取消地铁联络通道防火门的可行性分析

2020-08-03江崇旭

建筑热能通风空调 2020年6期

江崇旭

1 城市轨道交通数字化建设与测评技术国家工程实验室

2 中国铁路设计院集团有限公司

0 引言

地铁区间隧道作为列车运行时的封闭空间，一旦发生火灾，容易造成重大人员伤亡。《地铁设计规范》（50157-2013）规定：“两条单线区间隧道应设联络通道，相邻两个联络通道之间的距离不应大于600 m，联络通道内应设并列反向开启的甲级防火门，门扇的开启不得侵入限界”[1]。现阶段，我国多项城市轨道交通工程标准均有类似规定[2-4]。然而列车在隧道内运行会产生活塞效应，防火门反复受活塞风作用，受力配件疲劳受损，易损坏脱落，在潮湿环境下发生锈蚀，开启困难，容易导致二次灾害。调查显示，北京、天津、昆明等地区均发生过区间防火门变形脱落，影响系统联调联试和正常运行，同时国内大量地铁区间联络通道的防火门都处于破损或缺失状态。目前工程中采用的方法是提高防火门产品抗风压性能，不仅增加了建设成本，也并未从根本上解决安全隐患[5-7]。

地铁区间联络通道防火门带来了运营安全隐患，而设置防火门的必要性尚无完善的理论支撑。有研究测试表明，联络通道防火门打开前后，隧道主断面风速仍满足2 m/s 的最低要求，且无烟气流经联络通道，对人员疏散没有影响[8]。针对上诉现状，本文从环境控制角度分析取消地铁区间联络通道防火门的可行性。

1 计算模型

以华北地区某项目为对象，线路全长37.2 km，全部为地下线。区间隧道采用盾构法施工，区间坡度变化范围+3.5%～-3.5%，全线共20 个车站，站台设置屏蔽门系统。为了使研究结论对不同车型、不同线路有更好的适应性，设置计算工况如表1 所示。计算采用美国交通部研发的SES 地铁环境模拟计算软件。

表1 正常运营模拟工况

图1 区间排烟模式一示意图

图2 区间排烟模式二示意图

火灾工况下，以区间隧道内径5.4 m，外径6.0 m为例，车站两端均分别配置隧道通风机2 台，参数为风量66 m3/s，全压1100 Pa。分针对A 型车（火灾规模10.0 MW）、B 型车（火灾规模7.5 MW）车头或车尾发生火灾，分别设置2 种防排烟系统运行模式，如图1、图2 所示。区间排烟模式一为相邻车站风机均作用于火灾隧道，区间排烟模式二为相邻车站均有两台风机作用于火灾隧道，另两台风机为安全隧道送风，保障烟气不进入安全隧道。

另根据联络通道与火灾列车相对位置，分别设置4 种模拟工况，如表2 所示。

表2 火灾模拟工况

2 计算结果及分析

2.1 正常运营工况

按远期工况进行计算，并将不同工况上、下行线区间温度结果整理如图3、图4 所示。

图3 上行线区间段温度

图4 下行线区间段温度

计算结果显示，取消防火门后，区间平均温度略有上升，平均温升为0.1～0.3 ℃，温升幅度为0.3%～1%。这是因为取消防火门增加了两条区间之间的换气，相对降低区间与室外换气效应引起的。总体而言，区间联络通道是否设置防火门对区间段温度影响不大，均满足《地铁设计规范》（GB50157-2013）中“列车车厢设置空调，车站设置全封闭站台门时，区间隧道内空气夏季的最高温度不得高于40 ℃”的规定。

2.2 火灾工况

列车在区间隧道内发生火灾时，应尽量将控制列车行驶到达前方最近车站，使人员从站台疏散。若火灾列车停在区间隧道内，则需根据列车着火部位选择对应的隧道通风系统火灾运行模式，开启火灾区间两端车站与中间风井相关的隧道风机，对火灾区域进行烟气控制，使气流方向与人员疏散方向反，保证人员一直处于新风区。地铁设计中，考虑列车车头和车尾的火灾，按照烟气影响范围最小的原则设置烟气控制模式[9]。《地铁设计规范》（50157-2013）规定“区间隧道火灾的排烟量，应按单洞区间隧道断面的排烟流速不小于2 m/s 且高于计算的临界风速计算，但排烟流速不得大于 11 m/s”。《地铁设计防火标准》（GB51298-2018）规定“采用纵向通风时，区间断面的排烟风速不应小于2 m/s，不得大于11 m/s”，本文以区间及联络通道2 m/s 风速作为是否满足防排烟要求的判别标准。

国内地铁区间长度多在1～1.8 km，再长的区间，会形成两列及两列以上列车同时运行的情况，为了满足排烟时“非着火列车处于无烟区”要求，需设置区间风井，将排烟计算模型分段。而仅存在一处联络通道的情况，与设置防火门情景一致。因此，本文重点分析火灾排烟区段内存在两处联络通道情景。当联络通道有防火门时，平时工况防火门处于关闭状态。火灾时，烟气流上风侧的联络通道防火门将被打开，人员经过联络通道进行疏散，下风侧防火门仍处于关闭状态。当两处联络通道都位于烟气流上风侧时，仅开启与列车距离近的一处联络通道防火门用于疏散。当两处联络通道都位于烟气流下风侧时，联络通道防火门均处于关闭状态，人员由车站或中间风井进行疏散。当联络通道无防火门时，无论何时，均相当于联络通道防火门同时开启。

分别计算A 型车、B 型车火灾，不同排烟模式下隧道排烟流速，其中联络通道气流流向着火区间隧道为正向，反之为负向。

从表3 可以看出，火灾规模10 MW 较7.5 MW 区间风速略有降低，约为2%。总体而言，火灾规模对烟气流速影响不大。另外，线路坡度导致右线车头（左线车尾）着火较右线车尾（左线车头）时，区间风速略低。由于风机的作用，在火灾隧道烟气流上风侧形成相对正压，气流经联络通道流向安全隧道，但是流经的气流为送入的新鲜空气，烟气不会经联络通道蔓延至安全隧道。在火灾隧道烟气流下风侧形成负压，气流经联络通道流向火灾隧道。因此，取消联络通道防火门，导致了着火点区间断面风速相对降低，降低幅度约为25%。在所计算的工况下，当联络通道有防火门时，区间断面风速均大于4.5 m/s，联络通道风速均大于4.3 m/s，取消防火门时，区间及联络风道断面风速均大于3.0 m/s，满足临界风速要求。

表3 区间排烟模式一计算结果

从表4 可以看出，在区间排烟模式二下，区间和联络通道的断面风速较模式一均有大幅下降。有防火门时，基本可实现各工况区间及联络通道断面风速不小于2 m/s，而无防火门时，部分工况区间风速已经小于2 m/s，不满足安全疏散要求。最不利工况为两个联络通道均在烟气下风侧，此时气流通过联络通道由安全隧道流至火灾隧道，造成气流短路，大幅降低了区间火灾列车附件的通风风速。

表4 区间排烟模式二计算结果

对比计算数据可知，取消区间隧道联络通道防火门后，对于火灾烟气控制而言是不利的。但通过制定合理的烟气控制模式仍可在不增加区间排烟系统容量的前提下，提供不低于临界风速的纵向气流。对于存在渡线的区间，尚应在渡线区设置通风设备，避免渡线区的烟气回流，此方式已在大量的工程项目中应用验证，本文不再加以详述。另外，可考虑在区间联络通道处设置常开防火门，火灾时根据信号自动控制关闭，既实现了隔烟防火的功能，又可避免活塞风引起防火门损坏。