地铁区间隧道检修通风方案与控制研究

陈 铖

（徐州地铁集团有限公司，江苏 徐州 221000）

0 引言

地铁已成为许多人优先选择的交通方式。为了保证地铁持续、安全和高效地运行，地铁工作人员须经常进行区间隧道结构、轨道和设备的巡查、检修与维护作业，但当每日天窗期检修时，检修位置不固定，存在区间单点或多点同时需要检修的情况，工况具有随机性。地铁区间隧道属于地下空间，夜间天窗期无活塞效应，空气基本不流动，检修人员易产生闷热感，舒适度欠佳。在目前的地铁隧道通风设计中，也未考虑到当地铁工作人员进行区间隧道检修时的通风工况。

根据调研，冯赟杰等人[1]研究了地铁隧道盾构施工通风。殷展博[2]研究了地铁PBA 暗挖车站施工通风设计。张超[3]研究了盾构施工抽出式通风方法。这些研究均基于施工通风，与当检修时的隧道内环境存在差异，也未检索到相关的规范条文。为了满足检修需求，指导后续线路检修通风工况设计，填补检修通风领域空白，该文借助地铁环境模拟计算机程序（以下简称SES）对某地铁工程区间隧道检修通风进行模拟研究。

1 工况概况

以某地铁线路为例，该工程线路长29.25km，全地下线，设站19 座，平均站间距1.6km。采用B 型车6 辆编组，列车最高时速80km/h。隧道施工工法包括盾构法和明挖法，其中区间隧道主要采用内径为5.4m 的盾构隧道。

2 地铁线路隧道通风方案

2.1 隧道通风方案

隧道通风系统按全高封闭式站台门进行设计，采用分段纵向通风系统。区间隧道采用双活塞模式，车站隧道设排热系统。典型区间隧道模拟计算节点如图1 所示。

图1 典型区间隧道模拟计算节点图

2.2 设备配置

该工程车站排热风机（TEF）按50 m3/s 进行配置，区间隧道风机（TVF）风量按60 m3/s 进行配置。

3 通风标准的确定

3.1 维护检修特点

地铁区间隧道检修与维护一般包括焊接和打磨等工种，易产生少量的烟尘以及臭氧、一氧化碳和氮氧化物等有害气体[4-5]。每个维护检修点通常为3 人～5 人同时作业，检修工况人员数量少。由于可能存在单点或多点同时需要检修的情况，检修位置具有随机性。

3.2 维护检修人员需求

调研地铁运营公司检修人员需求，得到工务作业人员反馈如下：要求有吹风感，以缓解闷热。根据风力等级划分标准，能使人面有吹风感的风速为1.6m/s～3.3m/s 的轻风[6]，如果隧道内能够产生相应的断面风速，那么在理论上能够满足检修人员的通风需求。

3.3 制定通风标准

《铁路隧道施工规范》（TB 10204—2002）和《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304—2020）[7]中的相关条文为工程建设期的施工通风要求，建设期隧道内粉尘和有害气体等浓度高[8]，温度和湿度高[9]，通风环境与天窗期的隧道环境有较大区别；《地铁设计规范》（GB 50157—2013）主要针对运营期隧道内乘客的新风量要求，乘客数量大，乘车时间短，与天窗期检修环境有明显不同，因此上述规范无法指导区间隧道检修通风设计。

综上所述，通风设备应在隧道内形成1.6m/s～3.3m/s 的断面风速，为了尽量减少运行能耗，风速按1.6m/s 控制。模拟计算建议考虑1.2 富裕系数，即按照不小于1.92m/s 的风速来控制。

4 通风方案研究

4.1 通风方案

区间隧道检修通风考虑采用分段纵向通风方式。

鉴于地铁区间隧道夜间检修工况具有随机性，加上地铁全线车站和区间隧道较多，为了避免全线检修通风控制模式过多，控制过于复杂，考虑尽可能将多个区间组合为一个通风区段，同一通风区段采用同一通风模式，由中控室统一控制。

4.2 适用长度影响因素分析

通风区段越长，全线控制模式越少、越简洁，但由于通风区段内含有车站站台，站台门的漏风导致通风区段无法成为封闭的独立隧道，因此随着通风区段长度增加，其风量损失越大。站台门漏风缝大致分为站台门顶部安装缝隙、滑动门顶部和底部缝隙、应急站台门缝隙，对6B 型车，经计算单条线路漏风面积为3 m2，整个站台的漏风面积为6 m2。同一通风区段车站站台数量越多，漏风面积越大，直接影响检修通风效果，在该模拟计算确定适用长度过程中主要考虑车站站台门漏风的不利影响。

4.3 通风区段的确定

4.3.1 控制模式

为了保证检修区段尽可能长且能满足断面风速要求，考虑充分利用现有隧道通风设备，例如每个通风区段开启首末站全部的TVF 风机，其中首站4 台TVF 风机送风，末站4台TVF 风机排风，其余风机和对应风阀关闭，即4 送4 排通风模式。

鉴于维护检修特点，可能存在单线和双线同时检修的工况，可以将送排风模式分为以下两种：单线4 送4 排和双线4 送4 排。以6 站作为一个通风区段为例，单线4 送4 排工况以右线为例，首末站的TVF 风机仅对右线进行送排风。双线4 送4 排模式首末站的TVF 风机分别对左右线进行送排风。模拟结果如图2 所示，计算考虑车站屏蔽门漏风影响。

图2 控制模式确定模拟计算结果（风速单位：m/s）

由图2 可以看出，对单线4 送4 排的模式，右线最小断面风速为2.11m/s，满足设计要求；左线最小断面风速仅为0.61m/s。对双线4 送4 排的模式，左、右线的最小断面风速分别为2.39m/s 和2.36m/s，均大于1.92m/s，满足设计要求。两种控制模式均能满足各自条件下的断面风速要求，但仅针对单线送排风，区段两端断面风速较大，中部断面风速偏低，通风效果较差。主要原因是地铁线路存在多种配线，配线导致左、右线连通，当对单一隧道通风时，配线的连通处导致气流分流，无法有效控制连续多个区间断面风速。

鉴于双线4 送4 排模式能同时满足左线和右线单独检修的要求，且最小断面风速大于单线4 送4 排的最小断面风速，通风效果更佳，无论是单线还是双线检修均推荐采用双线4送4 排的控制模式，既满足断面风速要求，又可以使控制模式尽量简洁。

4.3.2 通风区段划分

地下至地上的出入场、出入段线由于存在隧道洞口，对隧道分段纵向通风效果影响较大，因此关于通风区段的划分首先以出入场和段线为界。该线由于车站2 大里程端设有出入场线，因此考虑起点车站1～车站2 为一个通风区段，开启车站1 的所有TVF 分别对左、右线送风，开启车站2 的所有TVF 分别对左、右线排风，车站1 和车站2 的TEF 均关闭，两站TVF 风量均为60m3/s。模拟计算结果，可以看出采用4 送4 排的通风模公式（左、右线均开启2 台TVF 分别对左、右线送排风）能够保证通风区段1 达到2.36m/s 的断面风速，满足设计要求。

为了简化全线检修通风控制模式，基于上述双线4 送4排的控制模式，初步考虑8 站、7 站和6 站等3 种划分方案，通风方案仍为4 送4 排。例如8 站的划分方案，即当车站3～车站10 左、右线同时须检修时，考虑开启车站3 的所有TVF 分别对左、右线送风，开启车站10 的所有TVF 分别对左、右线排风，两站TVF 风量均为60m3/s，车站3～车站10的所有TEF 均关闭，车站4～车站9 的活塞风阀均关闭。模拟结果如图3 所示。

从图3 可以看出7 站和8 站的区段划分方式，由于通风区段长度长、沿程阻力大、屏蔽门漏风量大，导致该区段内最小断面风速分别为1.70m/s 和1.81m/s，低于1.92m/s，不满足设计要求，因此对不含出入场和段线的区间，建议最多考虑将6 站划分为同一通风区段。

同理，将车站9～车站14 纳入通风区段3，采用4 送4排的通风模式，通风区段3 最小断面风速为2.47m/s，满足设计要求，模拟计算结果如图4 所示。

4.3.3 多通风区段相互影响的研究

由于检修通风工况具有随机性，可能出现多个通风区段同时需要检修的情况，以下分别对不相邻通风区段、相邻通风区段同时动作工况进行验算。

4.3.3.1 不相邻通风区段

对不相邻的通风区段1 和3，如果需要同时检修通风，考虑分别启动各自通风检修模式，其余通风区段设备不动作，模拟结果如图5 所示。

将图3、图4 和图5 进行对比，可以发现，当2 个不相邻通风区段（相隔6 站）一起动作时，隧道区间断面风速相差不大且均大于1.92m/s，两个模式同时开启对两者断面风速基本没有影响。

图3 检修通风区段长度确定模拟计算结果（风速单位：m/s）

图4 检修通风区段3 模拟计算结果（风速单位：m/s）

图5 2.95 不相邻通风区段1、3 同时开启模拟计算结果（风速单位：m/s）

4.3.3.2 相邻通风区段

同理，模拟计算得到如下结果：通风区段1、2 同时动作，区段1 断面风速为2.08m/s，区段2 中最小断面风速为2.32m/s（车站4 区间～5 区间）；通风区段2、3 同时动作，区段2 中最小断面风速为2.09m/s（车站5 区间～6 区间），区段3 中最小断面风速为2.23m/s（车站10 区间～11 区间）；通风区段1、2、3 同时动作，区段1 断面风速为2.08m/s，区段2中最小断面风速为2.06m/s（车站5 区间～6 区间），区段3 中最小断面风速为2.22m/s（车站10 区间～11 区间），如图6 所示。

图6 通风区段1、2、3 同时动作模拟计算结果（风速单位：m/s）

根据比较发现，加开相邻通风区段的设备后，原通风区段两端区间风速有不同程度的增大，区段中部区间的风速有不同程度的衰减。加开相邻通风区段后，原通风区段最小断面风速有衰减，但加开后各个通风区段的断面风速均大于1.92m/s，满足设计要求。对相邻通风区段的加开，虽然对原通风区段的通风效果有不同程度的影响，但是加开后各个通风区段的断面风速仍能满足设计要求。

5 结论

该文通过研究地铁区间隧道检修通风方案与控制，得到结论如下：1）为了满足地铁检修人员新风量以及心理需求，建议当采用纵向通风方式时，将断面风速控制在≥1.6m/s。2）在划分检修通风区段时，建议将设有出入场、段线的车站以及相邻的一个车站、区间单独划分为一个通风区段，其余车站可按不超过6 站的原则来划分通风区段，每个通风区段首站小里程端的区间建议纳入该通风区段。建议将该工程划分为5 个通风区段。3）每个通风区段均可采取4 送4 排的通风模式，即开启该通风区段首站的4 台TVF 分别对左、右线送风，开启该通风区段末站的4 台TVF 分别对左、右线排风，该区段的所有车站TEF 均关闭，中间车站的TVF 和活塞风阀均关闭。4）当多个通风区段须同时通风时，可直接同时开启各个区段检修通风模式。5）以上通风区段的划分及控制模式的确定适用于5.4m 盾构内径和6B 车型的地下线路，个别特殊配线区间的检修通风模式建议结合设备配置及模拟计算确定。