地铁长大区间中间风井建筑设计探讨

2020-03-30俞建娟王春歌

现代城市轨道交通 2020年3期

俞建娟王春歌

摘要：地铁隧道为狭长且封闭的空间，一般通过与隧道相连的车站端部及区间风井调节隧道区间的温度和应对火灾等，以保证列车及乘客处于安全、舒适的环境。文章以杭州地铁 16 号线临农区间风井建筑设计为背景，研究分析地铁长大区间隧道设置中间风井的必要性，在考虑多项控制因素基础上提出中间风井建筑设计方案，以期为今后类似工程设计提供参考。

关键词：地铁隧道;长大区间;中间风井;设计探讨

中图分类号：U231.5

随着中国城市化进程的加快，城市不断向外延伸，地铁线路不断延长，站间距不断地扩大。此类长大区间一般行车密度大，区间较长，存在多辆列车同时运行的可能。为了防止列车出现追踪以及确保隧道内的正常通风和火灾时烟气的有效排除，在一些地铁长大区间设计中需要考虑设置中间风井。

本文主要结合杭州地鐵16号线临安广场站—农林大学站区间（以下简称“临农区间”）隧道中间风井的工程情况，对地铁地下长区间隧道中间风井设计的必要性控制因素和选址及设计方案进行阐述。

1 工程概况

杭州地铁16号线线路起于临安区九州街站（图1），向东主要经由九州街、万马路南延线、万马路、苕溪北路、科技大道、02省道、东西大道、水乡北路，终于绿汀路站，与杭州地铁3号线双岛四线同站台换乘，与杭州地铁5号线垂直换乘，线路在锦南新城站预留西延条件。线路总长约35.12 km，其中地下线约20.34 km，共设车站12座，其中地下站共8座。

临农区间为盾构法施工，本区间线路出临安广场站后，左右线分别以640 m和620 m半径下穿南苕溪后转向苕溪北路，沿东北方向前行到达农林大学站，区间总长约4 km，区间为双洞单线隧道，上下行线间距在13m至15.6 m之间。

2 中间风井设置的必要性

地铁区间隧道作为地下建筑，具有出入口少、密闭性高、通风条件差等特点，一旦发生火灾，可燃物会产生大量的烟雾和有毒气体，给人体造成很大危害。所以，地铁区间隧道存在着一定的安全隐患，地铁地下长区间隧道的安全问题更是地铁建设与运营中一个不容忽视的问题。

2.1 通风方面

目前，地铁隧道通风系统通常是结合车站在区间隧道的两端设置隧道风机系统，为区间隧道正常通风或事故通风服务。但是，在较长的区间隧道内，就需要考虑在区间中部设置通风系统，以满足隧道通风要求和运营安全需求。地铁区间是否需要设置中间风井主要从以下2方面进行考虑。

（1）根据通风专业技术要求，在行车过程中应避免2列列车同时在一个区间隧道内。由于列车的活塞效应，当2列列车在同一区间内运行时，列车运行形成的正压就无法正常泄掉，隧道内大量的废热空气会给列车和乘客带来不舒适的影响。临农区间长约3.8 km，根据行车专业的计算，该区间单个隧道内必有2列车同时运行。

（2）地下区间隧道为狭长且封闭的空间，如果列车在较长区间隧道行驶的过程中着火且无法行驶到下一站，那么人员必须进行就地疏散。由于隧道内空间受限，火灾高温烟气将沿着隧道快速蔓延，人员的安全逃离将受到严重影响。

2.2 火灾方面以临农区间上行方向为例，对区间内列车可能发生的火灾情况进行如下分析。

（1）当列车着火点靠近农林大学车站端部时，如图2中前车的车头着火，通过向农林大学站方向机械送风，利用推拉式通风控制烟雾向火灾现场的其中一个方向流动，另一方向则形成无烟逃生路径供乘客撤离火灾现场，这样既可以阻止烟气与人同向流动，又给逃生人员送去新鲜的空气。当后车车尾着火时，即着火点靠近临安广场站端部，按照图2相反方向组织气流和人员疏散，可保证火灾烟气的有效排除和人员的安全逃离。

（2）当在前车的车尾或后车的车头发生火灾并失去动力时，不管如何组织隧道内的气流，必定会有一列车的乘客处于高温浓烟区，此时就需要在区间内设置中间风井（图3），并进行有组织的机械排烟，这样分别处于2个通风区段内的2列列车就基本处于无烟区，有效保证了乘客的安全疏散。

3 中间风井位置控制因素

3.1 设计技术要求

按照GB 50157-2013《地铁设计规范》第13.2.10条要求：“当需要设置区间通风道时，通风道应设于区间隧道长度的1/2处，在困难情况下，其距车站站台端部的距离可移至不小于该区间隧道长度的1/3处，但不宜小于400 m”。经计算，临农区间可设置中间风井的位置大概位于右线里程DK6+240～DK7+500范围内。

3.2 周围环境限制

（1）根据上述设计技术要求，可设置中间风井的区间段基本位于现状苕溪北路正下方。苕溪北路现状道路宽度较窄，只有9 m左右，且该段区间南侧距离南苕溪较近，施工过程中需要考虑施工风险。

（2）该段区间北侧用地均为住宅、教育用地，可利用的路边绿化带较少，且住宅与学校类建筑均为敏感建筑，根据GB 50157-2013《地铁设计规范》第29.3.4条规定：“风亭与文教类建筑和二类居住建筑的噪声防护距离分别为30 m和20 m”。经核实，若将中间风井的地面风亭设置于苕溪北路的北侧，此处的地面风亭与周边住宅和学校的距离均不能满足噪声防护距离要求。

4 风井位置选址方案分析根据上述中间风井位置控制条件分析，考虑以下2个选址方案。

4.1 方案 1

方案1，风井设于区间隧道长度约1/2处，锦城第二中学校门口南面（图4）。

（1）方案优点：①区间隧道通风效果达到最佳;②管线改迁及交通疏解条件较好;③此处线路埋深约23m，工程量适中;④校门口传达室需在施工时临时拆迁，涉及拆迁量较小。

（2）方案缺点：此处中间风井右线线路中心线与河道边线水平距离为12 m左右，受河道限制无法外扩附属用房，地面口部的布置也很受局限。

4.2 方案 2

方案2，风井设于区间隧道长度约1/3处（距临安广场站），临安中学生活区南面（图5）。

（1）方案优点：①区间隧道通风基本满足要求;②风井南侧与南苕溪之间有一小型公园，可用于布置风井外扩附属用房，地面口部也可以布置于此地块内。

（2）方案缺点：①风井南侧与南苕溪之间的小型公园及一个公共厕所将受到风井地面口部的影响，且公共厕所需要永久改迁;②管线改迁及交通疏解条件较差;③此处中间风井线路埋深较深，距离地面约34 m，工程量较大。

综上所述，方案1通风效果最佳，场地易于协调，工程量较小，对地铁区间各功能的适应性较好，本文推荐方案1。

5 中间风井设计

5.1 中间风井总平面布置原则

（1）中间风井施工需尽量降低施工风险以及减少投资。

（2）中间风井在地面设置的风亭及消防疏散口应尽量结合周边环境设置。

5.2 中间风井设计根据以上中间风井总平面布置原则，中间风井设计如下。

（1）中间风井设置于现状苕溪北路道路正下方，横跨苕溪北路布置，其右线中心里程为K6+762.095。为满足施工要求，中间风井围护结构距离南侧南苕溪岸边的挡墙底部C15素混凝土垫层约1.04m，距离北侧临安市体育学校训练馆约30 m。

（2）由于地面可利用的空间有限，中间风井南侧为学校门口，不适合设置中间风井的地面口部，故将2个活塞风井、1个新风井、1个排风井和1个消防疏散口均设置在苕溪北路与南苕溪之间的绿化带内。

（3）苕溪北路若按规划道路红线实施，绿化带宽度就只有约8 m，不符合设置地面口部及施工安全距离要求，故规划道路需在此处做相应调整;地面口部除1个活塞风亭为低风亭外，其余风亭与消防疏散口做成组合式高风亭（新风口正对南苕溪，排风口正对苕溪北路）;低风亭、组合式高风亭结合周边环境布置;各出地面风口间距及风口与疏散口间距按规范要求设计。区间风井总平面布置图见图6，区间风井与廊桥挡墙断面关系图见图7。

6 结论及建议

（1）地铁地下长大区间行车密度大，区间较长，存在多辆车同时运行的可能，此类区间设计时应先论证是否需要设置中间风井。区间设置中间风井，平常可以增加隧道内通风换气的次数，降低隧道内温度，也可以利用活塞风井泄压，减少活塞风压力对前方车站造成的不舒适影响。火灾时，通过中间风井将烟气快速排出至地面，减少次生灾害的发生;结合中间风井设置疏散通道，也可协助乘客疏散。

（2）区间风井的设计，应充分考虑使用功能、结构合理性、建设规划、管线要求等各种控制条件，在满足设计要求的情况下，确保方案的可行性。

参考文件

[1]张改景，杨建荣，方舟，等. 绿色城市轨道交通评价办法研究综述[J]. 绿色建筑，2018（6）.

[2]汪近林，汪楠. 论城市轨道交通建设提升城市发展[J].重庆交通大学学报，2012（5）.

[3]李丹. 地铁隧道通风排烟系统的分析[J]. 建筑工程技术与设计，2014（7）.

[4]周晓昌. 地铁区间隧道及列车的火灾危险性分析及防范措施[J]. 消防技术与产品信息， 2016（5）.

[5]张文武. 地铁区间隧道通风系统设置分析[J]. 低碳世界，2015（6）.

[6]韩云. 地铁风亭和风井形式对隧道通风效果影响的研究[D]. 陕西西安：西安建筑科技大学，2009.

[7]陈卫军. 暗挖法地铁区间风井技术方案研究[J]. 现代城市轨道交通，2018（1）.

[8]任明亮，陈超，郭强，等. 地铁活塞风的分析计算与有效利用[J].上海交通大学学报，2008（8）.

[9]刘剑锋，丁勇，刘海冬，等. 城市轨道交通多列车运行模拟系统研究[J]. 交通运输系统工程与信息，2005，5（1）.

[10] 翟毅. 地铁隧道通风排烟系统构成及火灾工况运行模式[J]. 建筑科学，2010（11）.