广州地铁6号线的隧道通风设计

广州地铁6号线的隧道通风设计 都市快轨交通?第2O卷第1期2007年2月《学术探讨..I 广州地铁6号线的隧道通风设计 胡自林余晓琳2 (1.广州市地下铁道设计研究院广州510010;2.华南理工大学交通学院广州 510640) 1工程概况 1.1线路特点 广州地铁6号线起于白云区金沙洲浔峰岗山脚, 跨过环城高速后,沿金沙大道行进,接着跨过白沙河, 到达大坦沙北端后以大坡度入地,向东南穿越荔湾区, 经越秀区,东山区后,转至东北方向至天河区,止于天 河区高塘石,线路全长29.7km,共设25座车站,其中9 座车站分别与其他轨道交通线换乘.其中,地下段长 22.6km,包含19个车站,大部分属于深埋车站(见图1). 平均车站间隔1km多,站间距相对较短,基本上6号线 的2个区间隧道相当于5号线的1个车站区间隧道,区 间结构为马蹄形,断面面积为21.3m.因此,隧道通风 的设计也应该与其他线路有一定程度的区别和创新. 1.2车辆情况 6号线采用直线电机系统.列车为4辆编组,双向 运行,高峰小时设计能力为30对/h,列车定员916人/ 一I一 , / i香一千一_r_=.如葸坊] ]L——__J[一 号线车辆段方向 一 ,】 线 越秀南路 . 午--一-~场--..-1]_ll 鼍]l一…东湖号线区庄 干??1?一一—l一一一l—_ —1 1II一lll 一 三宝墟 一 华南植物园龙洞 ' 高塘石 IL 天平架— 彗宣-i天河客运站设{颤赞点I—=.—=.r+——__=一—=.T一 —T一1一(段终点1[二L][二I二][二一][__J一] IIx一 一 {二一~E-_---_---]…三三一-I一_[苎_JE…----I—一I/,?.....一 I 图16号线工程线路示意图 收稿日期:2005.12.28修回日期:2006.1011 作者简介:胡自林,男,助理工程师,huzilin@dtsjy.com URBANRAPIDRAILTRANSIT盯 都市快轨交通?第2O卷第1期2007年2月 列,高峰小时列车最小运行间隔2min,单向最大设计输 送能力27480人次/h.车辆的长度L=70.4m,宽度W= 2.9m,高度日=3.6m,地板面至轨面高度珥~<930Im. 1.3热工特性 由于6号线工程大多数线路埋深较深,与地表水有 密切联系,软土发育,因此线路隧道周边的地层地质条 件暂按砂层考虑,其热力学参数分别取值为:土壤导热 系数0.4w/m??,土壤导温系数6.45×10一m/s,混 凝土导热系数0.374w/m??,混凝土导温系数6.45× 10rn2/s,广州热壑温度25?. 26号线隧道通风系统设计以及与其他线 路的区别 2.1隧道通风系统设计方法 隧道通风系统设计方法是:分析系统功能需求,根 据设计人员对多条线路的设计经验,选择基础系统方 案,然后详细研究本线路的工程特点,难点,建立具体 的设计,再在此方案的条件下建立计算模型,输人 线路,土建,行车组织,车辆等初始参数,编制相应的数 据文件,利用美国交通部开发的SES(隧道环境模拟计 算)软件进行模拟计算,并对计算结果进行反复详细的 比较,分析,在满足相关控制后,对系统配置进行 优化比较,最后确定满足所有系统功能的合理配置,以 保证列车的正常运行,阻塞运行和火灾运行所必需的 环境条件.隧道通风系统由车站和区间隧道通风系统 组成.气流组织方式采用轨顶和站台下排风,在车站 隧道停车所区域的轨顶以及有效站台下设置土建式排 风道,排风比例为轨顶排60%,站台下排40%,排风口的 位置根据列车发热设备的位置确定.根据6号线模型计 算结果,推荐每侧车站隧道的排风量为30In/s.区间 隧道通风系统主要负责两个车站之间区间隧道的通风 与排烟,包括自然通风与机械通风两种方式. 2.26号线系统设计与其他线路的区别 广州地铁1号线隧道通风系统属于开式运行系 统,没有设置屏蔽门(由于冷量损失严重,现在正在加 装),站台空调区与车站隧道混合充分.已经设计运行 了的广州地铁2号线,是国内第一条投人运营的站台 设置屏蔽门的地铁线路,采用了区间隧道通风系统与 车站隧道通风系统分开设置的形式,系统设备布置以 车站中心线为界,左右完全对称,主要包括4台隧道风 机(60In/s),4台排热风机(20In/s)和4个活塞风井. 在SEC计算时,将活塞风道的计算长度设置为49In,面 … RAPIDRAILTR = AN , SIT 积为16m,车站隧道排风道设置长度一样,面积减小为 10m.此后的3,4,5号线正在施工中,暂还未投人使 用,其设计是风道的增减和风机的减少,规模逐渐缩减. 6号线由于是穿越市区,站距小,属于深埋车站,因此其 隧道通风系统设置为隧道风机2台(60m/s),2台排热 风机(3oIn/s)和1台机械风机,且只设一端的活塞风井 (见图2).在正常运营的情况下,只开车站排热风机;排 热风机考虑初,近,远期,因此采用变频风机,并保证在 250oC时连续有效工作1h.由于深埋,将活塞风井的计 算长度设置为80In,在建立数据模型时,考虑将阻力系 数加大一倍. 口丑 一 {麟?aD口?一l— ,一cTE — -一UPE? —. --.uPE 厂 图26号线隧道通风系统图 3计算结果及比较 考虑初,近,远期的客流量和行车发车间隔不同, 因此在相应系统模式下对应的隧道通风计算结果也不 一 样.下面对正常运行模式进行计算,并专门针对活 塞风道,区间,车站的温度和风量的影响进行了分析. 《地铁设计》规定温度设计标准为:正常运行时,隧 道的最热月日的最高平均温度小于等于40.0oC,区间 换气量不少于37欠/h.图3为初,近期全线温度变化 曲线,图4为远期全线隧道温度变化曲线. 对温度曲线进行了分析,得出如下结论: (1)初,近期的行车间隔比远期小,所以活塞效应 小,但从全线来看,初,近期的温度比远期的温度要低. (2)温度曲线呈周期上升趋势,车站温度处于波 峰位置,风井处温度为波谷.右线发车为河沙一元岗, 随着列车进人隧道越深,温度越来越高,接近另一端出 口时,温度又逐渐降低,其最高温度点出现在左线区庄 站活塞风井的相邻一段. (3)左线发车为元岗一河沙,随着列车进人隧道, 温度逐渐升高,同样是快出隧道时,温度降低.在靠近 广州地铁6号线的隧道通风设计 一左线早高峰温度 . 1'^1一右线早高峰温度 一 右线晚高峰温度 lt-表J'.fI一左线晚高峰温度 一,魏.. 出'.一71 一一,一 圜密密密器?讴密霹磐!讴 霹掘L谣怔凶糨1;卜蒜婶1 斗<器1帐掘霹 仪蝉辎件< 图3初,近期全线隧道温度与活塞风井位置关系曲线 . 五?一左线早高峰温度 萱暑.不Jj=l』fI;}IL一右线早高峰温度一 右线晚高峰温度 ^.—?一左线晚高峰温度 磊众峨一盹墨五.. 图_|:'.r一IK: i_|;一丁 姆圆密密密器?讴密暮球磐l讴 霹俩掘嚣L怯怔凶枢1;卜蒜婶1 斗<器1帐掘件<辱 仪嫩件< 图4远期全线遂道温度与活塞风井位置关系曲线 隧道出口处温度低于室外温度(32oC)的原因是由于 隧道土壤温度为25?,列车的发热量不足以抵消隧道 内较低的温度. (4)在越秀南一区庄段地铁隧道,其温度变化趋 势不是很规律,主要原因是由于此段设有折返线和停 车线,又是换乘站,导致左右线连通,干扰气流组织的 因素太多,且不顺畅. 4设计控制因素 4.1活塞风量和区间换气量统计分析 由于远期为隧道通风设计的较不利情况,因此对 其控制因素进行了分析.在正常运营的情况下,除了 I 右线区间风量J l一^ I 左线区间风量l,,IAL I/,,, ^//,,,,I ,1,厂\,,,,,,l ,,\,,一\,,,lII 一,,,\/,,,,,u y,,/,,\,'^ \,,/,7,.- V' 区间编号 图5区间风量的变化曲线 满足温度不超标外,验证 隧道通风系统设计优劣 的另外一个重要因素,就 是看活塞风产生的实际 效果和活塞风井的换气 量.图5表示左右线区 间隧道的风量统计,图6 表示左右线活塞风井风 量变化曲线. 从图5中可以看出, 右线区间总换气量为 1206m3/s ,左线区间总换 气量为1235.8m3/s,相差 不大;区间换气量逐渐增 大,到了沙洞『-一天平架区间 的换气量最大,达1加/s. 从图6中可以得到,风井 平均出风量在4,6,7 风井处(即一德路站的 右线风井,黄沙站和海 珠广场的左线风井)几 乎为0,因此对这三个风 井逐时取风量.由于列 车每2min发一趟车,因此风井风量变化周期为120s.现 N2s取一瞬时值,共60个数据,逐时进行风井风量统计, 观察这三个风井是否起到了活塞风井的效应.图7为一 德路右线,海珠广场左线和黄沙左线的逐时风量曲线. —一一右线风井风量l —.- ~--N线风井风量l^ ,,一/,/, 一 ,\广\,\,\,-,,'\一. /\,/k.,,,,1l亡——h' '\?,\,,,,产,\,/,,_广_1 ,,,,,I,\,,\ ,,,,..\-/\,.1,,..\I- 1,2,3"g45'89,01111213,d41s/16171819 V\ 300000 200000 100000 l O 风井编号 图6全线活塞风井通风量统计 —一一 德路右线 — 一海珠广场左线 ,.一{一黄沙左线 //J\\ /r\\—, ///\.\,—q... .《..厂 时间/s 图7最不利风井风量周期统计曲线 ;l?? URBANRAPIDRAILTRANSIT瀚lI ?强如?强? ?阳?如???m0加 c?一/暮区 都市快轨交通?第2O卷第1期2007年2月 由图7可以得出结论,在以上3个活塞风井中,其 活塞风量有进有出(负号表示吸人),且进风量为出风 量的3倍以上,原因是正常运营情况下车站隧道风机 进行排风.该设计实现了通过活塞效应使隧道内与外 界换气的目的,从而能够满足深埋车站正常运营情况 下的温度控制和换气要求,设计计算结果满足规范 要求. 4.2活塞风道增加消声器对活塞风量和隧道内 温度的影响 由于6号线穿越市区,大部分都是居民区,因此对 噪声的控制要求比其他几条地铁线都要高.因此,为 避免隧道内列车噪声通过隧道风井直接影响地面居 民,在活塞风道内,规定必须增设消声器.现对增加消 声器对活塞风量和隧道内温度的影响进行分析,图8 和图9分别为不同情况下单个风井的逐时风量统计比 较曲线和温度逐时变化情况. 咖l 匿 芝 赠 ......./. 1917253341495765738189/97105113 \/\ 一\? I二 时间/s 图8加消声器对活塞风量的影响曲线 —— 加消声器 —— 不加消声器《 l l 一 一 , ll32537496l738597l09l20 时间/s 图9加消声器对温度的影响曲线 加消声器时,活塞风井通过的平均风量为 34.9m/s,平均风速为2.18m/s;不加消声器时,平 均风量为36.9m/s,平均风速为2.3m/s.由比较可 知,不同情况下相差风量为2m/s,影响相对较小,对 隧道内的平均温度影响也较小,1个周期内的温度影 响约0.2oC. URBANRAPIDRAILTRANSIT }, 5结语 广州地铁6号线的特殊性,决定了其隧道通风系 统设计具有较多的控制因素.通过计算分析,得出以 下结论: (1)客流量是对隧道通风影响的一个较大因素, 本文对初期,近期和远期进行了温度计算和比较,得出 初,近期隧道内温度偏低且较为平稳,远期隧道内温度 较高的结论. (2)将6号线的活塞风井长度设置为80m,隧道 内的最高平均温度为38.9cI=,出现在左线的东一区区 间,整个隧道内的平均温度小于等于40.0cI=,满足规 范要求.列车运行所形成的活塞效应是降低区间隧道 温度的主要因素,换气量也满足要求,因此在正常运营 的情况下不需要开启活塞风机,只需开启车站隧道排 热风机(每侧30m/s). (3)活塞风井设置在列车出站端效果更好,但将 增大土建规模,本文中风井位置的设置合理,图6,图7 显示风井的平均通风量最大达到66.4m/s,深埋对其 影响不大. (4)对于在活塞风道内加设消声器所产生的阻力 影响,活塞风井通过的平均风量为34.9m/s,平均风 速为2.18m/s,温度升高约0.2cI=. 同类环境模拟软件还有如Stess等,它们有着同样 的功能,甚至更加全面,但都是面模拟软件.隧道与车 站内气流组织相当复杂,且车站公共区较大的空调冷 风流向隧道,对隧道内的温度降低有较大影响;还要考 虑热压的作用,以及轨道,枕木,电缆线等因素对气流 的影响.要想得到理想的三维气流状况,对温度场和 气流场进行较全面的分析是一个很复杂的问题,下阶 段希望能通过计算流体软件如ANSYS或PHoenics等 做更加详细的分析. 参考文献 [1]GB50157--2003地铁设计规范[S].北京:中国出版 社.2003. [2]广州市地下铁道总公司.广州市轨道交通6号线首期工 程设计技术要求[G].广州,2005. [3]韩平.借助Stess3.0对地铁特殊区间的事故模拟分析 [C]//2005年全国暖通空调专业委员会空调模拟分析学 术交流会论文集,2005:520—523. [4]李亮.关于列车停站时段屏蔽门渗透风量的研究[C]//. 2005年全国暖通空调专业委员会空调模拟分析学术交 流会论文集,2005:308—314. 505O5 .-广咱42086420驺驺驺砣 广州地铁6号线的隧道通风设计 [51胡自林.中长公路隧道纵向通风计算与防灾研究[D].中 南大学硕士学位论文.长沙,2004. [6]清华大学.地铁热环境试验研究[R],北京,2003. [7]胡自林,彭立敏,刘胜利.中长公路隧道纵向通风计算模 型『J].湘潭矿业学院,2003(2):34—37. 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VentilationDesignfl0rTunnels0nGuangzhouMetr0Line6 HuZilinYuXiaolin (1.DesignInstituteofGuangzhouMetroCorporation,Guangzhou510010; 2.SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640) Abstract:Guangzhoumetroline6passesthroughtheoldcityzone,SOtherearemanycontrolf actorsfortunnelventilation design.Throughsettinglogicalboundaryconditionsandparameters,softwaresEsWasadoptedtocalculateandanalyzethe temperaturesintunnelsandtheairquantitiesfortunnelventilation.Resultsoftheanalysisindicatedthatthedesignedtunnel ventilationsystemtemperaturesiIldeeptunnelscoUldmeettherequirementsofthecriterioniIlthefuture.PistoneffectWOUldbe moleefficientwhenpistonaventilationwellWassetatoneendandairquantitiesiIltransittunnelsCOUldalsomeetthe requirementsofMetroDesi~Codes.SettingmufflersiIltunnelsWOUldnotinfluencethepistoneffect. Keywords:Guangzhoumetroline6:tunnel;ventilation;pistoneffect;transittunnel (上接第46页) 参考文献 [1]YamanmraS.直线感应电动机理论[M].上海:上海科学 出版社,1983. 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Keywords:linearinductionmotor;thrust;ladderslit;superconductingcoil 上海轨道交通最大的换乘站—— 人民广场站近日装上隔离安全门,给这 里大流量的乘客上下带来了一份安全 与放心.图为乘客有序地通过隔离门 上下车. 摘编自www.ehinametro.net2006—12—05 北京新建地铁 将全部安装"活动门" 北京市交通委相关负责人针对屏 蔽门存在安全臆患的问题表示,今后所 有新建地铁都将安装保障安全的"活动 门".所谓安全隐患,就是地铁轨道区间 一 旦起火,乘客无法快速疏散.为解决这 一 问题,除了在每个对应车门的屏蔽门处 安装紧急按钮外,又在每个车站的两端各 增加一个"活动门".这种门,乘客站在站 台上是推不开的,一旦遇到突发事件,人 们就可从隧道一侧将门推开,方便疏散. 摘编自www.ehinametro.net20D7'1.26 URBANRAPIDRAILTRANSIT副