地下车站隧道通风系统设计

任俊

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院,上海 200235)

1 引言

隧道通风系统是地铁环控系统设计的关键，合理的隧道通风系统设计方案对于控制车站规模、节约设备成本以及提高系统安全性起着至关重要的作用。现结合上海市轨道交通18号线，对正线区间设计、配线区间设计、隧道通风系统模拟计算等方面进行介绍分析。

2 工程概述

上海市轨道交通18号线一期工程线路全长约36.03km，共26座车站（11个换乘站），均为地下站，平均站间距为1 385.77m。设一座车辆基地，与11号线共用罗山路主变。长江南路站为一期终点站，远期将延伸至场北路站。

3 隧道通风设计标准

3.1 室外空气计算参数

在计算隧道通风风量时，室外空气计算温度应符合以下规定：夏季应为近20a最热月月平均温度的平均值；冬季应为近20a最冷月月平均温度的平均值[1]。

上海地区室外空气计算参数如下：

夏季通风室外空气计算干球温度：31.2℃；冬季通风室外空气计算干球温度：4.9℃。

3.2 隧道内空气参数

区间隧道内空气夏季的最高温度应符合下列规定：

1）列车车厢不设空调时，不得高于33℃；

2）列车车厢设置空调，车站不设置全封闭站台门时，不得高于35℃；

3）列车车厢设置空调，车站设置全封闭站台门时，不得高于40℃。

上海18号线列车车厢设置空调，并且车站设置全封闭站台门。因此，隧道内空气参数如下：正常运行工况，夏季最热月日最高平均温度≤40℃；阻塞运行工况，列车周围空气温度≤40℃，列车顶部最不利点温度≤45℃。

3.3 事故通风设计标准

列车阻塞和火灾时，隧道断面风速应≥2m/s，但不得大于11m/s。同时，列车火灾时，隧道内风速不得低于防止烟气逆流的临界风速。

火灾事故按区间、站厅和站台同一时间只有1处发生考虑。区间火灾时，两风井间按仅1列车滞留考虑。

4 正线区间设计方案

区间隧道通风系统分为活塞通风系统、机械通风系统，主要由活塞/机械通风井（道）、大型组合式风阀、事故通风机、消声器、射流风机等部件组合而成。

正线区间设计中，主要解决2个问题：

1)活塞风系统形式的确定。地下车站原则上选用双活塞系统，即两端上、下行线各设一座活塞/机械风井，活塞风通过活塞风道和风井与地面相通。

在条件不足的情况下可以选择单活塞风系统，如本线民生路站两端、江浦路站大里程端，因受地面条件限制，上、下行线合并设1座活塞/机械风井，合并后的活塞风井通风净面积≥25m2。但是，单活塞系统的通风效果要差于双活塞系统。

2)中间风井的设置。当两相邻间列车运行时间＞列车运行间隔时，区间应设中间风井，设置的位置位于区间长度1/3～2/3范围内。

本工程下盐路站～沈梅路站、沪南公路站～御桥路站、龙阳路站～迎春路站区间的站中心间距分别为2 338m、3 059m、2 275m，高峰列车运行对数均为28对/h。根据行车组织专业提供的各区间列车运行时间，站间上/下行设计运行时间分别为140s/141s、176s/182s、132s/131s。上述 3个长区间内各设 1座中间风井，确保事故时，两相邻区间风井之间只有1列车滞留。风井内设置活塞与事故通风系统。中间风井设置里程分别为 CK5+650.000、CK12+900.000、CK21+151.000。

5 配线区间设计方案

地铁车站区间中，一般设有存车线、联络线、折返线等配线，多结合车站设计，在车站主体结构范围内。含配线车站的隧道通风系统是整个环控系统设计的难点和重点。据笔者了解，目前国内各家设计院就配线部分的设计分为2种：方案一是将配线段大断面放在车站区间中，通过设置专用轨道上部排烟风道，由附近的TVF风机或UOF风机负责该区域排烟，并合理设置隧道风机TVF容量，满足区间内风量要求，如图1所示；方案二是将活塞/机械孔洞设置在站端，大断面处通过设置射流风机用于辅助组织气流，满足2～11m/s的要求，如图2所示。

图1 典型带配线车站设计方案一

图2 典型带配线车站设计方案二

笔者认为，2种方案均能满足规范要求。但因为区间内射流风机日常检修极度不方便，因此，在本线配线区间设计方案的选取中，采用通过合理设置隧道通风机房位置及设备配置，尽量减少射流风机的设置，在峒口等气流组织困难处设置的射流风机采用壁龛式安装，用于辅助组织气流的方案，本线仅在出入段线及联络线处设置射流风机。

6 隧道通风系统模拟计算分析

本工程利用地下铁环境模拟程序Subway Environment Simulation (简称SES)进行全线的隧道通风系统的设计。分别就正常工况、阻塞工况及火灾工况对区间隧道内的环境进行模拟计算分析。

根据18号线一期工程线路、地下车站布置、客流和行车组织等资料，建立计算模型，对区间温度、通风量和设备容量进行模拟计算。

6.1 正常运行工况模拟

地铁系统正常工况时，开启车站排热风机，并开启全部活塞风通道。充分利用列车行驶产生的活塞风对区间隧道进行通风换气，控制区间内的温度、风速、风压等。

列车正常运行时，各区间上、下行线隧道内空气平均温度如图3所示。

从图3中可以看出，区间内温度呈现两端温度低中间温度高，这是因为线路中部处于市中心位置客流较大，区间内散热量也就比较大，模拟结果与现实吻合。根据全线隧道区间的正常运行通风模拟结果显示，区间内的温度均不超过40℃，最高为39.3℃。

图3 远期晚高峰区间隧道温度曲线

6.2 阻塞工况模拟

当列车因故障或其他原因停留在区间隧道内，且停车超过一定时间后，行相应的阻塞模式，由列车后方的隧道风机进行送风，列车前方的隧道风机进行排风，使区间隧道平均温度不得高于40℃，并满足阻塞区间不小于2m/s的纵向风速，保证阻塞列车的空调冷凝器正常工作及维持车内乘客可接受的热环境。

以周浦站～沪南公路站（含站后存车线）列车阻塞工况为例，介绍阻塞工况模拟分析情况。如图4所示，当列车因故阻塞于周浦站～沪南公路站上行线存车段区间（不利工况）。此时开启沪南公路站两端各2台TVF风机并联分别对上行线区间排风，关闭下行线活塞风阀，运行该站2台排热风机；开启周浦站上行线两端的TVF风机辅助往区间送风，关闭下行活塞风阀，并关闭排热风机；同时，需运行前方中间风井内2台TVF风机并联对上行线区间排风。模拟线结果显示：列车周围最高温度34.9℃，阻塞段风速为2.33m/s，满足设计标准要求。

图4 周浦站～沪南公路站上行线区间阻塞工况

6.3 火灾工况模拟

列车在区间隧道内发生火灾时，首先要尽一切努力将列车行驶到达前方最近车站，打开全封闭站台门，使人员从站台疏散，开启车站4台TVF风机和站内2台排热风机，同时运行对事故轨行区进行排烟，即按轨行区火灾模式运行。

若火灾列车由于失去动力等原因，不得不停留在区间隧道内时，则根据乘客疏散方向选择纵向排烟方向，启动对应的隧道通风系统火灾运行模式，开启火灾区间相邻两端车站或风井相关的隧道风机，对火灾区域进行排烟和补风，使气流方向与人员疏散方向相逆，使人员总是处于新风区，有效地排烟和引导乘客疏散。

列车在区间隧道发生火灾时，纵向通风风速必须大于防止烟气逆流的临界风速，并形成一定的引导乘客疏散的迎面风速。区间隧道内气流速度控制在2～11m/s范围内，以保证及时排除烟气，引导乘客安全迅速地撤离。

以周浦站～沪南公路站（含站后存车线）列车火灾工况为例，介绍火灾工况模拟分析情况。如图5所示，当列车因故于周浦站～沪南公路站上行线存车段区间（不利工况）靠近车头发生火灾工况时，乘客向周浦站方向疏散。此时开启沪南公路站两端各2台TVF风机并联分别对上行线区间排烟，关闭下行线活塞风阀，运行该站2台排热风机；开启周浦站上、下行线两端的全部4台TVF风机分别辅助往区间送风，并关闭排热风机；同时，需运行前方中间风井内2台TVF风机并联对上行线区间排风。模拟结果显示：列车周围烟气最高温度380K，事故段风速为2.09m/s，满足设计标准要求。

图5 周浦站～沪南公路站上行线区间车头火灾工况

如图6所示，当列车因故于周浦站～沪南公路站上行线存车段区间（不利工况）靠近车尾发生火灾工况时，乘客向沪南公路站方向疏散。此时开启周浦站两端各2台TVF风机并联分别对上行线区间排烟，关闭下行线活塞风阀，运行该站2台排热风机；开启沪南公路站上、下行线两端的全部4台TVF风机分别辅助往区间送风，并关闭排热风机。模拟结果显示：列车周围烟气最高温度378K，事故段风速为2.17m/s，满足设计标准要求。

图6 周浦站～沪南公路站上行线区间车尾火灾工况

7 结语

随着城市轨道交通网络化建设的发展，地下线路日益增多，隧道通风系统作为环控设计中最复杂的部分，其设计的合理性、安全可靠性将显得尤为重要。笔者认为，除非是在出入场线、联络线、以及出洞口等地方必须设射流风机外，其他存车线、渡线等位置应尽量减少设置，通过合理设置隧道通风机房位置及设备配置来满足隧道内气流组织要求。