1、1北方地区屏蔽门系统采用单活塞风道方案的可行性研究铁三院城交分院 杨智华，黄桂 兴天津大学环境学院 涂光备，邢金城，凌 继红，林国真摘 要：本文以津滨轻轨西段工程为例， 针对屏闭门系统中的活塞 风道方案进行优化模拟，并对其进行经济性分析，得到了如下 结论：区间隧道通风方案采用 设置单活塞风道的形式，技术上可行、经济上节约；另外，取消设置列车进站端活塞 风道、只在列车出站端设置活塞风道的方案，是一个很好的优 化方案， 值得推荐。关键词：屏闭门系统 活塞风道 方案优化 温度 技术经济比较0 前言随着世界城市地铁的迅速发展，地铁环境控制问题越来越引起人们的关注。地铁环境控制的目的，主要是把车站与区间
2、隧道的温度和风速控制在舒适范围内。在设计与运营过程中，人们总是试图将车站和隧道隔离开，以便能够达到较理想的环控效果。通常可以采用两种方法：加空气幕或屏蔽门。加空气幕方法中，当列车活塞运动或机械通风引起的空气速度超过隔离系统所产生的空气流速时，隔离效果就会下降，并且当列车以正常的速度由隧道进入车站时，空气幕可能会受到破坏，所以多采用屏蔽门方案 1。设置站台屏蔽门，就是通过在地铁车站的站台候车区与行车轨道之间设置屏蔽门装置，将地铁车站与区间隧道从空间上分隔开来，将车站和区间分隔成两个不同的空气环境区域。站台屏蔽门可以减少列车活塞风对车站站台环境的影响，列车运行产生的热量大部分通过设置在车站端部的活
3、塞风道及车站行车道顶部和站台下排热风道直接排放到地面，因而可以阻止大部分的列车散热量进入车站，从而减少车站通风与空调系统的冷负荷及用电负荷，节省通风空调系统的运行费用。此外，设置站台屏蔽门，还可以改善乘车环境、保证乘客安全，并有效提高服务水平。目前，国外、国内采用站台屏蔽门方案的地铁主要集中在高温高湿的南方地区，如新加坡地铁 NEL 线、香港机场快线、上海地铁九号线、广州地铁二号线和三号线、深圳地铁一期工程等。在我国北方地区，目前天津地铁 2、3 号线工程、津滨轻轨西段工程等项目，均在站台公共区采用了设置站台屏蔽门方案。本文的方案研究中，以津滨轻轨西段工程为例，2进行相应的模拟计算和分析说明，
4、并得出相应的结论。1 工程概况及气候特点津滨轻轨西段工程线路全长7.5128km，其中地下线路长6.650 km，与津滨轻轨一期工程在中山门站相连接。全线共设六座车站，包括东兴路站、大直沽西路站、十一经路站、七经路站、天津站站、中心广场站等，均为地下车站，其中天津站站为津滨轻轨与地铁2、3号线的换乘车站。天津市位于北纬39.1，东经 117.16，气候四季分明，夏季炎热，冬季寒冷，夏季最热月平均温度为26.4。2 通风空调系统组成设置站台屏蔽门的情况下，区间隧道通风系统通常包括以下几个部分：区间隧道活塞通风系统、区间隧道机械通风兼排烟系统（简称TVF系统） 、屏蔽门外停车线排热兼排烟系统（简称
5、UPE/OTE系统） 2。一般情况下，每个地下车站两端的环控通风机房内，分别设置一台UPE/OTE风机、两台TVF风机，以及相应的风管、风道及风井，并在车站两端分别设置两个活塞通风道。另外，车站公共区每端对应设置两台组合式空调箱及两台回排风机，以及相应的风管、风道及风井，以满足车站公共区的空调通风及排烟等要求。津滨轻轨西段工程的初步设计过程中，按照各地下车站均设置站台屏蔽门进行建筑配合和布置设备及风管。设计过程中，车站公共区的送风系统单独设置一个新风井，车站公共区的排风系统与屏蔽门外停车线的排热系统共同设置一个排风井，区间隧道的机械通风系统与活塞通风系统共同设置一个活塞机械风井。由于每个车站端
6、部分别连接两个单洞单线区间隧道，因此，车站每端将会出现四个风井，分别是：送风井、排风井、活塞/机械风井、活塞/机械风井。3 当前方案的模拟计算及结果分析津滨轻轨西段工程的模拟计算中，按照上述通风空调系统的模式建立简化模型，并绘制相应的计算节点图，分别进行正常工况的计算和分析。正常工况运行时，选定远期晚高峰条件下，设定UPE/OTE风机开启（U/O风机风量设为50m3/s） ，车站开启空调通风系统，车站两端TVF风机关闭，开启活塞风阀及活塞风道，作为基本运行模式，进行模拟计算，由于地铁设计规范第12.2.3条：地铁隧道夏季的最高温度应符合下列规定： 3.列车车厢设置空调，车站设置屏蔽门时，不得高
7、于40。最高温度指的是区间隧道夏季最热月日最高平均温度 3。故需校核区间隧道的最3高温度是否满足地铁设计规范规定的不大于40的要求。从模拟计算的结果可以看出，远期夏季晚高峰时段，是区间隧道温度最不利的时段，需要开启区间活塞风道，同时开启UPE/OTE风机，能够保证隧道温度满足设计要求和系统运行要求。典型车站、区间隧道及四个活塞风井的计算节点图见图1。图 1 四个活塞风井方案计算节点图4 活塞风道方案的优化4.1 方案优化设计的提出正常工况下，远期夏季晚高峰，U/O开启方案的模拟结果中，上行线区间的平均温度在30.136.1之间，下行线区间的平均温度在30.135.8之间。正常工况下，在单台U/
8、O风机设定风量为50m 3/s的方案下，车站两端相邻两个活塞风道的进风量之和，与一台U/O风机的排风量相当，保持了区间隧道内的空气平衡。根据活塞风井的断面积（一般16 m 2）和活塞进风量，可以算出，活塞风道内的风速只有2 m/s左右，小于规范及技术要求中规定的标准（一般规定风井风道内的风速标准为68m/s） 。由此可见，活塞风井的断面积和活塞风井的数量是存在进一步优化的空间的。设置活塞风井的一般方法是在车站站台设置屏蔽门的情况下，每个单洞区间隧道在区间的两端分别设置一个活塞风井，如果两个单洞区间的活塞风井都布置在相邻车站的端部，则车站每端有两个活塞风井。实际上，如果通过计算证明可以只设置一个
9、活塞风道即可满足区间隧道的通风要求，那么就可以优化车站建筑平面布置、节省车站及风道的土建规模、减少土建初投资。4.2 活塞风道的优化设置方案为了进一步探讨活塞风井的设置方案，考虑将车站端部的活塞风井取消一个，直接利4用一个活塞风道与站台屏蔽门外的排热风道配合，进行区间隧道的送风与排风，并进行模拟计算与分析比较。由于区间隧道两端相对于列车的进站端和出站端均设有活塞风道，因此相应设置两种可行的活塞风道优化方案，即设置列车进站端活塞风井或出站端活塞风井，因此在模拟时分别关闭列车出站端活塞风井、关闭列车进站端活塞风井，形成方案一、方案二。上面的优化思路是仍然保留区间隧道的单一性，既两个区间隧道之间的气
10、流互不参混。另外一个优化思路是车站两端分别只设置一个活塞风井（面积20m 2） ，但将两条隧道的活塞风阀都连通到活塞风井，保持每一个区间隧道在进站端和出站端都有活塞风可以利用。这个方案也加以模拟计算，并进行分析比较，形成方案三。4.3 活塞风道优化方案计算结果及分析三种方案的晚高峰时段区间隧道平均温度分布见图24。图2 方案一:晚高峰时段区间隧道平均温度分布图图3 方案二:晚高峰时段区间隧道平均温度分布图5图 4 方案三:晚高峰时段区间隧道平均温度分布图从温度分布图可以看出，方案一（关闭出站端活塞风道） 、方案二（关闭进站端活塞风道） 、方案三（合并设置活塞风道）的模拟结果中，在单台 U/O
11、风机设定风量为50m3/s，且开启运行的情况下，区间的平均温度比进出站两端活塞风井全部开启的方案，一般要高出 0.5左右。取消一个活塞风道后，区间隧道的平均温度有所上升，但仍然没有超过 40，没有超出规范的要求，可见只设置一个活塞风道，即可满足区间隧道的通风要求。另外，方案一、方案三中，区间隧道的温度波动比较剧烈，而方案二中的区间隧道温度变化趋势相对比较平稳，说明关闭进站端活塞风道、保留出站端活塞风道对区间隧道的活塞通风及排热效果影响较大，更有利于区间隧道的活塞通风与换气，可见，方案二是一个很好的优化方案，值得推荐。4.4 活塞风道优化方案的技术经济比较由于每个车站端部只设置一个活塞风井，因此
12、，车站每端的风井数量将会由四个减少到三个，分别是：送风井、排风井、活塞/机械风井。根据优化后的活塞风道设置方案，车站每端设置的区间活塞/机械风道的宽度可以压缩4米，折合每个地下车站的长度可以缩短4米左右，从而每个地下车站可以节约土建初投资约160万元。从津滨轻轨西段工程全线来看，六个地下车站，可以节约土建初投资约960万元。推而广之，天津地铁2、3号线，共有35个地下车站，同样考虑设置单活塞风道，可以节约土建初投资约5600万元。5 结论北方地区采用站台屏蔽门方案的城市轨道交通系统中，区间隧道通风方案采用设置单活塞风道的形式，技术上可行、经济上节约。另外，由于活塞风井主要起进风作用，因此最好保留设置列车出站端的活塞风井，即取消设置列车进站端活塞风道、只在列车6出站端设置活塞风道的方案，是一个很好的优化方案，值得推荐。参考文献1、那艳玲，地铁车站通风与火灾的CFD仿真模拟与实验研究（学位论文） ，天津大学，2003。2、 地铁工程设计与施工刘钊，余才高，周振强，人民交通出版社，20043、 地铁设计规范 （GB501572003）北京，中国计划出版社，2003第一作者：杨智华，1971.7出生，高工，022-26176931，13312073322，天津市河北区岷江路10号，300251
