地铁车站配线区排烟优化设计

张 训 水

(中铁二院华东公司，浙江 杭州 310000)

地铁是城市交通重要的组成部分，对缓解城市交通拥堵作用巨大，地铁车站人流密度大，一旦发生火灾事故，将对人员生命财产造成极大威胁。另一方面，地铁建设成本高昂，因此，精心设计,保证安全的同时，尽量减小建设成本意义巨大。本文以杭州市某地铁车站配线排烟形式为例，研究各种设计方案，以寻找最优方案。SES(Subway Environmental Simulation)程序由美国运输部城市运输管理局和发展处研发，SES计算模型能对一个地铁系统中不稳定的空气流动和环境条件的变化进行模拟，能作为地铁环境控制设计的一种有效的工具[1]。

目前关于地铁火灾的研究集中于站厅、站台、隧道火灾，对车站复杂配线处火灾研究较少，为保证列车运行畅通安全，地铁车站配线已成为地铁运营组织的重要组成部分。地铁车站常见配线形式有单渡线、交叉渡线、出入场线、联络线、单存车线和双存车线6种[2]。停车线是车站存车位置，一般断面面积较大，且长度长于一列车的长度，其隧道通风设计思路仍然是在满足限界要求前提下，尽量通过加设隔墙将其分隔成几个较小的断面，通过车站隧道风机(TVF风机)、排热风机(UOF风机)及设置的射流风机(若有)配合工作，满足通风排烟要求，本文重点要求停车线火灾纵向通风工况。

地铁工程由车站和区间组成，在车站端部一般设置有活塞/机械竖井，形成整个地下通风系统网路。杭州地铁某号线二期工程共设5个车站，均为地下车站。本文以SES软件为工具建模分析，重点研究二期工程终点站E站站后配线排烟，其隧道通风系统原理图如图1所示，作为二期工程临时终点站，本站应为后续三期工程预留条件。

根据GB 50157—2013地铁设计规范[3],纵向通风时隧道断面单洞风速2 m/s≤v≤11 m/s，且应高于“临界风速”，高于临界风速的目的是防止排烟时烟气回流。临界风速计算式如下[4]：

(1)

(2)

其中，Vc为临界风速，m/s；cp为空气定压比热容，J/(kg·K)；g为重力加速度，m/s2；H为隧道高度，m；Q为火源热量释放率，W；ρ∞为周围的空气密度，kg/m3；A为隧道净断面面积，m2；T为热烟流温度，K；T∞为环境温度，K；K为无量纲常数，取0.61；Kg为坡度修正系数。

经计算，本工程临界风速为2.2 m/s，故火灾纵向通风隧道断面风速2.2 m/s≤v≤11 m/s。

E站站后设停车线，作为二期工程临时停车站，必须保证每个通风区段的火灾排烟风速均满足设计要求。二期工程投运时本站站后上下行线和停车线均为非载客区间，可仅考虑将烟气尽快排出地面，无论车头车尾火灾，烟气均由最右端活塞风井排除。

隧道通风系统一般通过隧道风机(TVF风机)、排热风机(UOF风机)与射流风机的相互配合完成，本站TVF风机参数如下：风量：60 m3/s，风压：900 Pa，配电容量：380 V，90 kW；UOF风机参数如下：风量：40 m3/s，风压：600 Pa，配电容量：380 V，55 kW；射流风机参数：直径630，风量：12.3 m3/s，配电容量：380 V，功率22 kW。

E站共设置3座活塞/机械风井，车站A端设置一座风井，B端车站端部设置一座，B端停车线端部设置一座。E站战后配线共4个区间，分别为区间1～区间4，为满足区间1～区间4火灾通风排烟要求，共有以下两种方案：

方案1：车站最右端机械/火灾风井处配置2台TVF风机(TVF-B3,TVF-B4),则E站共配置6台TVF风机TVF-A1～A2,TVF-B1～B4,通过6台TVF风机配合满足区间隧道通风排烟要求。

方案2：在区间1～区间3处，每个区间配置2台射流风机，通过TVF-A1～A2,TVF-B1～B2与区间射流风机的配合满足通风排烟要求。

事实上，本工程5个车站、相邻区间及配置的风井共同组成了地下通风网络，每个车站风机开启其气流组织均受其他车站影响，因此，应将所有车站、区间及风井纳入SES节点图进行模拟，才能取得较为准确的结果。

当区间4(753区段)发生火灾时，两种方案SES模拟计算结果如图2，图3所示。根据计算结果显示，区间4发生火灾时，按照方案一，投入运行4台TVF风机，火灾区段纵向通风风速为4.81 m/s。按照方案二，投入运行2台TVF风机及4台射流风机，火灾区段纵向通风风速为2.27 m/s。两种方案均可满足区间4火灾工况纵向排烟风速要求。

表1 火灾工况SES模拟结果对比表

火灾位置方案一方案二火灾区间风速m/s设备开启火灾区间风速m/s设备开启列车在区间4(753区段)发生火灾4.81TVF-B3,B4排风,TVF-B1,B2送风2.27TVF-B1,B2送风,区间1开启2台射流风机,区间2开启2台射流风机列车在区间1(749区段)发生火灾2.21TVF-B3,B4排风,TVF-B1,B2送风,TVF-A1,A2送风2.93TVF-B1,B2送风,区间1开启2台射流风机列车在区间3(349区段)发生火灾2.32TVF-B3,B4排风,TVF-B1,B2送风2.46TVF-B1,B2送风,区间3开启2台射流风机

区间1与区间2通风工况效果类似，因此只对区间1，区间3，区间4火灾工况分两种方案进行SES模拟分析，计算结果如表1所示。表1中可见，两种方案均可满足隧道区间火灾通风要求，除区间4火灾工况外，方案二火灾区间风速均大于方案一，通风排烟效果更好。

另一方面，E站应为三期工程预留条件，三期工程投入运营时，站后区间为载客区间，应根据车辆火灾位置，按照人员疏散与排烟方向相反的原则组织气流，两种方案均可满足功能要求，采用方案二可利用本站后方车站的TVF风机与本站TVF风机及射流风机联合运行，通风排烟效果更好。

综上所述，方案一和方案二均可满足火灾工况区间风速要求。方案一需在停车线端部设置隧道通风机房，建筑面积增大约200 m2，且需增设置两台TVF风机；方案二射流风机吊装于轨行区顶部，减少土建规模，安装方便，节省投资，同时，方案二火灾时需开启的风机总功率小，对供电网络冲击较小，且有利于三期工程开通后整条线路的通风排烟，因此推荐采用方案二。

[1] Subway Environment Design Handbook,VolumeⅠ.Principles and Applications[Z].2002.

[2] 王静伟.地铁特殊配线车站的隧道通风系统配置[J].应用技术,2016(1):12-14.

[3] GB 50157—2013,地铁设计规范[S].

[4] Subway Environment Deisign Handbook,VolumeⅡ.SES User’s Mannal[Z].2002.