行业要闻

摘 要: 研究目的: 随着国内地铁线路的增多，有时难免需要穿越大江、大河; 同时随着隧道数量的增多，在隧道中发生的火灾也越来越频繁，危害性也越来越严重，隧道通风排烟系统成为日益重要的研究课题。

研究结论: 本文针对地铁的长大过江区间隧道，从通风系统形式、气流组织等方面详细研究了长大区间隧道的通风、排烟系统设计方案，对于同时存在多列车同向运行的长大区间隧道，当区间隧道采用大洞方案时，设置顶部风道、风口来组织隧道内的通风排烟; 当区间隧道采用小洞方案时，在区间隧道上设置中间风井，利用中间风井进行通风排烟。

关键词: 地铁; 系统; 通风; 排烟; 过江隧道; 大洞方案; 小洞方案; 火灾工况

 

      地铁长隧道由于具有狭长的几何尺寸和发车密度高、客流大等运营特点，当灾害来临时，易发生燃烧迅速、烟气弥漫快、疏散空间狭窄、人员疏散慢等不利情况。由于列车运行和设备运转等都会散发大量的热量，若不及时排除，隧道内部的环境会使得设备无法正常运转。因此，必须设置通风系统，对隧道内部的空气温度、气流速度和空气质量等空气环境因素进行控制，保证地铁设备能够正常运转。本文结合南京地铁 3 号线工程可行性研究报告，探讨南京地铁过江隧道通风系统的设计方案。

 

      南京地铁 3 号线是一条整体呈南北走向的线路，沿线经过江北的浦口区，江南的下关区、鼓楼区、玄武区等重要片区，浦珠路站—滨江路站过江( 长江) 隧道区间长度为 3 321 m，属超长区间，其区间通风( 包括正常运营模式、阻塞运营模式、火灾工况排烟模式等)模式应通过模拟计算、分析比选来确定。

      南京地铁 3 号线越江隧道采用盾构法施工方案，具体分为大洞方案和小洞方案。下面对大洞方案、小洞方案的隧道通风系统分别进行分析研究。

 

      大洞方案地铁过江隧道主体为一条单洞双线圆形盾构隧道，隧道直径 11 m，隧道内加设中隔墙，设计为防火墙，将隧道分为2 个相对独立的部分，墙上每200 m开设防火门 1 个，为列车着火时人员疏散使用。由于不设置中间通风竖井，利用圆形隧道顶部比较大的空间在两条线路的顶部设置一条土建通风道，采用纵向通风方式来解决过江隧道列车阻塞与火灾事故时的通风排烟。土建风道面积约为 10.6 m²，从滨江路站北端的事故/活塞风道开始，到浦珠路站南端的事故/活塞风道结束，该风道作为列车在隧道内发生火灾时的排烟风道或送风风道，车站事故风机通过区间事故风阀和结构风道相连。两车站端部靠过江区间的单台隧道风机风量为 80 m³/ s，风压为 1 400 Pa。如图 1所示。

      由于在大洞中间布置了隔墙，使得单洞的断面积与一般区间隧道面积相差不大，在这种条件下经模拟计算可知，正常运行时过江段远期隧道温度最高点为38． 5 ℃ ，可以控制在规范要求的 40 ℃ 范围内。正常运行时，利用列车运行的活塞效应，使隧道与外界通风换气，维持温度不超过 40℃的规范标准。

      当列车由于事故阻塞在区间隧道时，应根据列车的阻塞地点对阻塞段区间隧道进行机械通风，保证该段区间隧道内温度不超过40 ℃，且最不利点温度满足列车空调冷凝器工作温度( 45 ℃) 。列车在该段隧道内发生阻塞的最不利情况为同方向阻塞两列车，此时列车前进方向车站一端的两台事故风机并联送风，同时后方车站一端的两台事故风机并联排风。经模拟计算，对区间的纵向通风可控制隧道内最不利点温度不超过 45 ℃，且该段区间风速大于 2 m/s。

      由于利用过江隧道上部的富裕空间设置了排烟道( 兼送风道) ，因此提出了以下 2 个非常规的通风防排烟方案进行研究分析。

      区间中部设一组排烟口是在过江段区间隧道左右线中间顶部各开1 组3 m( 宽) ×5 m( 长) 的排烟口，同时也可以做为送风口，列车着火时可根据火灾位置组织气流纵向送风，人员可以通过隔墙上的防火门进入另一条隧道逃生。活塞风井至排烟口之间的距离为1 660 m，而两列车在本区间的最小间距约为 1 800 m，因此在活塞风井和排烟口之间不可能同时存在两辆列车。火灾时，打开中部排烟口，根据火灾位置的不同，开启一端( 远离火灾点) 的车站隧道风机通过排烟道进行排烟，开启另一端( 靠近火灾点) 的车站隧道风机通过隧道进行送风。

      采取在区间轨顶设多组排烟口的多段式方法，这种方案是在火灾列车上方直接排烟。只需将火灾列车产生的烟气直接由列车顶部的排烟口经排烟道排出隧道，具体设置就是在盾构段顶部每隔 60 m 开一个 3 m× 3 m 的排烟口，排烟口均为常闭式排烟口，列车着火后以列车中部为基准点，根据火灾的位置开启列车上方前后共 180 m 范围内的 4 个排烟口，同时打开两端排烟风机，利用顶部产生的吸力达到横向排烟的效果，使烟气在最短时间内进入排烟道，并保证烟气离疏散平台距离不小于 2 m，以保证人员顺利疏散及救援。这种情况下只考虑列车着火一种情况，不分列车在车身何处着火，但要求事故列车的停车位置精确，以便于就近开启其顶部的排烟口，及时排除烟气。

      综上所述，大洞方案的两种排烟模式均能满足排烟要求。方案一控制点较少，操作方便，漏风量也较少，因而可靠性较高。而方案二采用横向排烟，从理论上讲其排烟效果好于纵向排烟，但排烟口数量多，漏风量较大，控制点多，控制模式相对复杂。故大洞方案采用方案一排烟方式较优。

 

      当地铁过江隧道主体为两条单线圆形盾构隧道时，单洞隧道直径仅为 6． 2 m，由于没有条件设置专用的送、排风道，因此只适于采用纵向通风方式。纵向通风方式具有系统简洁易实施的优点，但由于其沿行车方向纵向排烟的特点，火灾发生后易造成隧道内温度升高快，对隧道结构破坏面积大的缺点，人员疏散环境恶化得也很快，人员可用疏散时间相对缩短。纵向通风方式不适于同时疏散两列及两列以上满载乘客的列车，当可能出现该状况时，可通过设置中间风井来解决。由于该区间过长，会出现两列车在区间内追踪的情况，因此在该区间必须设置中间风井及联络通道。两中间风井将整个区间分为三段，其中中间风井的设置原则是保证两风井所在的中间区段内不会同时存在两列车且尽量保证中间风井都设在长江两岸的陆地上。从浦珠路站至滨江路站方向依次分为 a、b、c 三段，长度分别为 1 220 m、1 800 m、301 m。由于两列车在本区间的最小间距约为1 800 m，因此不会出现两列车在同一区段内。如图 2、图 3 所示。

      对于过江段，由于距离较长，为了便于隧道内外气体热湿交换，为地下空间尽量创造一个好的环境，采用技术比较成熟，通风效果好的双活塞风道形式。活塞风井兼区间事故风井，通风竖井内设置活塞风道和事故通风机房，机房内设置 2 台隧道风机单台风量60 m³/ s，风压 1 000 Pa，并设置相应的消声器、风阀等设备。

      列车正常运行时，利用列车运行的活塞效应，使隧道与外界通风换气，来自然冷却三段隧道。经计算，在远期晚高峰运行条件下，区间小时平均温度维持在31 ～ 36 ℃ 以下，绝大多数区域维持在 32 ～ 35 ℃ 之间，仅靠活塞风就可以控制在规范要求的 40 ℃范围内。

      若停车时间超过 2 min，即确定为列车阻塞; 当确定列车阻塞在区间隧道时，区间隧道通风系统将被启动进行阻塞通风，降低阻塞列车位置处的隧道温度，阻塞通风的运行模式一般考虑按与行车一致的方向送风，此种情况下温度控制点为列车车头处的环境温度，保证该段区间隧道内温度不超过40 ℃，且最不利点温度满足列车空调冷凝器工作温度( 45 ℃) 。

      列车由于事故阻塞在 a 段右线区间隧道时，开启浦珠路站南端右线事故风机并联送风，同时开启长江北岸通风竖井内右线事故风机排风。列车由于事故阻塞在 b 段右线区间隧道时，开启长江北岸竖井内右线事故风机送风，同时长江南岸竖井内右线事故风机排风。列车由于事故阻塞在 c 段右线区间隧道时，开启滨江路站北端右线事故风机排风，江南岸竖井内右线事故风机送风。阻塞在左线区间隧道时，隧道风机的送排与右线区间的相反。列车在 a、b 两个区间有同时阻塞时，在这种情况下采用中间风井送风，两端风井排风的运行模式，即两列车中间的通风竖井内风机送风而两列车两端竖井或车站风机排风的形式。经初步模拟计算以上情况下对区间的纵向通风均能满足区间阻塞时的温度要求，且该段区间风速大于 2 m/s。

      当列车区间隧道内发生火灾事故时，应根据火灾地点有效组织通风、排烟和人员疏散，由区间一端的风机送风，另一端排烟，排烟方向与多数人员的疏散方向相反，人员可就近疏散到车站或通过联络通道疏散到另一条隧道内。火灾模拟情况分析如下。

      列车停在浦珠站—滨江路站区间右线两中间风井之间且列车尾部发生火灾，此时应按与行车相反方向组织排除烟气，多数乘客按与行车一致的方向疏散，开启列车头前部的联络通道，通过相邻隧道疏散乘客。此时关闭车站轨道排风系统，开启右线江北中间风井事故风机排风，右线江南风井事故风机送风，同时关闭滨江路站及浦珠路站车站右线各活塞风道的活塞风阀，模拟显示流经火灾列车断面空气流速 1． 72 m/s，小于危急空气流速 2 m/s，不能有效控制烟气流动。因此加开浦珠路站右线出站端隧道风机排风，加开江北风井左线隧道风机送风以维持联络通道相对火灾隧道正压，模拟显示此时流经火灾列车断面空气流速2． 34 m / s，满足烟气控制要求。