张 鲲
(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)
摘 要：以重庆轨道交通6号线一期工程深埋的一段地下区间和车站为研究对象,其线路和车站埋深均在50 m以上。而目前国内陆铁线路埋深多为30 m以下,多个车站连续埋深大于50 m的长区段较少见,由于其活塞风道长,阻力大,对于活塞通风效果能否满足规范要求,国内缺少类似工程可供借鉴的资料。由于工程中地面风亭设置难度大,深埋风井投资大以及长风井活塞效应减弱等因素,仅增加活塞风井并不是解决问题的最好方案,因此,设计应该在满足活塞通风效果的前提下,尽量优化通风配置,减少土建投资和规划协调的难度。对此段隧道的通风配置进行分析研究,通过模拟计算,分析活塞通风的效果,验证通风配置的合理性。
关键词：轨道交通；深埋隧道；模拟计算；活塞通风
重庆轨道交通6号线一期工程为东南至西北方向的地铁线，跨越长江、嘉陵江及3个行政区[1]，由于重庆地势起伏较大，全线由多段不连续的高架和地下区段组成。有部分区段线路埋深大，其中车站多数埋深达50 m以上。由于线路穿越主城区，地面风亭设置难度大，且深埋线路使风井的土建投资也相应加大。本设计隧道通风采用以单活塞为主，在长区间和配线复杂处设置双活塞风井的方案，并以此配置方案建模进行模拟计算。根据模拟计算结果，分析其正常和事故工况下是否满足规范要求，验证设计的合理性。若风井、风道的设置能够满足列车在正常工况下运行时区间隧道的温度要求，则事故工况下通过机械通风配置即可实现事故工况下的烟控或通风流速要求[2]。本文限于篇幅要求，仅对正常工况下的隧道通风的效果进行分析研究，选取地下线路最长，埋深最大的江北城—光电园段进行分析研究，不考虑事故工况下的通风配置。
此段地下区间隧道为6号线一期工程最长的地下区间，正线长度为13.86 km，出入段线长度为1.1 km，含有地下车站9座，其中江北城车站大里程端设有与9号线联络线1处，红土地站—黄泥滂站区间设有弧形存车折返线1处，花卉园站—大龙山站区间设有上下行单渡线1处，以及光电园站后接大竹林车辆段出入段线1处。最大站间距为冉家坝站—光电园站区间，长1.963 km；最小站间距为大龙山站—冉家坝站区间，长1.006 km，小里程端洞口—江北城站区间长0.81 km，光电园—大里程端洞口区间长1.757 km。本区段线路隧道通风配置如图1～图3所示。
图1 洞口—红土地站后配线段隧道通风配置
图2 红土地—大龙山段隧道通风配置
图3 冉家坝—洞口段隧道通风配置
小里程端洞口—五里店区段站为暗挖钻爆法施工，隧道断面以马蹄形单线单洞为主，进江北城车站时线路上下行重叠，断面形式为暗挖马蹄形单洞双线上下层布置的形式。出江北城车站时由于有联络线，断面形式为马蹄形单洞3线上下层布置的大断面，五里店车站—大里程端洞口以TBM圆形断面为主，同时在配线处采用暗挖钻爆施工工法，断面形式为马蹄形单洞单线、单洞双线或单洞3线，在红土地站后存车折返线端头以及光电园站后接车辆段出入段处为马蹄形单洞四线的大断面形式[3]。
江北城车站后端有与9号线的联络线，在江北城上行线出站端设置活塞风井1处，由于活塞风井在联络线之前，进入9号线隧道的风量有限，同时在9号线进站端预留活塞风井1处，减少9号线进入6号线的风量。
红土地车站站后存车折返线为曲线形式，配线长度约为290 m，断面多，上、下行线多处串通，由于配线端头设置活塞风井条件困难，因此将上行线活塞风设置于红土地车站出站端，同时在黄泥滂车站进站端设置活塞风井1处，下行线在黄泥滂出站端设置风井1处，红土地进站端设置活塞风井1处，以增强红土地—黄泥滂区间的通风换气效果。
花卉园—大龙山区间设有上行、下行单渡线1处，单渡线与列车前进方向一致，上行列车出花卉园站时有活塞风从上行线隧道进入下行线隧道，下行列车出大龙山站时有活塞风从下行线进隧道入上行线隧道。列车行车间隔较短，上、下行不断有空气热质交换，而出地面的活塞风大大减少，导致区间热量聚集，因此在花卉园站大里程端、大龙山站小里程端上下行线各设置活塞风井1处，增强隧道内与隧道外的空气交换量。
冉家坝至光电园区间长度为1.963 km，为一期工程中最长地下区间，冉家坝为三线换乘地下六层车站，活塞风道出地面距离较长，区间活塞通风效果较差，因此在冉家坝大里程端、光电园小里程端均设置了双活塞风道。光电园站站后设置有接车辆段出入段线，列车行驶时气流组织紊乱，在光电园车站大里程端设置双活塞风道，增强隧道内外的通风换气效果。
下面对江北城—光电园段隧道采用SES软件进行建模和模拟计算分析，将计算结果以图表的形式直观表现出来[5-8]。
设计年限为2015年7月下午18时，行车对数为10对/h，排热风机打开，风量为18 m3/s，客流为2015年晚高峰客流。模拟曲线如图4所示。
图4 K15+285.37～K29+150.468地下段初期
晚高峰正常模拟曲线
由于行车间隔能达到360 s[9]，排热风机一直打开，且客流较少，因此曲线波幅并不很大，冉家坝—光电园区间较长，隧道内空气与隧道壁面热交换时间也相对较长，因此隧道内温度较其他隧道略低。整个地下区间隧道内温度低于室外温度，说明排热风机能完全将列车空调冷凝器的热量带走，不会产生热量积聚现象。因此在运营初期，可间歇性地打开排热风机排风即可满足隧道内的温度要求。
设计年限为2022年7月，时间为下午18时，行车对数18对/h，排热风机打开，风量24 m3/s，客流为2022年晚高峰客流，模拟曲线如图5所示。
图5 K15+285.37～K29+150.468地下段近期
晚高峰正常模拟曲线
温度曲线沿着行车方向逐渐提升，下行线温度最高点出现在江北城车站，说明在模拟过程中，下行隧道中风向始终与行车方向一致，上行线温度最高点出现在冉家坝轨行区，由于光电园车站后有上、下行隧道连通的断面，上下行隧道内有空气热质交换现象，下行隧道内空气温度低，上行隧道温度高，因此上行隧道内空气温度会突降，下行隧道温度也会产生突升的现象。红土地车站站端配线复杂，导致上、下行隧道也多处串通，因此温度曲线在此有波动现象。整个地下隧道段最高温度为38 ℃左右，但由于行车间隔为200 s，隧道内有热量积聚现象，可依据隧道内温度，启停排热风机满足温控要求。
远期早高峰设计年限为2037年7月，上午09时，行车对数30对/h，排热风机一直打开，风量为30 m3/s，客流为2037年早高峰客流，模拟曲线如图6所示。
图6 K15+285.37～K29+150.468地下段远期
早高峰正常模拟曲线
由于行车间隔为120 s，早高峰客流较大，因此列车在车站停靠频繁，轨行区热量积聚较为明显，曲线波峰较高，波幅较大，大致上温度随着列车前进方向逐渐升高，上行线红土地车站—黄泥滂车站区间温度突升，说明上、下行隧道在红土地端头配线有热质交换，即活塞风仍有迂回现象。
远期晚高峰模拟设计年限为2037年7月，下午18时，行车对数24对/h，排热风机在模拟过程中一直打开，风量30 m3/s，客流为2037年晚高峰客流，如图7所示。
图7 K15+285.37～K29+150.468地下段远期
晚高峰正常模拟曲线
虽然远期客流与行车对数比近期大，但由于列车对数增加，隧道内活塞风效应也增强，同时车站排热风机风量也比近期大。因此远期晚高峰温度曲线与近期晚高峰曲线较为相似。曲线无超过40 ℃的显现，温度最高点出现在上行线冉家坝车站轨行区，为37.9 ℃。可通过监控车站轨行区温度，间歇性地开启排热风机。
4组温度曲线均呈现峰谷值相间隔的特点，在车站中心里程处温度达到峰值，是由于列车停站时，无活塞风效应且列车冷凝器散热易聚集，虽然开启了排热风机进行排热，但车站中心里程处为轨道排热系统的末端，排热风量小，热量易在此处聚集，使得温度急剧升高达到峰值；在车站活塞风井以外没有配线的区间部分，温度趋于平稳，这表明，在没有配线的区间，活塞通风使得隧道温度较为均匀。空气没有和其他隧道进行热质交换[10]。而在配线区间，则显示在配线处有温度最低点，在该处空气存在热质交换，使得温度达到谷值。
4组曲线显示初、近、远期隧道温度呈现逐步升高的趋势，这是由于隧道的蓄热能力随着运营年限的增加逐步降低。上、下行线的变化趋势大致相同，但温度曲线还是有所差异。初期隧道蓄热能力较强，隧道壁面温度低，隧道处于吸热状态，上、下行线隧道温度受隧道壁面温差传热影响较大，两个温度曲线重合度较高；随着运营年限的增加，隧道壁面温度趋于稳定，吸热能力变差，空气对流换热成为影响隧道温度的主要因素，两个温度曲线仅局部重合，一般在上、下行线配线处等存在气流热质交换的位置，具体在红土地站—红旗河沟站区段内重合度较高，由于该区段内存在多处配线且红旗河沟站为侧式站台，上下行线存在多处气流热质交换。使得温度趋于一致。
由模拟计算结果分析可知，设计采用的隧道通风配置在初、近、远期均满足规范对正常运行工况下隧道温度不超过40 ℃的要求。且其通风换气量远大于规范要求的3次/h的标准[11-13]。设计采用的以单活塞风井为主，长区间和带配线区间设置双活塞的方案满足重庆轨道交通6号线一期工程深埋隧道的正常工况通风要求，为今后重庆轨道交通深埋线路的通风设计提供了良好的借鉴。
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(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)
Abstract： In this paper, the research is based on one deep buried section of the first phase of Chongqing Rail transit Line 6. The tunnels and stations are more than 50 meters deep underground. Most domestic metro lines are less than 30 meters underground, and it is rare to have several stations continuously more than 50 meter underground. As the piston air duct of the project is long and ventilation resistance is big, few information of this kind of piston ventilation is available at home. It is not the best solution to add piston air duct because of the difficulty in setting up wind pavilion in planning area, the large investment and the weak effect of long air duct and piston ventilation. So the design should ensure the effectiveness of piston ventilation, optimize ventilation configuration, reduce investment and difficulty of planning and coordination. This paper analyzes ventilation configuration and effectiveness of this tunnel and verifies the rationality of the design by means of analog and calculation.
Key words： Rail transit; Deep buried tunnel; Analog and calculation; Piston ventilation
中图分类号：U231+.5
文献标识码：A
DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.02.031
文章编号：1004-2954(2016)02-0149-04
作者简介：张 鲲(1974—)，男，高级工程师，E-mail:zk0331@126.com。
收稿日期：2015-07-31； 修回日期：2015-08-27
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