关于地铁快线穿山段隧道通风系统配置的研究

李小波

摘 要：地铁列车在隧道内高速行驶通过面积突变处时，引起的空气动力学现象主要是压力波，其是造成列车内司乘人员耳鸣、耳痛等不适问题的直接原因，为减小地铁隧道压力波的影响，应采取措施以保证舒适度；与此同时，还应考虑地铁隧道穿山段的防灾。广州地铁二十一号线为最高时速为120km/h的高速轨道交通线路，区间盾构标准断面5.4m，长平～金坑区间穿山段长度2.7km，文章根据线路资料、列车资料、行车追踪情况及其他边界条件，运用SES-V4.1地铁环境模拟计算程序进行模拟计算，对穿山段压力变化率及防灾模式进行研究，形成了合理的工程设计方案并指导工程实施。

关键词：地铁隧道；穿山段；防灾；压力变化率；缓解措施

1 介绍

广州市轨道交通二十一号线工程（员村-增城广场），整个工程初期全长约60.9公里，其中地下线路全长约38.5公里，穿山隧道约6公里，地上线路长约16.4公里，全程共设有20座车站，其中，地下车站有16座，4座高架车站，沿途共设置有7座换乘车站。平均站间距约3.03km，最大站间距7.672km，为朱村至象岭区间，最小站间距1.243km，为黄村至世界大观区间。全线设置一段两场，在萝岗区水西村南侧设水西停车场，在增城市山田村东侧设象岭停车场，在萝岗区与增城交界处，镇龙站北侧设镇龙车辆段。二十一号线工程采用快慢车组合运营模式，车辆采用B型车6辆编组，最高运行时速能达到120km/h。其中，在整个轨道交通沿线的挖掘中，所使用的盾构挖掘设备的直径为5.4m，在长平～金坑区间穿山段长度2.7km。地铁列车在地下或隧道中进行高速行驶时，会对隧道内的空气进行压缩，尤其是在隧道内的横截面积突变处所造成的空气压力波会造成列车内的成员产生耳鸣、耳痛等影响正常乘坐的问题，通过对铁路沿线及列车资料进行分析后并运用SES-V4.1地铁环境模拟计算程序进行模拟计算，对穿山段压力变化率及防灾模式进行研究，形成了较为合理的轨道工程施工方案。

2 穿山段隧道通风设计执行标准

轨道交通系统隧道通风系统主要目的是为地铁隧道内提供一定的通风量并控制隧道内的温度以满足地铁列车的空调需求，并在地铁隧道火灾发生时能够及时的排除隧道内的烟尘.国家的铁路隧道通风系统的设计标准如下：在隧道正常运行时需要将温度控制在40.4℃以内，对于隧道内的空气压力，当压力变化绝对值≤700Pa时，在1.7s内隧道内的压力变化应≤700Pa；当压力变化绝对值>700Pa时，压力变化率必须<410Pa/s。对于当地铁隧道发生火灾时的排烟应当满足防止烟气逆流的临界风速要求。

3 数学模型

3.1 研究对象的物理描述及建模

轨道交通二十一号线工程中的穿山隧道部分建模如下：根据隧道的全长及挖掘直径，以及地铁列车的行驶计算结果，在隧道区间段应设置中间风井。并对隧道入口及中间及中间风井等面积突变区域所导致的空气压力进行计算，以5m为1节点，以便更为详尽的表现出空气压力随隧道深度变化。

3.2 研究方法

地铁系统中的车站一般相距在2公里以内，中间的地铁隧道为了满足温度及防灾（火灾排烟、送风）等要求，需要在两个车站之间设置通风风井及通风风机，文章采用SES-V4.1对隧道通风情况进行模拟。

4 模拟结果分析

由于隧道端面的扩大可以有效的降低压力波动所带来的影响，从经济性和可靠性等方面出发可以在隧道的入口处和中间风井等路段设置渐变段来降低空气压力所带来的影响。

通过对隧道内的渐变段中由列车所带来的压力数据进行模拟分析后发现，在标准的5.4m直径的隧道内，虽然设置的渐变段能够一定程度上缓解空气压力所带来的影响，但由于列车行驶速度较快，其渐变段之间所设置的距离较短，无法满足需求，而将渐变段之间的距离设置为100m时可以有效的缓解空气压力所带来的影响，减少因空气压力对人的听力所造成的不适。同时，当地铁列车以120km/h的速度经过风阀来关闭中间风井时，由于风阀未能完全封闭，使得风井存在着一定的漏风现象，但通过对列车通过时的压力数据进行统计后发现，隧道中的空气压力已经下降为原先的一半，符合国家的建设标准。同时由于中间风井通常设置于长大区间内，对区间内的通风换气及环境控制存在着较为重要的作用，因此风阀的启闭需结合运营的实际情况执行。

5 对于地铁隧道通风系统的建设方案

为了满足地铁隧道对于通风、防火灾等方面的需求，根据上述对于地铁通风系统的模拟情况可以得知，需要在广州市轨道交通二十一号线工程中的长平-金坑段的穿山隧道中的入口处加装流风机（共4组，16台，每台30m3/s，推力1100N，功率37kW）。同时由于工程受到建设的经济性等的影响，采用关闭活塞风道的方式能够有效缓解空气压力所带来的影响，所以，在进行隧道建设的过程中，中间风井处仅设置机械风机及风道，而不需设置活塞风道。其施工图如图2所示。

6 结束语

地铁隧道通风系统是地铁隧道建设中的重要内容，文章主要对广州轨道交通二十一号线在建设过程中由于隧道面积突变所导致的空气压力问题进行了分析介绍，并对建设过程中的隧道通风系统情况采用SES-V4.1进行了模拟，指出如何在隧道中设置合适的渐变段来减缓由于空气压力所带来的影响。

参考文献

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[3]郑继亭.高速公路隧道环境数据处理与通风控制模型研究[D].长安大学，2012，5.