地鐵車站配線區(qū)排煙優(yōu)化設計

張 訓 水

(中鐵二院華東公司，浙江 杭州 310000)

地鐵是城市交通重要的組成部分，對緩解城市交通擁堵作用巨大，地鐵車站人流密度大，一旦發(fā)生火災事故，將對人員生命財產造成極大威脅。另一方面，地鐵建設成本高昂，因此，精心設計,保證安全的同時，盡量減小建設成本意義巨大。本文以杭州市某地鐵車站配線排煙形式為例，研究各種設計方案，以尋找最優(yōu)方案。SES(Subway Environmental Simulation)程序由美國運輸部城市運輸管理局和發(fā)展處研發(fā)，SES計算模型能對一個地鐵系統(tǒng)中不穩(wěn)定的空氣流動和環(huán)境條件的變化進行模擬，能作為地鐵環(huán)境控制設計的一種有效的工具[1]。

目前關于地鐵火災的研究集中于站廳、站臺、隧道火災，對車站復雜配線處火災研究較少，為保證列車運行暢通安全，地鐵車站配線已成為地鐵運營組織的重要組成部分。地鐵車站常見配線形式有單渡線、交叉渡線、出入場線、聯(lián)絡線、單存車線和雙存車線6種[2]。停車線是車站存車位置，一般斷面面積較大，且長度長于一列車的長度，其隧道通風設計思路仍然是在滿足限界要求前提下，盡量通過加設隔墻將其分隔成幾個較小的斷面，通過車站隧道風機(TVF風機)、排熱風機(UOF風機)及設置的射流風機(若有)配合工作，滿足通風排煙要求，本文重點要求停車線火災縱向通風工況。

地鐵工程由車站和區(qū)間組成，在車站端部一般設置有活塞/機械豎井，形成整個地下通風系統(tǒng)網路。杭州地鐵某號線二期工程共設5個車站，均為地下車站。本文以SES軟件為工具建模分析，重點研究二期工程終點站E站站后配線排煙，其隧道通風系統(tǒng)原理圖如圖1所示，作為二期工程臨時終點站，本站應為后續(xù)三期工程預留條件。

根據GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范[3],縱向通風時隧道斷面單洞風速2 m/s≤v≤11 m/s，且應高于“臨界風速”，高于臨界風速的目的是防止排煙時煙氣回流。臨界風速計算式如下[4]：

(1)

(2)

其中，Vc為臨界風速，m/s；cp為空氣定壓比熱容，J/(kg·K)；g為重力加速度，m/s2；H為隧道高度，m；Q為火源熱量釋放率，W；ρ∞為周圍的空氣密度，kg/m3；A為隧道凈斷面面積，m2；T為熱煙流溫度，K；T∞為環(huán)境溫度，K；K為無量綱常數，取0.61；Kg為坡度修正系數。

經計算，本工程臨界風速為2.2 m/s，故火災縱向通風隧道斷面風速2.2 m/s≤v≤11 m/s。

E站站后設停車線，作為二期工程臨時停車站，必須保證每個通風區(qū)段的火災排煙風速均滿足設計要求。二期工程投運時本站站后上下行線和停車線均為非載客區(qū)間，可僅考慮將煙氣盡快排出地面，無論車頭車尾火災，煙氣均由最右端活塞風井排除。

隧道通風系統(tǒng)一般通過隧道風機(TVF風機)、排熱風機(UOF風機)與射流風機的相互配合完成，本站TVF風機參數如下：風量：60 m3/s，風壓：900 Pa，配電容量：380 V，90 kW；UOF風機參數如下：風量：40 m3/s，風壓：600 Pa，配電容量：380 V，55 kW；射流風機參數：直徑630，風量：12.3 m3/s，配電容量：380 V，功率22 kW。

E站共設置3座活塞/機械風井，車站A端設置一座風井，B端車站端部設置一座，B端停車線端部設置一座。E站戰(zhàn)后配線共4個區(qū)間，分別為區(qū)間1～區(qū)間4，為滿足區(qū)間1～區(qū)間4火災通風排煙要求，共有以下兩種方案：

方案1：車站最右端機械/火災風井處配置2臺TVF風機(TVF-B3,TVF-B4),則E站共配置6臺TVF風機TVF-A1～A2,TVF-B1～B4,通過6臺TVF風機配合滿足區(qū)間隧道通風排煙要求。

方案2：在區(qū)間1～區(qū)間3處，每個區(qū)間配置2臺射流風機，通過TVF-A1～A2,TVF-B1～B2與區(qū)間射流風機的配合滿足通風排煙要求。

事實上，本工程5個車站、相鄰區(qū)間及配置的風井共同組成了地下通風網絡，每個車站風機開啟其氣流組織均受其他車站影響，因此，應將所有車站、區(qū)間及風井納入SES節(jié)點圖進行模擬，才能取得較為準確的結果。

當區(qū)間4(753區(qū)段)發(fā)生火災時，兩種方案SES模擬計算結果如圖2，圖3所示。根據計算結果顯示，區(qū)間4發(fā)生火災時，按照方案一，投入運行4臺TVF風機，火災區(qū)段縱向通風風速為4.81 m/s。按照方案二，投入運行2臺TVF風機及4臺射流風機，火災區(qū)段縱向通風風速為2.27 m/s。兩種方案均可滿足區(qū)間4火災工況縱向排煙風速要求。

表1 火災工況SES模擬結果對比表

火災位置方案一方案二火災區(qū)間風速m/s設備開啟火災區(qū)間風速m/s設備開啟列車在區(qū)間4(753區(qū)段)發(fā)生火災4.81TVF-B3,B4排風,TVF-B1,B2送風2.27TVF-B1,B2送風,區(qū)間1開啟2臺射流風機,區(qū)間2開啟2臺射流風機列車在區(qū)間1(749區(qū)段)發(fā)生火災2.21TVF-B3,B4排風,TVF-B1,B2送風,TVF-A1,A2送風2.93TVF-B1,B2送風,區(qū)間1開啟2臺射流風機列車在區(qū)間3(349區(qū)段)發(fā)生火災2.32TVF-B3,B4排風,TVF-B1,B2送風2.46TVF-B1,B2送風,區(qū)間3開啟2臺射流風機

區(qū)間1與區(qū)間2通風工況效果類似，因此只對區(qū)間1，區(qū)間3，區(qū)間4火災工況分兩種方案進行SES模擬分析，計算結果如表1所示。表1中可見，兩種方案均可滿足隧道區(qū)間火災通風要求，除區(qū)間4火災工況外，方案二火災區(qū)間風速均大于方案一，通風排煙效果更好。

另一方面，E站應為三期工程預留條件，三期工程投入運營時，站后區(qū)間為載客區(qū)間，應根據車輛火災位置，按照人員疏散與排煙方向相反的原則組織氣流，兩種方案均可滿足功能要求，采用方案二可利用本站后方車站的TVF風機與本站TVF風機及射流風機聯(lián)合運行，通風排煙效果更好。

綜上所述，方案一和方案二均可滿足火災工況區(qū)間風速要求。方案一需在停車線端部設置隧道通風機房，建筑面積增大約200 m2，且需增設置兩臺TVF風機；方案二射流風機吊裝于軌行區(qū)頂部，減少土建規(guī)模，安裝方便，節(jié)省投資，同時，方案二火災時需開啟的風機總功率小，對供電網絡沖擊較小，且有利于三期工程開通后整條線路的通風排煙，因此推薦采用方案二。

[1] Subway Environment Design Handbook,VolumeⅠ.Principles and Applications[Z].2002.

[2] 王靜偉.地鐵特殊配線車站的隧道通風系統(tǒng)配置[J].應用技術,2016(1):12-14.

[3] GB 50157—2013,地鐵設計規(guī)范[S].

[4] Subway Environment Deisign Handbook,VolumeⅡ.SES User’s Mannal[Z].2002.