系统进行优化。

3.4.1 区间隧道活塞风井设置研究

对益田路和深港隧道(深圳段)3种活塞风井设置面积(见表1)进行研究。采用SES4.1模拟软件对隧道内新风量和温度进行模拟计算，计算结果见图3和表2。

表1 区间隧道活塞风井比选方案

图3 不同区间风井面积下隧道内空气温度分布Fig. 3 Temperature distributions in tunnel with different interval shaft areas

表2不同区间风井面积下隧道通风模拟结果
Table 2 Simulation results of tunnel ventilation with different interval shaft areas

方案新风量/(m3/s)人均新风量/(m3/(人·h))隧道最高温度/℃14365940．525237139．935857939．5

由图3的温度分布结果可以得出如下结论：

口译释意中的解释表明译员做口译时并不拘泥于源语的语言形式，而是充分考虑到源语发布的情境并融入自己的相关知识，透彻理解源语的信息意义，摈弃字词对应的翻译方式，集中精力搜觅合适的词语在规定时间内传达语境中的特定信息意义[3]。例如社科院农村发展研究所的吴国宝教授在中国减贫工作经验讲座中谈道：“越来越多农村青壮年选择去城里打工来提高收入，给城市发展增加了劳动力，却也造成了空心村现象。”在处理“空心村”一词时，笔者为促进外宾的现场理解，采取了解释的方式，将其译为Without young people living in their hometown,villagesbecomeempty.

1)隧道温度呈现两端低、车站高的趋势，有3个温度最高点，分别为福田车站、靠近车站左端和右端活塞风井处，其中最高温度出现在靠近车站左端的活塞风井处。

2)车站两端高温区段长度多达4 000 m，均分布在车站和靠近车站两侧的区间隧道，说明散热量主要集中在该段区域。

3)车站两端活塞风井降温效果明显，经过活塞风井后最高温度降低3.5～5 ℃。

由表2可知： 1)随着活塞风井面积的增加，进入隧道的新风量也随之增加。风井面积每增加20 m2，新风量增加60～80 m3/s。3种方案隧道内人员新风量均大于30 m3/(人·h)，能满足规范要求。2)风井面积增加会降低隧道内的温度，风井面积每增加20 m2，平均温度降低1～1.5 ℃。3)随着风井面积的增加，新风量增加幅度和温度降低幅度逐渐减小，且会造成土建投资加大。

综合经济性和实施效果2方面考虑，推荐采用方案2，即区间活塞风井面积取40 m2，隧道内的最高温度为39.9 ℃。

3.4.2 福田车站活塞风井设置研究

采用SES4.1模拟软件对福田车站两端不同活塞风井面积进行计算，共选取以下3种方案(见表3)。新风量与温度计算结果见图4和表4。

表3 福田车站活塞风井比选方案

图4 不同车站风井面积下隧道内空气温度分布Fig. 4 Temperature distributions in tunnel with different station shaft areas

表4 不同车站风井面积下隧道通风模拟结果Table 4 Simulation results of tunnel ventilation with different station shaft areas

综合经济性和实施效果考虑，福田站两端的活塞风井面积按60 m2进行选取。

3.5车站隧道排热风量研究

采用SES4.1软件对不同排热风量进行模拟计算，计算边界条件见表5，计算结果见图5和表6。

表5 福田车站排热风量比选方案

图5 不同排热风量下隧道内空气温度分布Fig. 5 Temperature distributions in tunnel under different air exhausting volumes

表6不同排热风量下隧道通风模拟结果
Table 6 Simulation results of tunnel ventilation under different air exhausting volumes

方案新风量/(m3/s)人均新风量/(m3/(人·h))隧道最高温度/℃15237139．925617639．336118239．1

随着排热风量的增加，新风量逐渐增加，隧道温度逐渐降低，并且随着排热风量的增加，空气的降温幅度逐渐减小。当排热风量高于450 m3/s时，人均新风量和隧道最高温度均满足设计标准要求。考虑到一定的安全余量和经济性，排热风量取540 m3/s，隧道最高温度为39.3 ℃，新风量为76 m3/(人·h)。

4 结论与讨论

对于设有地下车站的高速铁路隧道，与常规地铁隧道相比，具有列车时速高、隧道断面大、列车阻塞比小、散热量大等特点，隧道通风系统的设计与地铁不同。根据以上模拟研究，得到了如下结论。

1)隧道内共设5处活塞风井，分别为益田路1#风井和2#风井、福田站小里程和大里程端风井以及皇岗公园风井，风井间距分别为1 498、1 576、1 021、1 620 m。

2)福田车站两端活塞风井面积均为60 m2，其余3处活塞风井面积均为40 m2。

3)福田车站内设置轨道排风系统，排热风量为540 m3/s。

4)优化后人均新风量为76 m3/(人·h)，隧道最高温度为39.3 ℃，均满足设计标准要求。

本文对运营通风系统进行了研究，而阻塞和火灾通风系统将是本课题下一步的研究方向。

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StudyofVentilationSystemofFutianStationandAdjacentIntervalTunnelsonGuangzhou-Shenzhen-HongkongPassenger-dedicatedLine

CHEN Yuyuan

(ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignGroupCo.,Ltd.,Wuhan430063,Hubei,China)

The Futian Station and adjacent interval tunnels on Guangzhou-Shenzhen-Hongkong Passenger-dedicated Line are single-tube double-line tunnels characterized by high speed, large cross-section, small blocking ratio, low piston effect and large heat dissipation. In order to ensure the personnel comfortable requirements inside the tunnel, the key technologies of controlling the temperature and fresh air inside the tunnel should be solved. The setting of piston shafts of intervals and station, shaft area and volume of exhaust air are studied. Some conclusions are drawn as follows: 1) Five piston shafts should be set inside the tunnel in total, namely shaft No. 1 and No. 2 on Yitian Road, one on both ends of Futian Station and one in Huanggang Park. 2) The shaft area on both ends of Futian station is 60 m2respectively; and the other three are 40 m2respectively. 3) The air exhausting volume of Futian Station is 540 m3/s. 4) The optimized highest temperature inside the tunnel is 39.3 ℃; and the per-person ventilation rates is 76 m3/h, which coincides with the design standards.

underground station of passenger-dedicated line; interval tunnel; ventilation system; optimization

2017-01-10;

2017-04-20

陈玉远(1982—)，男，安徽萧县人，2007年毕业于重庆大学，暖通专业，硕士，高级工程师，主要从事于地铁和市政隧道通风系统的设计与研究工作。 E-mail： 28158604@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.10.016

U 45

A

1672-741X(2017)10-1317-05