取消地鐵聯絡通道防火門的可行性分析

江崇旭

1 城市軌道交通數字化建設與測評技術國家工程實驗室

2 中國鐵路設計院集團有限公司

0 引言

地鐵區間隧道作為列車運行時的封閉空間，一旦發生火災，容易造成重大人員傷亡。《地鐵設計規范》（50157-2013）規定：“兩條單線區間隧道應設聯絡通道，相鄰兩個聯絡通道之間的距離不應大于600 m，聯絡通道內應設并列反向開啟的甲級防火門，門扇的開啟不得侵入限界”[1]。現階段，我國多項城市軌道交通工程標準均有類似規定[2-4]。然而列車在隧道內運行會產生活塞效應，防火門反復受活塞風作用，受力配件疲勞受損，易損壞脫落，在潮濕環境下發生銹蝕，開啟困難，容易導致二次災害。調查顯示，北京、天津、昆明等地區均發生過區間防火門變形脫落，影響系統聯調聯試和正常運行，同時國內大量地鐵區間聯絡通道的防火門都處于破損或缺失狀態。目前工程中采用的方法是提高防火門產品抗風壓性能，不僅增加了建設成本，也并未從根本上解決安全隱患[5-7]。

地鐵區間聯絡通道防火門帶來了運營安全隱患，而設置防火門的必要性尚無完善的理論支撐。有研究測試表明，聯絡通道防火門打開前后，隧道主斷面風速仍滿足2 m/s 的最低要求，且無煙氣流經聯絡通道，對人員疏散沒有影響[8]。針對上訴現狀，本文從環境控制角度分析取消地鐵區間聯絡通道防火門的可行性。

1 計算模型

以華北地區某項目為對象，線路全長37.2 km，全部為地下線。區間隧道采用盾構法施工，區間坡度變化范圍+3.5%～-3.5%，全線共20 個車站，站臺設置屏蔽門系統。為了使研究結論對不同車型、不同線路有更好的適應性，設置計算工況如表1 所示。計算采用美國交通部研發的SES 地鐵環境模擬計算軟件。

表1 正常運營模擬工況

圖1 區間排煙模式一示意圖

圖2 區間排煙模式二示意圖

火災工況下，以區間隧道內徑5.4 m，外徑6.0 m為例，車站兩端均分別配置隧道通風機2 臺，參數為風量66 m3/s，全壓1100 Pa。分針對A 型車（火災規模10.0 MW）、B 型車（火災規模7.5 MW）車頭或車尾發生火災，分別設置2 種防排煙系統運行模式，如圖1、圖2 所示。區間排煙模式一為相鄰車站風機均作用于火災隧道，區間排煙模式二為相鄰車站均有兩臺風機作用于火災隧道，另兩臺風機為安全隧道送風，保障煙氣不進入安全隧道。

另根據聯絡通道與火災列車相對位置，分別設置4 種模擬工況，如表2 所示。

表2 火災模擬工況

2 計算結果及分析

2.1 正常運營工況

按遠期工況進行計算，并將不同工況上、下行線區間溫度結果整理如圖3、圖4 所示。

圖3 上行線區間段溫度

圖4 下行線區間段溫度

計算結果顯示，取消防火門后，區間平均溫度略有上升，平均溫升為0.1～0.3 ℃，溫升幅度為0.3%～1%。這是因為取消防火門增加了兩條區間之間的換氣，相對降低區間與室外換氣效應引起的。總體而言，區間聯絡通道是否設置防火門對區間段溫度影響不大，均滿足《地鐵設計規范》（GB50157-2013）中“列車車廂設置空調，車站設置全封閉站臺門時，區間隧道內空氣夏季的最高溫度不得高于40 ℃”的規定。

2.2 火災工況

列車在區間隧道內發生火災時，應盡量將控制列車行駛到達前方最近車站，使人員從站臺疏散。若火災列車停在區間隧道內，則需根據列車著火部位選擇對應的隧道通風系統火災運行模式，開啟火災區間兩端車站與中間風井相關的隧道風機，對火災區域進行煙氣控制，使氣流方向與人員疏散方向反，保證人員一直處于新風區。地鐵設計中，考慮列車車頭和車尾的火災，按照煙氣影響范圍最小的原則設置煙氣控制模式[9]。《地鐵設計規范》（50157-2013）規定“區間隧道火災的排煙量，應按單洞區間隧道斷面的排煙流速不小于2 m/s 且高于計算的臨界風速計算，但排煙流速不得大于 11 m/s”。《地鐵設計防火標準》（GB51298-2018）規定“采用縱向通風時，區間斷面的排煙風速不應小于2 m/s，不得大于11 m/s”，本文以區間及聯絡通道2 m/s 風速作為是否滿足防排煙要求的判別標準。

國內地鐵區間長度多在1～1.8 km，再長的區間，會形成兩列及兩列以上列車同時運行的情況，為了滿足排煙時“非著火列車處于無煙區”要求，需設置區間風井，將排煙計算模型分段。而僅存在一處聯絡通道的情況，與設置防火門情景一致。因此，本文重點分析火災排煙區段內存在兩處聯絡通道情景。當聯絡通道有防火門時，平時工況防火門處于關閉狀態。火災時，煙氣流上風側的聯絡通道防火門將被打開，人員經過聯絡通道進行疏散，下風側防火門仍處于關閉狀態。當兩處聯絡通道都位于煙氣流上風側時，僅開啟與列車距離近的一處聯絡通道防火門用于疏散。當兩處聯絡通道都位于煙氣流下風側時，聯絡通道防火門均處于關閉狀態，人員由車站或中間風井進行疏散。當聯絡通道無防火門時，無論何時，均相當于聯絡通道防火門同時開啟。

分別計算A 型車、B 型車火災，不同排煙模式下隧道排煙流速，其中聯絡通道氣流流向著火區間隧道為正向，反之為負向。

從表3 可以看出，火災規模10 MW 較7.5 MW 區間風速略有降低，約為2%。總體而言，火災規模對煙氣流速影響不大。另外，線路坡度導致右線車頭（左線車尾）著火較右線車尾（左線車頭）時，區間風速略低。由于風機的作用，在火災隧道煙氣流上風側形成相對正壓，氣流經聯絡通道流向安全隧道，但是流經的氣流為送入的新鮮空氣，煙氣不會經聯絡通道蔓延至安全隧道。在火災隧道煙氣流下風側形成負壓，氣流經聯絡通道流向火災隧道。因此，取消聯絡通道防火門，導致了著火點區間斷面風速相對降低，降低幅度約為25%。在所計算的工況下，當聯絡通道有防火門時，區間斷面風速均大于4.5 m/s，聯絡通道風速均大于4.3 m/s，取消防火門時，區間及聯絡風道斷面風速均大于3.0 m/s，滿足臨界風速要求。

表3 區間排煙模式一計算結果

從表4 可以看出，在區間排煙模式二下，區間和聯絡通道的斷面風速較模式一均有大幅下降。有防火門時，基本可實現各工況區間及聯絡通道斷面風速不小于2 m/s，而無防火門時，部分工況區間風速已經小于2 m/s，不滿足安全疏散要求。最不利工況為兩個聯絡通道均在煙氣下風側，此時氣流通過聯絡通道由安全隧道流至火災隧道，造成氣流短路，大幅降低了區間火災列車附件的通風風速。

表4 區間排煙模式二計算結果

對比計算數據可知，取消區間隧道聯絡通道防火門后，對于火災煙氣控制而言是不利的。但通過制定合理的煙氣控制模式仍可在不增加區間排煙系統容量的前提下，提供不低于臨界風速的縱向氣流。對于存在渡線的區間，尚應在渡線區設置通風設備，避免渡線區的煙氣回流，此方式已在大量的工程項目中應用驗證，本文不再加以詳述。另外，可考慮在區間聯絡通道處設置常開防火門，火災時根據信號自動控制關閉，既實現了隔煙防火的功能，又可避免活塞風引起防火門損壞。

3 結論

1）基于環境控制理論，取消地鐵區間聯絡通道防火門是可行的。

2）取消地鐵區間聯絡通道防火門對區間正常運營的平均環境溫度影響很小，約為0.3%～1%。

3）取消地鐵區間聯絡通道防火門將降低火災區間排煙風速，但通過制定合理的煙氣控制模式，仍可滿足區間及聯絡通道縱向臨界風速的要求。

4）為避免反復活塞風作用下防火門受損，并實現防火功能，可在區間聯絡通道處設置常開防火門。