地鐵隧道中活塞風對防排煙系統的影響研究

唐海峰

中鐵四院集團西南勘察設計有限公司 云南 昆明 650220

正文：

在地鐵隧道中，活塞風在地鐵火災中產生的影響越來越被外界關注，秉承地鐵安全設計的重要方向之一，在地鐵隧道中發生火災的情況下，隧道中的活塞風對于火災肯定會造成影響，進一步加劇延期流動，加快有毒氣體擴散，造成不同程度的影響，對于隧道安全具有重要影響，研究地鐵隧道中活塞風對于防排煙系統的影響，有助于進一步研究防排煙系統設計，促進防排煙系統的優化，提升地鐵隧道安全性。

1.地鐵隧道活塞風概述

為了保持地鐵隧道內的空氣流通，在每個地鐵車站的兩端都各有3個風井與地面連接。地鐵車站兩端的3個風井一個叫“活塞風井”，主要用于釋放機車在隧道中做活塞運動時帶動的風力；另外兩個是排風井和進風井，用于隧道與外界的空氣流通。風井的長度有10多米長，但它的橫截面至少要達到20平方米以上，由車站頂部的任意方向斜伸向上，到快接近地面時變成垂直向上的“豎井”，這個轉角對聲音也有一定的抵消作用。

就活塞風的原理來看，主要是地鐵車輛在運行中，車輛前方空氣在車輛作用下，一部分順著車輛繞流到車輛尾部，而列車在行進中產生的“空穴”就會快速被周圍氣體填充，在地鐵車輛在隧道中快速行駛的過程中，考慮到相關的隧道周圍壁面的限制影響，造成車輛前方空氣被排擠開，無法順利全部流向車尾部位，車尾氣流順著車輛的行駛方向向前移動，車頭前面受到快速擠壓的空氣壓強上升，這樣壓強上升后的壓強波按照相應的傳播速度向車前移動，這樣就形成了向著列車前進方向流動的氣流，生成活塞風。

2.地鐵隧道活塞風對于火災影響的模擬分析

為了明確活塞風對于地鐵隧道防排煙系統的影響，嘗試借助火災動力學模擬軟件FDS對于3m/s、5m/s、7m/s活塞風影響下的深埋地鐵區間隧道火災的相關數值進行模擬分析，得出了下列的基本影響指標的變化情況：

?

可以看出，因為受到活塞風的影響，在5m/s的活塞風速度影響下，產生的防排煙效果最差，火災功率較高，火源上方溫度較高，逃生區間CO濃度較高，造成逃生區間的能見度較低，這對于逃生是大大不利的，而在7m/s活塞風影響下，相關的影響程度相對也比較高，，這就表明了活塞風增大并不一定造成火災功率增大及相關溫度和煙氣濃度的增大，而活塞風在3m/s的情況下，所有的防排煙效果是最理想的，此時的火災功率、火源上方溫度以及逃生去CO濃度等都是比較低的數值，且逃生區的能見度較高，可以判斷此時是最理想的防排煙狀況

3.地鐵隧道活塞風對于防排煙的影響對策

根據相關的實驗分析，得出活塞風對于火災煙氣流場影響比較特殊，且具有一定的規律性，會在一定狀況下造成火災時的人員疏散產生不利影響，探究地鐵隧道火災的蔓延規律以及防排煙的設計對于提升隧道火災安全性具有重要意義。實驗發現，在地鐵隧道中設置中部風井實施自然通風的情況下，能夠借助風井自由流動帶走一部分煙氣，會會隧道中的煙氣濃度以及溫度發揮一定的降低作用，但是這種設計往往會導致中風井附近的煙氣濃度增加，也不利于人員疏散。

嘗試在隧道中設計逃生井同時啟動正壓送風，借助相關的風壓能夠實現煙氣的逆流預防，降低隧道中煙氣溫度和濃度，對于火災疏散來說是比較有利的，但是要想保證相應的蘇三風速得到滿足，會導致逃生井斷面的風速增加，影響人員疏散逃離，而實驗證明，使用整他送風2m/s加上風井排煙6m/s的設計聯動作用，能夠有效解決這一問題，保證火災中的有效人員疏散。

在對于不同風速活塞風的研究中，發現，在5m/s的活塞風風速下，造成的火災不利影響值最明顯，此時的疏散條件較差，這時產生的防排煙效果最差，火災功率較高，火源上方溫度較高，逃生區間CO濃度較高，造成逃生區間的能見度較低，對于地鐵隧道發生火災會產生較大的影響，不利于人員的及時疏散，可以通過控制活塞風的風速來實現有效的防排煙聯動，實驗發現在活塞風為3m/s的情況下產生的火災影響最小。但是總體來看，活塞風對于火災終究是不利的，在一定程度上會造成火勢和煙氣的蔓延。

針對活塞風影響，可以使用逃生井正壓送風以及排煙聯動實現對火災形勢的改善，對于有效控制煙氣流動，提升空氣能見度，降低煙氣溫度和濃度等都具有一定的通，實驗發現在將排煙開到8m/s，同時，將正壓送風調至2m/s的情況下，能夠有效降低煙氣溫度和濃度，提升能見度，為逃生創造較好的環境和時間。

總結：列車運行時，為保持地鐵隧道內的空氣流通，在每個地鐵車站的兩端都有風井與地面連接，其中“活塞風井”主要用于釋放列車在隧道中做活塞運動時帶動的風力，活塞風井設計是必要的，但是地鐵隧道的活塞風對于隧道的防排煙會產生一定的影響，但是合理的設置和聯動設計應用，能夠緩解活塞風帶來的不利火災逃生的影響，在具體的應用中，需要根據實際活塞風的大小情況來選擇合適的排煙風速以及正壓送風風速等，這樣就能為逃生創造較好的條件。