地鐵站臺門漏風量特性分析

何壘 王帥

中鐵二院華東勘察設計有限責任公司

0 引言

截止2018 年底，中國大陸地區共有33 座城市開通地鐵，運營里程4354.3 km，占城市軌道交通系統總里程的75.6%。地下鐵路余熱余濕和有害氣體需采取合理的通風、空調等措施排至室外，但其運營能耗已接近地鐵運營總能耗的50%，且仍在持續上漲[1]。

地鐵車站通風空調系統負荷計算的準確性關系著設備選型是否準確及運行能耗大小。但負荷計算中的站臺門漏風負荷由于其不穩定性一直采用估算方法，通常認為站臺門開啟時由站臺流入隧道的漏風量為8～10 m3/s[2]，此法計算負荷通常偏大，使得空調設備供冷過量。本文利用一維數值模擬軟件，基于實際地鐵工程簡化建立了五站六區間一維地鐵線路數值模型，旨在對停站時間、行車周期、軌行區排風量影響下的站臺門漏風量進行研究。

1 模型的建立及參數設置

1.1 一維數值模型建立

根據標準島式地鐵站簡化建立了5 站6 區間一維地鐵線路數值模型，如圖1 所示。其中，地鐵站均為雙活塞風井系統標準島式地鐵站，并采用全封閉式站臺門系統，如圖2[3]。選取中間車站C 為研究對象。各單元構件尺寸參數見表1。列車行車速度曲線見圖3。

圖1 一維地鐵線路網絡模型及地鐵站結構示意圖

圖2 地鐵站站臺門制式

圖3 列車行駛速度曲線

表1 標準島式地鐵站各構件尺寸參數

1.2 模擬參數的設置

模擬中，車站通風空調系統均關閉。結合實際地鐵運行現狀，模型參數的設置如下：

1）停站時間：列車停站時間設置為20 s、30 s、40 s。

2）行車周期：地鐵列車運行的行車周期設置為120 s、144 s、180 s，同時考慮地鐵運營初期的最大行車周期360 s。

3）軌行區排熱風量：行車周期為120 s 時，站臺每側軌行區的排熱風量設置為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s；行車周期為144 s 時，站臺每側軌行區的排熱風量設置為50 m3/s；行車周期為180 s 時，站臺每側軌行區的排熱風量設置為40 m3/s；行車周期為360 s 時，站臺每側軌行區的排熱風量設置為30 m3/s。同時，考慮軌行區排熱系統關閉時，排熱風量設置為0 m3/s。

此外，本文中一維數值模型的準確性已經在之前的研究中得到驗證[3-4]。

2 結果與分析

本研究中，站臺門風量以進入地鐵站臺為正，以流出地鐵站臺為負。

2.1 停站時間的影響

從圖4 可以看出，不同停站時間情況下，各行車周期的上、下行線的站臺門風量變化趨勢基本一致。由于列車進出站時間的不同，站臺門風量變化僅出現一定的時間延遲。

圖4 各行車周期下停站時間對站臺門風量的影響

從圖5 可以看出，行車周期120 s、144 s、180 s、360 s 時，站臺門平均進風量、出風量均隨著停站時間的增大而增大。行車周期120 s，站臺每側軌行區排風量50 m3/s 時，停站時間由20 s 增至40 s，站臺門平均進風量由14.31 m3/s 增至18.87 m3/s，增加31.90%；站臺門平均出風量由36.48 m3/s 增至40.22 m3/s，增加10.23%。行車周期144 s，站臺每側軌行區排風量50 m3/s 時，停站時間由20 s 增至40 s，站臺門平均進風量由11.51 m3/s 增至16.16 m3/s，增加40.45%；站臺門平均出風量由36.55 m3/s 增至40.78 m3/s，增加11.57%。行車周期180 s，站臺每側軌行區排風量40 m3/s 時，停站時間由20 s 增至40s，站臺門平均進風量由10.50 m3/s 增至14.78 m3/s，增加40.74%；站臺門平均出風量由31.61 m3/s 增至35.45 m3/s，增加12.13%。行車周期360 s，站臺每側軌行區排風量30 m3/s 時，停站時間由20 s 增至40 s，站臺門平均進風量由5.25 m3/s 增至7.32 m3/s，增加39.30%；站臺門平均出風量由21.02 m3/s 增至24.2 1m3/s，增加15.16%。

圖5 一天內地鐵運營時段的站臺門平均進、出風量

綜上所述，行車周期120 s、144 s、180 s、360 s 時，停站時間由20 s 增至40 s，站臺門平均進風量增加約31.39%～40.74%，站臺門平均出風量增加約為10.23%～15.16%。

2.2 行車周期的影響

從圖6 可以看出，停站時間為30 s，軌行區排熱系統關閉，行車周期為120 s、144 s、180 s、360 s 時，站臺門平均進風量隨著行車周期的增大而減小，站臺門平均出風量隨著行車周期的增大先增大后減小。行車周期從120 s 增至360 s，站臺門平均進風量由39.44 m3/s降至10.47 m3/s，下降73.46%；站臺門平均出風量先由16.68 m3/s 增至18.77 m3/s，而后降至14.70 m3/s，最大差值占最小站臺門平均出風量的27.71%。

圖6 一天內地鐵運營時段行車周期對站臺門平均進、出風量的影響

2.3 站臺軌行區排風量的影響

從圖7 可以看出，行車周期120 s 的上、下行線的站臺門風量變化規律受站臺軌行區排風量的影響并不顯著，但是站臺門風量有所變化。隨著軌行區排風量的增加，站臺門風量變化曲線向下移動，即站臺門進風量下降，站臺門出風量增加。停站時間20 s 情況下，站臺軌行區排風量為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s 時，上行線和下行線站臺門進風量的最大值依次為45.25 m3/s、40.70 m3/s、35.66 m3/s 和61.43 m3/s、54.58 m3/s、47.30 m3/s；而上行線和下行線站臺門出風量的最大值依次為48.45 m3/s、52.25 m3/s、57.77 m3/s 和52.88 m3/s、56.29 m3/s、59.50 m3/s。停站時間30 s 情況下，站臺軌行區排風量為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s 時，上行線和下行線站臺門進風量的最大值依次為41.06 m3/s、36.48 m3/s、32.28 m3/s 和63.32 m3/s、58.26 m3/s、52.49 m3/s；而上行線和下行線站臺門出風量的最大值依次為50.85 m3/s、54.59 m3/s、57.91 m3/s 和54.39 m3/s、57.87 m3/s、62.15 m3/s。停站時間40 s 情況下，站臺軌行區排風量為30 m3/s、40 m3/s、50 m3/s 時，上行線和下行線站臺門進風量的最大值依次為37.71 m3/s、33.73 m3/s、30.57 m3/s 和64.71 m3/s、62.04 m3/s、58.87 m3/s；而上行線和下行線站臺門出風量的最大值依次為51.95 m3/s、55.60 m3/s、58.94 m3/s 和58.40 m3/s、62.78 m3/s、66.93 m3/s。

圖7 行車周期120 s，軌行區排風量對站臺門風量的影響

從圖8 可以看出，在行車周期120 s 時，站臺門平均進風量均隨著站臺軌行區排風量的的增大而減小；而站臺門平均出風量均隨著站臺軌行區排風量的的增大而增加。對于站臺門平均進風量，停站時間20 s時，站臺軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均進風量由21.70 m3/s 降至14.31 m3/s，下降34.07%；停站時間30 s 時，站臺軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均進風量由24.82 m3/s 降至16.95 m3/s，下降31.71%；停站時間40 s 時，站臺軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均進風量由27.14 m3/s 降至18.87 m3/s，下降30.46%。對于站臺門平均出風量，停站時間20 s 時，站臺軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均出風量由27.13 m3/s 增至36.48 m3/s，增加34.46%；停站時間30 s 時，站臺軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均出風量由29.06 m3/s 增至38.88 m3/s，增加33.78%；停站時間40s 時，站臺軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均出風量由30.22 m3/s 增至40.22 m3/s，增加33.10%。

圖8 一天內地鐵運營時段的站臺門平均進、出風量

綜上所述，站臺每側軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均進風量下降約為30.46%～34.07%；站臺門平均出風量增加約為33.10%～34.46%。

3 結論

本課題利用一維數值模擬軟件，簡化建立了一維地鐵線路數值模型，對停站時間、軌行區排風量影響下的站臺門漏風量進行研究分析。研究結果表明：

1）行車周期120 s，站臺每側軌行區排風量50 m3/s，停站時間20 s～40 s 時，站臺門平均進風量處于14.31 m3/s～18.87 m3/s；站臺門平均出風量為36.48 m3/s～40.22 m3/s。行車周期144 s，站臺每側軌行區排風量50 m3/s，停站時間20 s～40 s 時，站臺門平均進風量處于11.51 m3/s～16.16 m3/s；站臺門平均出風量為36.55 m3/s～40.78 m3/s。行車周期180 s，站臺每側軌行區排風量40 m3/s，停站時間20 s～40 s 時，站臺門平均進風量處于10.50 m3/s～14.78 m3/s；站臺門平均出風量為31.61 m3/s～35.45 m3/s。行車周期360 s，站臺每側軌行區排風量30 m3/s，停站時間20 s～40 s 時，站臺門平均進風量處于5.25 m3/s～7.32 m3/s；站臺門平均出風量為21.02 m3/s～24.21m3/s。

2）行車周期120 s、144 s、180 s、360 s 時，停站時間由20s 增至40 s，站臺門平均進風量增加約31.39%～40.74%，站臺門平均出風量增加約為10.23%～15.16%。

3）停站時間為30 s，軌行區排熱系統關閉時，行車周期從120 s 增至360 s，站臺門平均進風量由39.44 m3/s 降至10.47 m3/s，下降73.46%；站臺門平均出風量先由16.68 m3/s 增至18.77 m3/s，而后降至14.70 m3/s，最大差值占最小站臺門平均出風量的27.71%。

4）行車周期120 s 時，站臺每側軌行區排風量由30 m3/s 增至50 m3/s，站臺門平均進風量下降約為30.46%～34.07%；站臺門平均出風量增加約為33.10%～34.46%。