地鐵中間風井隧道通風系統布置優化研究

黃強

中鐵第六勘察設計院集團有限公司

0 引言

隨著我國地鐵建設的發展，長大區間隧道越來越多。目前國內類似工程案例數以百計，對于地鐵中間風井的研究，多為面向中間風井設置的必要性[1-3]的以及單活塞和雙活塞比選方面[4-5]的討論，未能結合規范和需求對地鐵中間風井隧道通風系統布置形式等進行系統的優化研究。

在相近的工法和邊界條件下，由于設計者的經驗不同導致工程的規模、投資、使用維護便利程度等差別較大。筆者通過對比研究全國各地 60 多個中間風井設計案例并進行總結，結合不同的工法和邊界條件得出六種優化后的中間風井隧道通風系統布置形式，并闡述不同方案的優缺點及適用條件，為后續及類似工程提供設計參考。

1 設置原則及布置要求

1.1 設置原則

1）工藝要求（氣流組織順暢）放在第一位考慮。

2）占地少，基坑要盡量歸整，上下對齊，方便土建施工。

3）錯位的樓梯通過封閉內走道連通，形成錯位的擴大防煙樓梯間。

4）變電所盡量布置在軌行區層，附屬用房在滿足供配電要求前提下盡量簡化，以便簡化小系統設計。

5）活塞風井兼小系統排風井，樓梯間加壓送風井兼小系統新風井，減少地面風亭的數量，便于地面景觀設計。

6）風機運輸路徑設置風機起吊梁，方便運輸檢修。

1.2 布置要求

1）地鐵中間風井隧道通風系統具有活塞通風和機 械通風的功能。

2）活塞風道面積16 m2，長度≤40 m，彎頭≤3 個。機械風道面積 10 m2，消聲器有效面積系數 50%，隧道風機Q=60～80 m3/s，P=1000 Pa，直徑Φ2～2.3 m，風機靜壓比＞70%，兩臺風機互為備用，也可實現同時對一個區間進行送風或排風。

3）風機的前后配置天圓地方和消音器，變徑管長度不應小于2 m，消聲器片間風速≤6m/s，消聲器對內的長度不小于2 m，對外的長度不小于3 m。

4）電動組合風閥的有效面積按 80%計，風速≤ 8m/s，且不直接連接在消音器上。

1.3 系統設計

為保證兩臺隧道風機并聯運行時，風路盡量相似，避免相互影響，工藝圖優化考慮將傳統7 風閥方案（圖1）改為8 風閥方案（圖2）或10 風閥方案（圖3）。

圖1 典型方案（7 閥）

圖2 優化方案（8 閥）

圖3 優化方案（10 閥）

2 地鐵中間風井隧道通風系統的優化方案

地鐵中間風井隧道通風系統布置形式，應在滿足上述基本要求前提下，盡量結合總圖條件、施工工法、線路埋深、通風工藝等，采用靈活多變的布置形式。以下結合幾種布置形式進行具體分析。

2.1 單層風道同側風井布置（形式一）

線路位于道路中間，風井需要在道路一側布置，隧道風機布置在活塞風道內，垂直于線路（隧道）方向，活塞風孔布置在隧道的頂部（圖4）。

圖4 單層風道同側風井優化布置方案

風井兼盾構井，風孔需避免與盾構井孔沖突，基坑主體 19 m×42 m，上下對齊，除出地面樓梯間外掛，其余部分都在主體內布置。采用8 風閥系統，隧道頂部風閥均按5 m×4 m 設計，互為備用，風路互不干擾。附屬設備房布置在負二層，布置緊湊，便于小系統布置，小系統風管基本無交叉，綜合管線簡單。樓梯間加壓風井兼送風井，活塞風井兼排風井，不設專門的小新風井，盡量簡化小系統布置。

優點：各種工況氣流組織順暢，特別是解決了兩臺風機同時對一個隧道通風時單風閥局部阻力過大的問題。另外，當外溫過高（南方夏季）或過低（東北冬季）區間需要閉式運行時，活塞風道可兼迂回風道使用。

缺點：風道水平同側布置，寬度較大。

2.2 單層風道兩側風井布置（形式二）

線路位于道路中間，風井在道路兩側設置（圖5）。此布置土建工程量最小，氣流組織最順。

圖5 單層風道兩側風井優化布置方案

風井兼盾構井，風孔需避免與盾構井孔沖突，基坑 12.5 m×48 m，上下對齊。采用 10 風閥系統，隧道頂部風閥均按 3.5 m×3.5 m 設計，互為備用，風路互不干擾。風閥 DZ-3/4、DZ-5/6、DZ-7/8、DZ-9/10 為同步風 閥。風閥孔DZ-05/06 兼吊裝孔。附屬設備房布置在負二層外掛區域，便于小系統布置，小系統風管基本無交叉，綜合管線簡單。

優點：每條活塞風道均可做到最短布置，無論自然通風還是機械通風氣流都非常順暢，且互不干擾。

缺點：與形式一相比，不兼迂回風道使用。需要設置兩組檢修/疏散樓梯。

2.3 單層風道順線路布置（形式三）

線路位于道路中間較寬綠地內或在地塊內，風井頂出設置（圖6）。

圖6 單層風道順線路優化布置方案

風井兼盾構井，風孔需避免與盾構井孔沖突，基坑30 m×21.6 m，上下對齊。采用 7 風閥系統，兩隧道風機同時對一個隧道送風時氣流稍顯沖突。附屬設備房布置在兩區間隧道之間的區域，上下對應，便于管線孔洞設置，上下聯系便捷，小系統管線無交叉，綜合管線簡單。風井采用敞口布置時，不能正對軌行區。

優點：氣流組織順暢，機房面積最省，活塞風路徑短，閥門少，設備安裝檢修方便。活塞風道可兼迂回風道使用。

缺點：與形式一相比，迂回風道作用弱。兩臺風機同時對一個隧道通風時的單風閥的局部阻力過大。

2.4 雙層風道風井同側、隧道風機同層布置（形式四）

線路在道路中間，風井在道路一側設置，隧道風機布置在活塞風道內，垂直于線路（隧道）方向。活塞風孔直接布置在隧道的頂部（圖7）。

圖7 雙層風道風井同側布置（隧道風機同層布置）方案

風井兼盾構井，負一、負二層為風道層，負三層為軌行區。負一、負二層基坑凈尺寸為 14.5 m×44 m，負三層14.5 m×21.6 m。采用8 風閥系統。

優點：氣流組織較順暢，布置緊湊。

缺點：變電所布置在負一層，需注意高壓進線電纜井及變壓器運輸路徑。

2.5 雙層風道風井同側、隧道風機異層布置（形式五）

線路在道路中間，風井在道路一側設置，隧道風機布置在活塞風道內，垂直于線路（隧道）方向。活塞風孔布置在隧道頂部（圖8）。

圖8 雙層風道風井同側布置（隧道風機異層布置）方案

風井兼盾構井，負一、負二層為風道層隧道風機分層布置，負三層為軌行區。負一、負二層基坑凈尺寸為 17 m×59.9 m，負三層 17 m×26.9 m。采用的是 7 風閥系統。

優點：氣流組織較順暢。變電所布置在負二層，便于小系統布置，小系統風管基本無交叉，綜合管線布置緊湊。

缺點：與形式四相比，基坑規模大。

2.6 隧道風機立式布置（形式六）

覆土較深時，風井是否兼盾構井會影響風機布置及基坑深度。不兼盾構井方案基坑最小深度約 25 m（圖 9），兼盾構井方案基坑最小深度約 30 m（圖 10）。基坑平面尺寸均按22 m×13 m 左右控制。

圖9 隧道風機立式優化布置（風井兼盾構井立式布置）方案

風機立式安裝，采用7 風閥系統，活塞風路短。變電所布置在中間設備層，需注意高壓進線電纜井及變壓器運輸路徑。在滿足隧道通風及消防疏散要求前提下，剩余的空間多，建議作為無人房間考慮且減少分隔，以簡化小系統布置。風機應具備檢修及吊裝條件。各層設備（風機、消聲器、風閥）應考慮設置中板便于安裝檢修。風亭采用敞口形式時，風井不能正對軌行區。為保證氣流順暢，建議人防封堵采用水平封堵。

優點：可最大限度減少占地面積，各工況氣流組織順暢，TVF 風機功率較小。

缺點：隧道風機的檢修、安裝較常規水平布置困難，機房處的結構設計較常規布置復雜。

3 地鐵中間風井隧道通風系統布置形式的選擇

地鐵中間風井隧道通風系統布置形式的選擇，推薦如下：

1）當風井較淺，軌面埋深 15 m 以內，無頂部直接出風亭條件時，宜考慮單層風道風井同側或兩側布置方案，可參考形式一（圖4）和形式二（圖5）。當有頂出風井條件時，宜選用單層風道順線路布置方案，可參考形式三（圖6）布置。

2）當風井較深，軌面埋深15～25 m 之間，宜選則風道雙層布置方案，可參考形式四（圖7）和形式五（圖 8）布置。

3）當軌面埋深25 m 以上，宜選用立式布置方案，形式六（圖 9 和圖10）布置。

圖10 隧道風機立式優化布置（風井不兼盾構井立式布置）方案

4 結語

除以上給出的六種優化后地鐵中間風井隧道通風系統布置形式外，還有其它不同的布置形式，如單活塞雙TVF 布置形式等，由于篇幅有限，不再一一陳述，設計者可在滿足系統要求的前提下，結合車站的具體控制條件如總圖條件、施工工法、線路埋深、通風工藝等要求因地制宜地，靈活選取。