高密度行车隧道风压对站台门运行的影响研究

刘沃鸿，张 存，卓雪城

（佛山市轨道交通发展有限公司，广东 佛山 528299）

站台门一般由固定门、滑动门、应急门及端门组成。滑动门在数量及位置上的设置应与车辆门一一对应，两对滑动门之间的屏蔽结构由固定门组成。端门设置在站台两端，与靠站台而设的站台门垂直接壤，与设备房外墙一并构成一个全封闭的屏蔽系统。站台门承受的风压主要由列车活塞效应和车站通风空调系统造成，其中列车活塞效应造成的风压与列车数量、车型、车速、区间隧道结构、车站站台形式、轨道排风机运行状态、活塞风机开启状态等因素有关[1]。随着地铁运营能力的提高，早晚高峰时段行车密度较高，部分站台门在列车进出站过程中易出现无法关闭的情况，影响乘客的人身安全和地铁的正常运营。

为了解决高密度行车时站台门关门不畅的问题，需明确活塞效应造成的隧道风压的分布规律。在工程上，目前多采用数值模拟分析计算高密度行车时隧道风压的分布规律，通过SES软件、FLUENT软件等数值模拟软件建立车站区间简化模型，模拟单活塞和双活塞两种工况下高密度行车时风压对站台门产生的影响[2-3]。通过工况模拟发现，活塞风井数量对隧道风压的影响较大，双活塞系统的通风效率优于单活塞系统。为提高计算效率，建立模型时会对实际情况进行一定简化，因此以上模型均未考虑相邻区间隧道、轨道排风机等因素对隧道风压的影响。

为进一步明确高密度行车对隧道风压的影响，文章以某地铁站为研究对象，对不同工况下列车运行过程中车站隧道各点风压大小、变化情况进行监测，对比平谷期与高峰期下不同运行工况对隧道风压的影响，探索针对既有线路隧道通风系统的优化运行模式，解决高密度行车时站台门关门不畅的难题。

1 测试方案

1.1 测试对象及方法

该测试实验选取某地铁站下行线路为研究对象，在站台及区间隧道两端布置测试点，对列车运行时不同运行工况的隧道风压进行监测。

1.2 测试方法

该车站每侧站台共6节车厢，每节车厢5个滑动门。由于高密度行车时出现关门不畅的站台门主要分布在站台两端，结合现场安装条件，站台门共布置25个测点，均布置在下行线路站台门上，具体情况如下：

（1）固定门处布置9个测点，均布置在轨行区侧，其中1#测点布置在尾端司机立杆处，9#测点布置在首端司机立杆处；1#～9#测点全部布置于轨道侧。（2）活动门上布置10个测点，均布置在站台侧，其中10#～12#测点布置站台尾端第一节车厢的活动门上，13#～16#测点布置站台中部步梯及自动扶梯附近的活动门处，17#～19#测点布置在站台首端第一节车厢的活动门上。具体位置如图1所示。（3）在轨行区风道附近的站台两端的上下行线路共布置测点6个，其中上行线路3个、下行线路3个，20#、21#、22#、25#位于风道的通风口处，23#和24#测点位于风洞通风口附近的隧道空间处。

图1 站台门测点布置示意

在以上测试点安装风压传感器（精度为0.5%FS，量程为±500Pa），通过风压传感器实时连续测量测试点的风压。传感器末端连接2芯线缆进行供电和信号传输，传感器采集数据先通过线缆输出数据至CR1000数据采集仪，再传输至控制台数据存储和显示终端。站台门风压测试系统拓扑图如图2所示。

图2 站台门风压测试系统拓扑图

1.3 测试工况

为明确高密度行车对隧道风压及站台门运行的影响，该测试试验对行车高峰期不同通风工况下从列车进站至出站时段的隧道风压进行监测，同时采集平谷期对应工况的隧道风压进行对比。进行监测的工况从以下因素考虑：（1）左右线机械风道连通状态为不连通、单侧连通和两侧连通；（2）活塞风井情况为单活塞和双活塞[4]；（3）轨道排风机状态为全开启、全关闭、半开半闭。以上多种不同因素按两两配对的方式进行工况组合，以最终确定测试的工况，其中高峰期测试工况如图3所示。

图3 高峰期测试工况

2 测试结果分析

2.1 不同活塞工况数据分析

轨道排风机开启的情况下，分别针对相同时段进行不同测点、不同活塞状态下数据分析，变化曲线如图4所示。

图4 高峰期和平谷期的各测点极大值与极小值

从图4可以看出，在同一时刻、不同活塞通风系统下，站台门与轨行区各测点风压分布规律基本一致，主要表现为轨行区测点风压变化较大，站台区的测点风压变化较小。轨行区站台首尾两端风压绝对值最大，其中司机立杆处（9#测点）的正压最大，2#测点（进站端）负压最大。高峰期9#和2#测点的隧道风压绝对值明显大于平谷期，说明高密度行车时产生的隧道风压对站台两端站台门影响较大。

2.2 轨道排风机运行状态对高峰期隧道风压的影响

为明确不同轨道排风机运行状态对高峰期隧道风压的影响，对不同轨道排风机运行状态下各区域的不同活塞工况风压分布进行分析。

行车密度较高时，在不同活塞工况下，站台区风压分布规律基本一致，沿着行车方向，风压逐渐增大。对于单活塞系统双侧连通和双活塞系统，轨道排风机运行状态对站台区风压影响较小。

轨行区测点风压变化曲线图如图5所示。从图5可以看出，行车密度较高时，在不同活塞工况下，轨行区列车车头和车尾处风压明显大于其他区域。轨道排风机全开时，双活塞双侧连通工况2#的负压最大，但对于单活塞系统，轨道排风机全开时2#的负压极值小于轨道排风机全关闭的工况，说明轨道排风机的运行状态应结合具体活塞工况确定。

2.3 高峰期隧道风压变化趋势

轨道排风机全开时双活塞双侧连通工况与单活塞双侧连通工况测点2#和9#的风压记录如图6所示。从图7可以看出，单活塞双侧连通工况风压变化相对滞后，但两种工况下测点的风压随时间的变化趋势基本一致。

3 结论

文章通过不同工况下的风压测试实验，分析了站台门站台区和轨行区活塞效应产生的风压分布规律，以及平谷期和高峰期不同运行模式对隧道风压的影响，得出以下结论：

图5 轨行区测点风压变化曲线图

图6 高峰期双活塞双侧连通、单活塞双侧连通工况

（1）不同工况下，站台门站台侧及轨行区侧风压分布规律基本一致，由于受列车进出站影响程度较大，轨行区风压大小及波动程度明显大于站台侧。

（2）高峰期风压明显高于平谷期，高峰期最大风压近220Pa，平谷期一般维持在80Pa以下。

（3）在列车进出站瞬间压力大，但风压持续时间短，泄压较快。

（4）轨行区进站端和出站端端部测点的风压的绝对值大于站台中部，轨行区列车两端位置承受正压，列车车厢对应区域站台门承受负压，设计站台门时应结合高峰期风压值，考虑适当加大站台两端滑动门的关门力。

（5）高密度行车时，单活塞双侧连通工况对站台门轨行区侧产生的风压影响最小，实际运行时可按照单活塞双侧连通工况设置风阀的开启状态，减少活塞效应对站台门的影响。

（6）高密度行车时，在无法改变活塞风井及风路的情况下，可以通过调整轨排风机的开启数量，减少隧道风压对站台门的影响，又能兼具节能的效果。