地鐵區間隧道檢修通風方案與控制研究

陳 鋮

（徐州地鐵集團有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

地鐵已成為許多人優先選擇的交通方式。為了保證地鐵持續、安全和高效地運行，地鐵工作人員須經常進行區間隧道結構、軌道和設備的巡查、檢修與維護作業，但當每日天窗期檢修時，檢修位置不固定，存在區間單點或多點同時需要檢修的情況，工況具有隨機性。地鐵區間隧道屬于地下空間，夜間天窗期無活塞效應，空氣基本不流動，檢修人員易產生悶熱感，舒適度欠佳。在目前的地鐵隧道通風設計中，也未考慮到當地鐵工作人員進行區間隧道檢修時的通風工況。

根據調研，馮赟杰等人[1]研究了地鐵隧道盾構施工通風。殷展博[2]研究了地鐵PBA 暗挖車站施工通風設計。張超[3]研究了盾構施工抽出式通風方法。這些研究均基于施工通風，與當檢修時的隧道內環境存在差異，也未檢索到相關的規范條文。為了滿足檢修需求，指導后續線路檢修通風工況設計，填補檢修通風領域空白，該文借助地鐵環境模擬計算機程序（以下簡稱SES）對某地鐵工程區間隧道檢修通風進行模擬研究。

1 工況概況

以某地鐵線路為例，該工程線路長29.25km，全地下線，設站19 座，平均站間距1.6km。采用B 型車6 輛編組，列車最高時速80km/h。隧道施工工法包括盾構法和明挖法，其中區間隧道主要采用內徑為5.4m 的盾構隧道。

2 地鐵線路隧道通風方案

2.1 隧道通風方案

隧道通風系統按全高封閉式站臺門進行設計，采用分段縱向通風系統。區間隧道采用雙活塞模式，車站隧道設排熱系統。典型區間隧道模擬計算節點如圖1 所示。

圖1 典型區間隧道模擬計算節點圖

2.2 設備配置

該工程車站排熱風機（TEF）按50 m3/s 進行配置，區間隧道風機（TVF）風量按60 m3/s 進行配置。

3 通風標準的確定

3.1 維護檢修特點

地鐵區間隧道檢修與維護一般包括焊接和打磨等工種，易產生少量的煙塵以及臭氧、一氧化碳和氮氧化物等有害氣體[4-5]。每個維護檢修點通常為3 人～5 人同時作業，檢修工況人員數量少。由于可能存在單點或多點同時需要檢修的情況，檢修位置具有隨機性。

3.2 維護檢修人員需求

調研地鐵運營公司檢修人員需求，得到工務作業人員反饋如下：要求有吹風感，以緩解悶熱。根據風力等級劃分標準，能使人面有吹風感的風速為1.6m/s～3.3m/s 的輕風[6]，如果隧道內能夠產生相應的斷面風速，那么在理論上能夠滿足檢修人員的通風需求。

3.3 制定通風標準

《鐵路隧道施工規范》（TB 10204—2002）和《鐵路隧道工程施工安全技術規程》（TB 10304—2020）[7]中的相關條文為工程建設期的施工通風要求，建設期隧道內粉塵和有害氣體等濃度高[8]，溫度和濕度高[9]，通風環境與天窗期的隧道環境有較大區別；《地鐵設計規范》（GB 50157—2013）主要針對運營期隧道內乘客的新風量要求，乘客數量大，乘車時間短，與天窗期檢修環境有明顯不同，因此上述規范無法指導區間隧道檢修通風設計。

綜上所述，通風設備應在隧道內形成1.6m/s～3.3m/s 的斷面風速，為了盡量減少運行能耗，風速按1.6m/s 控制。模擬計算建議考慮1.2 富裕系數，即按照不小于1.92m/s 的風速來控制。

4 通風方案研究

4.1 通風方案

區間隧道檢修通風考慮采用分段縱向通風方式。

鑒于地鐵區間隧道夜間檢修工況具有隨機性，加上地鐵全線車站和區間隧道較多，為了避免全線檢修通風控制模式過多，控制過于復雜，考慮盡可能將多個區間組合為一個通風區段，同一通風區段采用同一通風模式，由中控室統一控制。

4.2 適用長度影響因素分析

通風區段越長，全線控制模式越少、越簡潔，但由于通風區段內含有車站站臺，站臺門的漏風導致通風區段無法成為封閉的獨立隧道，因此隨著通風區段長度增加，其風量損失越大。站臺門漏風縫大致分為站臺門頂部安裝縫隙、滑動門頂部和底部縫隙、應急站臺門縫隙，對6B 型車，經計算單條線路漏風面積為3 m2，整個站臺的漏風面積為6 m2。同一通風區段車站站臺數量越多，漏風面積越大，直接影響檢修通風效果，在該模擬計算確定適用長度過程中主要考慮車站站臺門漏風的不利影響。

4.3 通風區段的確定

4.3.1 控制模式

為了保證檢修區段盡可能長且能滿足斷面風速要求，考慮充分利用現有隧道通風設備，例如每個通風區段開啟首末站全部的TVF 風機，其中首站4 臺TVF 風機送風，末站4臺TVF 風機排風，其余風機和對應風閥關閉，即4 送4 排通風模式。

鑒于維護檢修特點，可能存在單線和雙線同時檢修的工況，可以將送排風模式分為以下兩種：單線4 送4 排和雙線4 送4 排。以6 站作為一個通風區段為例，單線4 送4 排工況以右線為例，首末站的TVF 風機僅對右線進行送排風。雙線4 送4 排模式首末站的TVF 風機分別對左右線進行送排風。模擬結果如圖2 所示，計算考慮車站屏蔽門漏風影響。

圖2 控制模式確定模擬計算結果（風速單位：m/s）

由圖2 可以看出，對單線4 送4 排的模式，右線最小斷面風速為2.11m/s，滿足設計要求；左線最小斷面風速僅為0.61m/s。對雙線4 送4 排的模式，左、右線的最小斷面風速分別為2.39m/s 和2.36m/s，均大于1.92m/s，滿足設計要求。兩種控制模式均能滿足各自條件下的斷面風速要求，但僅針對單線送排風，區段兩端斷面風速較大，中部斷面風速偏低，通風效果較差。主要原因是地鐵線路存在多種配線，配線導致左、右線連通，當對單一隧道通風時，配線的連通處導致氣流分流，無法有效控制連續多個區間斷面風速。

鑒于雙線4 送4 排模式能同時滿足左線和右線單獨檢修的要求，且最小斷面風速大于單線4 送4 排的最小斷面風速，通風效果更佳，無論是單線還是雙線檢修均推薦采用雙線4送4 排的控制模式，既滿足斷面風速要求，又可以使控制模式盡量簡潔。

4.3.2 通風區段劃分

地下至地上的出入場、出入段線由于存在隧道洞口，對隧道分段縱向通風效果影響較大，因此關于通風區段的劃分首先以出入場和段線為界。該線由于車站2 大里程端設有出入場線，因此考慮起點車站1～車站2 為一個通風區段，開啟車站1 的所有TVF 分別對左、右線送風，開啟車站2 的所有TVF 分別對左、右線排風，車站1 和車站2 的TEF 均關閉，兩站TVF 風量均為60m3/s。模擬計算結果，可以看出采用4 送4 排的通風模公式（左、右線均開啟2 臺TVF 分別對左、右線送排風）能夠保證通風區段1 達到2.36m/s 的斷面風速，滿足設計要求。

為了簡化全線檢修通風控制模式，基于上述雙線4 送4排的控制模式，初步考慮8 站、7 站和6 站等3 種劃分方案，通風方案仍為4 送4 排。例如8 站的劃分方案，即當車站3～車站10 左、右線同時須檢修時，考慮開啟車站3 的所有TVF 分別對左、右線送風，開啟車站10 的所有TVF 分別對左、右線排風，兩站TVF 風量均為60m3/s，車站3～車站10的所有TEF 均關閉，車站4～車站9 的活塞風閥均關閉。模擬結果如圖3 所示。

從圖3 可以看出7 站和8 站的區段劃分方式，由于通風區段長度長、沿程阻力大、屏蔽門漏風量大，導致該區段內最小斷面風速分別為1.70m/s 和1.81m/s，低于1.92m/s，不滿足設計要求，因此對不含出入場和段線的區間，建議最多考慮將6 站劃分為同一通風區段。

同理，將車站9～車站14 納入通風區段3，采用4 送4排的通風模式，通風區段3 最小斷面風速為2.47m/s，滿足設計要求，模擬計算結果如圖4 所示。

4.3.3 多通風區段相互影響的研究

由于檢修通風工況具有隨機性，可能出現多個通風區段同時需要檢修的情況，以下分別對不相鄰通風區段、相鄰通風區段同時動作工況進行驗算。

4.3.3.1 不相鄰通風區段

對不相鄰的通風區段1 和3，如果需要同時檢修通風，考慮分別啟動各自通風檢修模式，其余通風區段設備不動作，模擬結果如圖5 所示。

將圖3、圖4 和圖5 進行對比，可以發現，當2 個不相鄰通風區段（相隔6 站）一起動作時，隧道區間斷面風速相差不大且均大于1.92m/s，兩個模式同時開啟對兩者斷面風速基本沒有影響。

圖3 檢修通風區段長度確定模擬計算結果（風速單位：m/s）

圖4 檢修通風區段3 模擬計算結果（風速單位：m/s）

圖5 2.95 不相鄰通風區段1、3 同時開啟模擬計算結果（風速單位：m/s）

4.3.3.2 相鄰通風區段

同理，模擬計算得到如下結果：通風區段1、2 同時動作，區段1 斷面風速為2.08m/s，區段2 中最小斷面風速為2.32m/s（車站4 區間～5 區間）；通風區段2、3 同時動作，區段2 中最小斷面風速為2.09m/s（車站5 區間～6 區間），區段3 中最小斷面風速為2.23m/s（車站10 區間～11 區間）；通風區段1、2、3 同時動作，區段1 斷面風速為2.08m/s，區段2中最小斷面風速為2.06m/s（車站5 區間～6 區間），區段3 中最小斷面風速為2.22m/s（車站10 區間～11 區間），如圖6 所示。

圖6 通風區段1、2、3 同時動作模擬計算結果（風速單位：m/s）

根據比較發現，加開相鄰通風區段的設備后，原通風區段兩端區間風速有不同程度的增大，區段中部區間的風速有不同程度的衰減。加開相鄰通風區段后，原通風區段最小斷面風速有衰減，但加開后各個通風區段的斷面風速均大于1.92m/s，滿足設計要求。對相鄰通風區段的加開，雖然對原通風區段的通風效果有不同程度的影響，但是加開后各個通風區段的斷面風速仍能滿足設計要求。

5 結論

該文通過研究地鐵區間隧道檢修通風方案與控制，得到結論如下：1）為了滿足地鐵檢修人員新風量以及心理需求，建議當采用縱向通風方式時，將斷面風速控制在≥1.6m/s。2）在劃分檢修通風區段時，建議將設有出入場、段線的車站以及相鄰的一個車站、區間單獨劃分為一個通風區段，其余車站可按不超過6 站的原則來劃分通風區段，每個通風區段首站小里程端的區間建議納入該通風區段。建議將該工程劃分為5 個通風區段。3）每個通風區段均可采取4 送4 排的通風模式，即開啟該通風區段首站的4 臺TVF 分別對左、右線送風，開啟該通風區段末站的4 臺TVF 分別對左、右線排風，該區段的所有車站TEF 均關閉，中間車站的TVF 和活塞風閥均關閉。4）當多個通風區段須同時通風時，可直接同時開啟各個區段檢修通風模式。5）以上通風區段的劃分及控制模式的確定適用于5.4m 盾構內徑和6B 車型的地下線路，個別特殊配線區間的檢修通風模式建議結合設備配置及模擬計算確定。