朱建华
杭州市地铁集团有限责任公司 浙江省杭州市 310016
摘 要：由于水下隧道具有线路长、埋深大、处于通航水域下方难以设置中间风井的特点，其通风排烟系统需要有特殊考虑。本文以杭州市轨道交通8号线一期工程中文桥区间风井站~桥头堡站区间的越江隧道为例，介绍其采用利用大盾构顶部富余空间设置排烟道的通风排烟设计方案，以供其他类似工程借鉴。
关键词：地铁；越江区间隧道；通风排烟系统；阻塞工况；火灾工况
1 引言
跨越江河的水下地铁区间隧道不同于常规的地下区间隧道，其具有线路长、埋深大、处于通航水域下方难以设置区间风井的特点，当发生事故时，会出现人员疏散困难，火灾烟气蔓延速度快等诸多不利情况。由于盾构法隧道施工进度快、占用场地少、防水性能好、对环境影响小等诸多优点，因此常用在水下隧道中，常用的有大盾构和小盾构两种形式，小盾构隧道断面较小，无条件设置隧道通风专用的送、排风风道，对于超长的有两列及以上列车追踪运行的区间隧道，需设置中间风井采用分段纵向通风方式来解决列车追踪问题，但当水下隧道超长，又无条件设置中间风井的情况下，通常采用大盾构隧道，大盾构隧道断面大，隧道顶部有较大的富余空间可作土建排烟道，风道连接两端的隧道风机房，在土建排烟道上设置集中排烟口，将长大区间划分为多个通风区段，以保证每个通风区段仅有一列车追踪运行。
目前国内外关于大盾构隧道通风有部分相关研究，梅宁[1]对大盾构隧道的中部设置排烟口的两段式方案以及区间轨顶分散设多组排烟口的多段式方案进行了对比分析。在已有工程方面，南京地铁三号线、十号线以及武汉三阳路长江隧道（公铁合建）等都采用了大直径的盾构隧道，南京地铁三号线采用单洞双线的大盾构方案，利用顶部空间作为通风排烟道，排烟道分别接至两端车站，在区间排烟道中部上、下行线各设置一个事故风阀，将整个区间划分为两个通风区段 [2]；南京十号线采用了单洞双线的大盾构方案，利用顶部空间作为通风排烟道，排烟道分别接至两侧的区间风井以及车站，排烟道上共在两个位置设排烟口，将越江区间分为三个通风排烟区段考虑[3]~[4]；武汉三阳路长江隧道为公铁合建隧道，盾构隧道下层为武汉地铁7号线，越江隧道利用下层侧部富余空间设置排烟道，排烟道分别接至两端工作井（汉口、武昌工作井），最终推荐采用江中段两端分别设置排烟道的五段排烟方案 [5]~[7]。除此之外，唐凯[8]对某地铁越江区间隧道通风模式进行了优化研究，Peigen Zhu[9]等通过数值模拟手段探究了车站屏蔽门的开关对越江隧道排烟效果的影响。
各种越江大盾构隧道，功能、长度、土建条件及列车追踪情况各不相同，对应隧道通风方案、设备配置及控制模式不尽相同。本文主要针对杭州地铁8号线一期工程越江大盾构段，结合并充分利用隧道土建施工条件，介绍事故工况下排烟方案设计，以供其他工程借鉴。
2 工程概况
杭州地铁8号线一期工程起于与既有1号线换乘的文海南路站，之后沿2号大街、河景路北侧规划道路穿越钱塘江，继而线路通过规划绿地折向河景路。线路全长约17.1km，线路初、近、远期车辆均采用A型车6辆编组列车，最高时速为100km/h，远期高峰小时列车追踪间隔为2min，地下车站站台设置全封闭式站台。杭州地铁8号线一期工程最长地下区间为文桥区间风井站~桥头堡站，站间距为3948m，见图1。根据行车专业计算，该长大区间存在两列车同向追踪运行的可能性，对于长大区间通常采用设置区间风井的通风排烟方式将区间划分为多个通风区段，以保证每个通风区段只有一辆列车同向运行，而该区间穿越钱塘江，线路长、埋深大、处于通航水域下方，地面无条件设置区间风井，因此常规设置区间风井的方案不适于该区间。鉴于该越江区间的长、大、深，本文重点研究该区间的通风排烟方式。
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图1 越江区间范围示意图
3 越江区间通风排烟系统设计
3.1主要设计标准
区间隧道事故工况送排风应满足以下要求：
（1）列车阻塞在区间隧道时的送排风量，应按区间隧道断面风速不小于2m/s计算，并应按控制列车顶部最不利点的隧道温度低于45℃校核确定，但风速不得大于11m/s；
（2）防烟、排烟系统与事故通风应具有下列功能：当区间隧道发生火灾时，应背着乘客主要疏散方向排烟，迎着乘客疏散方向送新风；当列车阻塞在区间隧道时，应对阻塞区间进行有效通风；区间隧道火灾的排烟量，应按单洞区间隧道断面的排烟流速不小于2m/s且高于计算的临界风速计算，但排烟流速不得大于11m/s[10]。
3.2通风排烟方案设计
文桥区间风井站~桥头堡站区间穿越钱塘江，区间隧道长度约为3948m，根据隧道施工条件，越江区间采用大盾构法施工，长度约3507m，盾构外径为11.3m，内径为10.3m，隧道断面示意图如图2所示，双线间设置中隔墙，另外桥头堡站近江端设有大小盾构转换井，转换井至桥头堡站区间采用小盾构法施工，小盾构外径6m、内径5.4m，为双洞双线方式，长度约441m。文桥区间风井站为地下四层侧式车站；桥头堡站为地下二层岛式车站，大里程端设单渡线。
考虑到文桥区间风井站~桥头堡站为超长区间，为提高通风换气量，两个车站均采用双活塞通风模式，同时利用大小盾构转换井作为越江区间风井使用，风井内设置活塞风道和隧道风机。通过区间风井将文桥区间风井站~桥头堡站区间隧道分为越江区段（长度3507m）、及陆域区段（长度441m）。
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图2 越江区间隧道断面示意图
3.2.1 通风区段的划分
根据行车计算，越江区间段列车行走时间见表2-1。正常行车与高速工况下越江区间内均有2辆列车同向追踪运行，但本段下穿钱塘江，无法在区间设中间风井。
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考虑到2辆列车追踪运行的情况，利用大盾构顶部富裕空间设置通风道，面积14.7m2，在烟道中部的左右线各设2个电动组合风阀，每个风阀面积10m2。通风道分别连接文桥区间风井站大里程端以及越江区间风井的隧道风机房。
通过区间中部排烟口将整个越江区间左右线分为两个排烟区段，每个区段长度都约为1753.5m，根据行车核算结果，每个通风区段仅有一辆列车同向运行，将文桥区间风井站到中部排烟口区段称为区段A，中部排烟口到越江区间风井区段称为区段B，具体区段划分示意图见图3。
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图3 越江区间区段划分示意图
3.2.2 阻塞通风模式设计
当列车发生阻塞时，通过控制文桥区间风井站与桥头堡站2站之间的隧道风机，对阻塞区间机械通风，通风方向为文桥区间风井站大里程端送向小里程端，以此保证隧道内的平均温度小于40℃，列车顶部最不利点的隧道温度低于45℃。在阻塞工况时，越江区间风井中的风机不运行。以左线阻塞的工况为例，阻塞工况通风示意图见图4。
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图4 阻塞工况通风示意图
3.2.3 火灾通风模式设计
当列车发生火灾时，考虑在越江区间中部设置排烟口的分段纵向排烟方案[11]。根据火灾发生具体位置（位于列车头部还是尾部）以及所在区段选择由中部排烟口沿排烟道向两侧排出或直接就近由车站机械/活塞风井或越江区间风井的隧道风机排出，疏散人员则迎着送风方向，向非火灾侧安全撤离。以左线区段A列车车尾着火的工况为例，火灾工况通风示意图见下图5。
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图5火灾工况通风示意图
3.3 通风系统配置
文桥区间风井站和桥头堡站均采用双活塞通风模式，车站两端均设置2个活塞风井。越江区间风井中设置两台隧道风机，越江区间排烟风道位于文桥区间风井站至越江区间风井之间。于排烟道中部在左右线分别设置2个10m2的电动组合风阀，将越江区间分为两个区段。越江隧道为单洞双线，中部设置隔墙。单一隧道断面面积隧道面积为21.7m2，排烟道面积14.7m2。经计算，文桥区间风井站-桥头堡站区间隧道通风设备配置分别如表2-2所示。
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4 总结
本文介绍了在城市轨道交通工程中，国内外关于大盾构隧道通风有部分相关研究情况，并以杭州市轨道交通8号线一期工程中文桥区间风井站~桥头堡站区间的越江隧道为例，介绍了其通风排烟设计方案和系统配置，可为其他类似工程提供设计参考。
通过该方案可知，对于采用大盾构方式的长大区间隧道可以充分利用顶部空间设置排烟道，通过烟道内设置的风阀对越江区间实现分段，利用区间两端隧道风机、排烟道、风阀可实现区间各种事故工况的纵向通风排烟。另本工程在盾构转换井内增加隧道风机将其变为越江区间风井，既充分利用了土建条件，也同时满足了事故工况下通风排烟要求。
参考文献
[1]梅宁.大盾构隧道通风方式的分析[J]. 建筑热能通风空调，2009，28(04):63-66.
[2]王怀东,张旭辉,黄波.地铁长距离过江盾构隧道合理断面形式的研究[J].现代隧道技术,2013,50(06):139-146+151.
[3]张美聪.南京地铁十号线长江隧道通风防灾设计[J].山西建筑，2019，45(16):121-123.
[4]张之启.南京地铁过江隧道通风系统方案研究[J].铁道工程学报,2012,(4):104-107,117. DOI:10.3969/j.issn.1006-2106.2012.04.020.
[5]陈玉远.武汉轨道交通7号线越江区间通风系统研究[J].暖通空调，2016，46(05):11-16.
[6]胡清华.武汉三阳路公铁合建越江隧道通风设计[J].隧道建设，2017，7(01):62-67.
[7]赵博.武汉三阳路越江隧道地铁火灾联动控制方案设计[J].隧道建设(中英文)，2018，38(S1):121-128.
[8]唐凯. 某地铁越江区间隧道通风模式优化研究[A]. 中国勘察设计协会建筑环境与能源应用分会铁道与城市轨道交通委员会.2016年全国铁道与城轨暖通学术年会文集[C].中国勘察设计协会建筑环境与能源应用分会铁道与城市轨道交通委员会:《暖通空调》杂志社,2016:6.
[9] Peigen Zhu，Changjun Liu，Lei Chen，et al. Numerical simulation and measurement of fire ventilation in river-crossing tunnel[C]. 10TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON HEATING, VENTILATION AND AIR CONDITIONING, ISHVAC2017，2017，Vol.205:153-159.
[10]北京城建设计研究总院有限责任公司，中国地铁工程咨询有限责任公司.地铁设计规范：GB50157-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013:266-268
[11]王伟.杭州地铁大直径越江隧道总体设计关键技术[J].都市快轨交通，2020，33(06):91-98.