地铁开闭式隧道通风系统区间两端喷嘴设置研究

郭永桢

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，710043，西安∥高级工程师）

地铁开闭式隧道通风系统区间两端喷嘴设置研究

郭永桢

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，710043，西安∥高级工程师）

基于地铁开闭式隧道通风系统的特点，在站台设置安全门和不设安全门两种情况下，通过不同容量隧道风机的模拟计算，确定了喷嘴在开闭式区间隧道通风系统的设置原则：无安全门的开闭式系统，区间隧道两端应设置喷嘴；设安全门的开闭式系统，典型区间两端可不设喷嘴，以缩短车站长度，减小土建规模；配线区间两端应设置喷嘴，可降低隧道风机容量和配电负荷，提高系统安全性。

地铁；开闭式系统；区间隧道；喷嘴设置

Author's addressChina Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，710043，Xi'an，China

我国幅员辽阔，各地气候差异较大，屏蔽门系统、开闭式系统在地铁工程中均有应用。其中屏蔽门系统应用较广泛。目前，我国北方城市如乌鲁木齐、兰州、哈尔滨、大连、沈阳、包头、呼和浩特等的地铁均采用了开闭式系统，即：车站公共区采用通风系统或蒸发冷却降温通风系统，区间隧道利用列车活塞通风和机械通风。且为了有效防止乘客有意或无意跌入轨道，改善候车环境，新建开闭式系统地铁基本都在站台边沿设置了全高或半高安全门。该系统虽然比传统开闭式系统减小了活塞风对车站公共区气流的影响，但无法起到屏蔽门隔断车站和区间气流的作用。传统开闭式系统一般在区间两端设置喷嘴加强通风效果。本文主要研究设安全门的开闭式系统隧道通风各种工况的气流组织和防排烟模式，确定该系统区间两端喷嘴优化设置的原则，以指导工程设计，实现安全可靠、技术先进、经济合理的地铁工程建设目标。

1 开闭式隧道通风系统

开闭式隧道通风系统在车站站台与区间隧道之间不设门或设置安全门，车站均与区间隧道连通，因此，无论是否设置安全门，区间隧道与车站空间的环境控制都必须作为统一的整体来考虑。设置安全门只是更能保障乘客安全和列车运营。该系统一般用于空调季节较短或不需空调的地区，通常分为车站公共区设置空调系统和通风系统两种情况。设置空调时，负荷计算需考虑列车运行散热负荷。其特点是在过渡季节时可关停空调通风系统，能有效利用活塞风对车站公共区进行通风换气，减小通风空调设备运行能耗。

由于传统开闭式系统站台边缘完全开敞，区间隧道通风系统运行时，站台、楼扶梯、站厅、出入口等形成与室外连通的气流通过路径，导致一部分气流流失，难以保证区间断面风速，所以采取加大风机容量或设置喷嘴的方式解决区间断面风速问题。加大隧道风机风量，则增加了通风设备、配电设备的初投资和运营费用。利用喷嘴射流，在适当增加隧道风机风量的情况下可满足要求。一般设置喷嘴时隧道风机风量配置为70 m3/s，可满足复杂区间的事故工况断面流速大于2 m/s的要求。

对于设置安全门的开闭式系统（见图1），虽然

安全门上方的风带连通车站和区间，但全高的门体增加了站台和区间的通风阻力。通过研究安全门对区间与车站通风量的影响，可以优化隧道通风风机容量和喷嘴设置获得最优组合方式；甚至取消喷嘴（即取消车站喷嘴房间，缩短车站长度，减小车站土建规模，节省工程投资），也能满足隧道通风系统事故工况气流组织。

图1 某安全门开闭式系统地铁车站站台

2 喷嘴及其应用情况

2.1 喷嘴的功能特性

喷嘴是一种增加通风流速和动压，并诱导气流流向隧道区间的一种地铁隧道通风设备。按照其出口的几何形状，可分为矩形喷嘴、圆台喷嘴、椭圆喷嘴三种。圆台喷嘴局部阻力系数相对较小，但同一工况下矩形喷嘴送风风量最大［1］。风量是满足区间隧道事故通风断面风速要求的重要保证，所以工程中采用矩形喷嘴的较多。本文以矩形喷嘴为例研究喷嘴的设置。图2所示为矩形喷嘴在站端的布置。其中：喷嘴入口设计为3 500 mm×3 500 mm，出口设计为3 000 mm×1 500 mm，喷射角度为30°，长度为7 500 mm；入口风量为单台隧道风机60 m3/s或70 m3/s；喷嘴出口下沿安装高度距轨面不小于2 m，以免喷嘴送风扩散区域下部风速过大影响乘客疏散。

2.2 喷嘴应用情况

目前，国内地铁工程喷嘴设置层次不齐，各地设置原则不尽相同。表1列出了国内部分地铁工程喷嘴设置情况，既有全线都设喷嘴的，也有全线都不设置喷嘴的。设置喷嘴需要加长车站，增加车站土建工程投资，但系统运行可靠性较高；不设置喷嘴可节省土建投资，但需增加通风设备、配电设备容量和投资，且由于系统控制复杂而导致运行可靠性下降。目前在建的乌鲁木齐、兰州、太原、呼和浩特、包头等城市的地铁工程遇到了同样的选择。因此，有必要研究安全门开闭式系统，确定在合适的系统设备容量配置下，采取较简单的控制模式，既能保证系统运行的可靠性、又能节省工程投资的一种喷嘴设置原则，以便合理设置喷嘴、优化系统设备容量、减小车站土建规模。

图2 站端喷嘴布置图

表1 国内部分地铁工程喷嘴设置情况

3 模拟计算

根据某安全门开闭式系统工程特点和边界条件，通过与传统开闭式系统模型节点图的对比优化，建立了安全门开闭式系统的模型节点图，并对阻塞工况和火灾工况下典型区间和配线区间通风防排烟进行模拟计算。

3.1 SES模型节点图的区别

不设安全门的开闭式隧道通风系统，站台与车站轨行区连通，在SES模型节点图［2］中为同一隧道段，如图3所示。设置安全门的开闭式通风系统SES模型节点图如图4所示，安全门上部500 mm高度空间设置风带，连通站台与轨行区；模型节点图中站台和隧道分为不同的隧道段，之间通过风井节连接，为了简化模型，等效为每侧多个风井节，通过安全门及风带的几何物理特性确定该风井节的K-factor（风阻系数）［3］。可利用SES模拟各种事故工况时事故隧道断面气流流速，以确定喷嘴的设置原则。

图3 不设安全门开闭式隧道通风系统SES模型节点图

图4 设安全门开闭式隧道通风系统SES模型节点图

3.2 模拟计算结果

3.2.1 典型区间事故工况模拟计算

设定区间两端车站不设置配线，区间隧道断面为单圆盾构，区间长度约1 km，对站台不设安全门和设置安全门、区间端部有无喷嘴、隧道风机容量为60 m3/s和70 m3/s的各种组合工况进行模拟计算。事故隧道断面风速要求不小于2 m/s［4-5］。模拟计算结果如表2所示。

由表2可知，站台不设置安全门和喷嘴时，风机风量为70 m3/s，即使区间两端车站隧道风机全部开启，也不能满足典型区间事故隧道断面风速不小于2 m/s的要求。因此，只有加大风机容量或设置喷嘴。但是，风机容量过大，需增加配电设备投资和系统运行费用，故风机风量加大至70 m3/s时，设置喷嘴是一种较经济的方式。由工况A0S1N70模拟结果可知，设置喷嘴后，采用4送4排的方式能满足事故断面风速。

站台设置安全门、不设置喷嘴时，风机风量为70 m3/s，由工况A1S0N70模拟结果可知，无喷嘴采用3送3排的方式也能满足事故断面风速。当然，有喷嘴时事故断面风速能更高，如工况A1S1N70的模拟结果。所以，从工程经济性考虑，在设置安全门的开闭式系统中，典型区间可取消喷嘴。

3.2.2 配线区间事故工况模拟计算

设定区间一端车站不设置配线，另一端车站设置存车折返线，单洞单线区间隧道断面为单圆盾构，单洞双线区间隧道暗挖，区间长度约1 km，对站台不设安全门和设置安全门、区间端部有无喷嘴、隧道风机容量为60 m3/s和70 m3/s的各种组合工况进行模拟计算。事故隧道断面风速要求不小于2 m/s。模拟结果如表3所示。

由表3可知，站台不设置安全门和喷嘴时，风机风量为70 m3/s，即使区间两端车站隧道风机全部开启，也不能满足配线区间事故隧道断面风速的要求。因此，只有设置喷嘴。由工况B0S1N70的模拟结果可知，设置喷嘴后，采用4送4排的方式能满足事故断面风速。

表2 典型区间事故工况模拟计算结果汇总表

表3 配线区间事故工况模拟计算结果汇总表

站台设置安全门、不设置喷嘴，风机风量加大至70m3/s，由工况B1S0N70的模拟结果可知，无喷嘴时采用4送4排的方式也不能满足事故断面风速。设置喷嘴后，经工况B1S1N70模拟，采用4送4排的方式能满足事故断面风速的要求。所以，在设置安全门的开闭式系统中，配线区间应设置喷嘴，增加事故通风可靠性。

4 结论

（1）站台不设安全门的开闭式隧道通风系统，当隧道风机风量为70m3/s时，为保证事故工况事故隧道断面风速满足要求，典型区间和配线区间两端均应设置喷嘴，以增加气流流速和流量，满足事故区间断面流速。设置喷嘴对于减小事故风机容量和

配电负荷较为有利。

（2）站台设置全高安全门的开闭式隧道通风系统，当隧道风机风量为70 m3/s时，典型区间事故工况通过开启隧道两端车站各4台隧道风机，在无喷嘴时能满足区间事故风速要求，故可取消该区间两端喷嘴，以减小车站土建规模，节省工程投资。

（3）站台设置全高安全门的开闭式隧道通风系统，当隧道风机风量70 m3/s时，配线区间事故工况在开启隧道两端车站各4台隧道风机、无喷嘴时不能满足区间事故风速要求，故区间两端应设置喷嘴，以保证系统运行的安全性、可靠性。

对配线区间的模拟分析仅列出了存车折返线的几种工况，其他形式配线区间模拟结果基本类似。设置安全门的开闭式系统，配线区间两端若不设置喷嘴，由于上下行线配线连通处和安全门上部风井节均存在较大气流损失，将较难保证事故区间隧道断面流速，所以区间送风应设喷嘴。目前，兰州地铁1号线经过模拟计算，按此原则优化了全线喷嘴的设置，并通过了初步设计专家组审查。当然，不同线路的区间隧道土建条件不同，应根据每条线路的模拟计算结果最终确定各个区间喷嘴的设置，优化系统设备容量，从而减小车站土建规模，节省工程投资，建成技术创新先进、投资经济合理、运行安全可靠的地铁工程。

［1］ 郄雪红.高位喷嘴在地铁区间隧道事故通风中的应用研究［D］.上海：同济大学，2005.

［2］ U.S.Department of Transportation Research and Special Programs Administration Volpe National Transportation Systems Center.Subway Environmental Design Handbook，Volume I，Principle and Applications［G］.2nd ed.2002.

［3］ U.S.Department of Transportation Research and Special Programs Administration Volpe National Transportation Systems Center.Subway Environmental Design Handbook，Volume II，Subway Environmental Simulation Computer Program［G］.2002.

［4］ GB 50157—2003地铁设计规范［S］.

［5］ GB 50490—2009城市轨道交通技术规范［S］.

Qn Nozzle Setting in Subway Qpen/Close Tunnel Ventilation System

Guo Yongzhen

Based on the characters of open/close subwaytunnel ventilation system，in the conditions of subway platform with or without safety doors，the setting principle of nozzlesis decided by simulating different capacities of tunnel fans.It indicates that sectional subway tunnels should install nozzles at both ends in open/close system without platform safety door；while the sectional tunnelsshould not install nozzles at both ends in open/close system with platform safety doors，in order to shorten the length of station and reduce the scale of civil engineering.Also，the wiring interval should be provided with nozzles at both ends to reduce the tunnel fan capacity and load distribution，at the same time to improve the system security.

subway；open/close system；sectional tunnel；nozzle setting

U 231.5

2013-12-26）