黃澤茂

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,710043,西安∥高級工程師)

為滿足運行組織需求,城市軌道交通工程往往會在部分車站附近設(shè)置配線。線路配線主要包括渡線、折返線、聯(lián)絡(luò)線、車輛停放線、存車線及出入庫線等。配線可使上行線、下行線及存車線等線路聯(lián)通,但配線設(shè)計相對復(fù)雜,不僅導(dǎo)致配線區(qū)域斷面面積大幅增加,還對配線區(qū)域的通風(fēng)排煙設(shè)計提出了新的要求[1]。城市軌道交通線路客流量巨大,相關(guān)配線區(qū)域一旦發(fā)生火災(zāi),如不能及時將煙氣體積濃度及蔓延范圍控制在合理的范圍內(nèi),則難以滿足人員疏散的相關(guān)要求,甚至可能將對人民的生命財產(chǎn)造成極大威脅[2]。文獻[3]對地鐵雙存車線配線區(qū)間的煙氣控制進行了研究;文獻[4] 從投資及使用功能角度,對地鐵雙存車線的4種通風(fēng)系統(tǒng)配置方案進行了對比分析;文獻[5]采用FDS(火災(zāi)動力學(xué)模擬)、SES(地鐵環(huán)境模擬)等軟件,對地鐵雙存車線的隧道通風(fēng)進行了模擬分析。

上述研究對單存車線區(qū)間針對性的研究很少,且研究過程均采用數(shù)值模擬的方法,缺乏實體試驗驗證。為了明確城市軌道交通工程單存車線配線區(qū)間不同排煙設(shè)計方案的煙氣控制效果,確定影響隧道區(qū)間整體排煙能力和氣流組織分配的因素,本文對城市軌道交通地下單存車線配線區(qū)間排煙效果進行現(xiàn)場實測,以期為單存車線配線區(qū)間排煙設(shè)計提供參考。

1 技術(shù)路線

本文依托某城市軌道交通線路(已運營),開展現(xiàn)場冷煙試驗。基于該線地下單存車線配線區(qū)間的實際情況,針對不同的火災(zāi)工況,在采用不同通風(fēng)方案情況下采集配線區(qū)間內(nèi)氣流組織分布的相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)相關(guān)排煙設(shè)計方案的煙氣控制效果,得出影響配線區(qū)間整體排煙能力和氣流組織分配的因素,并進行分析。

2 測試對象簡介

該城市軌道交通線路A站(大里程側(cè))與B站的區(qū)間線路中,在靠近A站側(cè)設(shè)有單存車線。圖1為該單存車線的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備配置示意圖。如圖1所示:該單存車線長度約為376 m,此區(qū)段小里程端緊鄰A站的有效站臺處設(shè)有2臺TVF(隧道風(fēng)機);單存車線區(qū)域內(nèi)設(shè)有7組(每組2臺)射流風(fēng)機,射流風(fēng)機在隧道側(cè)壁上下布置;該單存車線區(qū)段大里程端緊鄰B站有效站臺處設(shè)有2臺TVF。單臺TVF的風(fēng)量均為70.0 m3/s,風(fēng)壓均為1 200 Pa。單臺射流風(fēng)機的風(fēng)量均為18.0 m3/s,出口風(fēng)速均為44 m/s。

3 測試工況設(shè)置

本文共開展了6個工況的測試試驗,具體的測試工況如表1所示。其中:工況1—工況4為在存車線區(qū)間內(nèi)發(fā)生列車火災(zāi);工況5—工況6為在正線下行線上發(fā)生列車火災(zāi)。

表1 測試工況表

4 測試結(jié)果分析

試驗過程中,采用區(qū)間兩側(cè)車站的TVF送排模式產(chǎn)生縱向風(fēng)速。發(fā)煙源產(chǎn)生的煙氣情況可反映出單存車線配線區(qū)間內(nèi)排煙氣流組織特征、煙氣蔓延范圍及機械風(fēng)口處的排煙能力。單存車線配線區(qū)間冷煙試驗的現(xiàn)場照片如圖2所示。

4.1 工況1測試分析

工況1為測試設(shè)備運行工況,未設(shè)置火災(zāi)場景。圖3為工況1下測試區(qū)間內(nèi)通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織示意圖。如圖3所示,工況1下不開啟射流風(fēng)機,開啟A站2臺TVF向下行線排風(fēng),開啟B站2臺TVF為下行線送風(fēng)。由測試結(jié)果可知:正線下行線測試斷面4處的風(fēng)速為1.20 m/s,未達到2～11 m/s的要求。

4.2 工況2測試分析

工況2模擬存車線內(nèi)的列車在車頭處發(fā)生火災(zāi),其通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織情況如圖4所示。工況2在工況1的基礎(chǔ)上,開啟了存車線區(qū)域內(nèi)的2組(共4臺)射流風(fēng)機。試驗過程中測試了存車線區(qū)域3個斷面(斷面1、斷面2及斷面3)的風(fēng)速。

由測試結(jié)果可知:工況2下,斷面1處的風(fēng)速為2.60～3.00 m/s,此處距離射流風(fēng)機出口較近,射流風(fēng)機出口射流不能完全覆蓋隧道斷面,風(fēng)速較為不穩(wěn)定;斷面2處的風(fēng)速為4.20～4.60 m/s,此處位于存車線中部,風(fēng)速較為均勻穩(wěn)定,可反映存車線內(nèi)的斷面縱向風(fēng)速;斷面3處的風(fēng)速為0.58 m/s,風(fēng)速較小;B站TVF送入下行線的氣流由A站存車線2組(共4臺)射流風(fēng)機引入存車線,能夠滿足縱向通風(fēng)的風(fēng)速要求,煙氣無回流現(xiàn)象。

工況2下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍如圖5所示。順著氣流方向看,煙氣通過A站大里程端的機械風(fēng)孔排走,機械風(fēng)孔的抽吸作用很好地控制住了隧道斷面煙氣,煙氣未蔓延過機械風(fēng)孔,斷面3處無煙氣。

圖5 工況2下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍示意圖

4.3 工況3測試分析

工況3模擬存車線內(nèi)的列車在車頭處發(fā)生火災(zāi),其通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織情況如圖6所示。工況3在工況2基礎(chǔ)上,在下行正線緊鄰B站端新增開啟了道岔口附近的1組(共2臺)射流風(fēng)機,由此,工況3共開啟了3組(共6臺)射流風(fēng)機。試驗過程中測試了存車線區(qū)域3個斷面(斷面1、斷面2及斷面3)的風(fēng)速。

圖6 工況3下測試區(qū)間內(nèi)通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織示意圖

由測試結(jié)果可知:工況3下,斷面1處的風(fēng)速為2.40 m/s,此處距離射流風(fēng)機出口較近,射流風(fēng)機出口射流不能完全覆蓋隧道斷面,風(fēng)速較為不穩(wěn)定;斷面2處的風(fēng)速為4.20～4.50 m/s,此處位于存車線中部,風(fēng)速較為均勻穩(wěn)定,可反映存車線內(nèi)的斷面縱向風(fēng)速;斷面3處的風(fēng)速0.59 m/s,風(fēng)速較小。

工況3下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍如圖7所示。由圖5和圖7的對比可知,工況3下的煙流特性和氣流分配與工況2接近,這說明了是否開啟道岔口附近的2臺射流風(fēng)機對通風(fēng)煙氣控制影響并不大。

圖7 工況3下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍示意圖

4.4 工況4測試分析

工況4模擬存車線內(nèi)的列車在車頭處發(fā)生火災(zāi),其通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織情況如圖8所示。在工況3基礎(chǔ)上,工況4在下行正線處新增開啟2組(共4臺)射流風(fēng)機,由此,工況4共開啟了5組(共10臺)射流風(fēng)機。

試驗過程中測試了存車線區(qū)域3個斷面(斷面1、斷面2及斷面3)的風(fēng)速。

由測試結(jié)果可知:工況4下,斷面1處的風(fēng)速為3.10～4.20 m/s,此處距離存車線小里程側(cè)射流風(fēng)機組出口較近,受下行正線射流風(fēng)機的抑制作用,在該組射流風(fēng)機下游產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)速度較快的旋流,風(fēng)速較為不穩(wěn)定;斷面2處的風(fēng)速為2.40 m/s,此處位于存車線中部,風(fēng)速較為均勻穩(wěn)定,可反映存車線內(nèi)的斷面縱向風(fēng)速;斷面3處的風(fēng)速0.60 m/s,風(fēng)速較小。

與工況3相比,工況4在開啟下行正線的2組射流風(fēng)機后,存車線內(nèi)的氣流產(chǎn)生了明顯的分流和抑制作用;在合流處附近,在存車線射流風(fēng)機的共同作用下,發(fā)煙源附近區(qū)域產(chǎn)生了較大旋流,發(fā)煙源位置的煙氣出現(xiàn)了回流現(xiàn)象;存車線內(nèi)斷面縱向風(fēng)速明顯下降。

工況4下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍如圖9所示。順著氣流方向看,煙氣通過A站大里程端的機械風(fēng)孔排走,機械風(fēng)孔的抽吸作用很好地控制住了隧道斷面煙氣,煙氣未蔓延過機械風(fēng)孔。斷面3處無煙氣。

圖9 工況4下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍示意圖

4.5 工況5測試分析

與工況4相比,工況5的著火點從列車車頭改為正線下行線,此時的通風(fēng)設(shè)備開啟模式與工況4一致,其通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織情況如圖10所示。

圖10 工況5下測試區(qū)間內(nèi)通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織示意圖

試驗過程中測試了存車線區(qū)域2個斷面(斷面3及斷面4)的風(fēng)速。

由測試結(jié)果可知:工況5下,斷面4的風(fēng)速為2.80～3.00 m/s,此處位于下行正線中部,風(fēng)速較為均勻穩(wěn)定,可反映下行正線內(nèi)的斷面縱向風(fēng)速;斷面3處的風(fēng)速為0.60 m/s,風(fēng)速較小。

B站TVF送入下行線的氣流由A站下行正線3組(共6臺)射流風(fēng)機引入下行正線,由存車線2組(共4臺)射流風(fēng)機引入存車線,能夠滿足縱向通風(fēng)風(fēng)速要求,煙氣無回流現(xiàn)象。

工況5下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍如圖11所示。順著氣流方向看,煙氣通過A站大里程端的機械風(fēng)孔排走,機械風(fēng)孔的抽吸作用很好地控制住了隧道斷面煙氣,煙氣未蔓延過機械風(fēng)孔。斷面3處無煙氣。

圖11 工況5下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍示意圖

4.6 工況6測試分析

與工況5相比,工況6關(guān)閉了存車線內(nèi)射流風(fēng)機2組(共4臺)射流風(fēng)機,其余情況不變,其通風(fēng)設(shè)備運行及氣流組織情況如圖12所示。試驗過程中測試了存車線區(qū)域2個斷面(斷面3及斷面4)的風(fēng)速。

由測試結(jié)果可知:工況6下,斷面4處的風(fēng)速為3.80～4.20 m/s,此處位于下行正線中部,風(fēng)速較為均勻穩(wěn)定,可反映下行正線內(nèi)的斷面縱向風(fēng)速;斷面3處的風(fēng)速為0.50 m/s,風(fēng)速較小。

與工況5相比,工況6下煙氣由A站下行正線3組(共6臺)射流風(fēng)機引入下行正線,能夠滿足縱向通風(fēng)風(fēng)速要求,且風(fēng)速明顯大于工況5下的風(fēng)速(這是由于工況5下行正線和存車線的射流風(fēng)機間存在分流和抑制作用),煙氣無回流現(xiàn)象。

工況6下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍如圖13所示。順著氣流方向看,煙氣順由A站大里程端的機械風(fēng)孔排走,機械風(fēng)孔的抽吸作用很好地控制住了隧道斷面煙氣,煙氣未蔓延過機械風(fēng)孔。斷面3處無煙氣。

圖13 工況6下測試區(qū)間內(nèi)煙氣蔓延范圍示意圖

5 結(jié)語

本研究選取某條城市軌道交通線路中某個單存車線配線區(qū)間,在該區(qū)間內(nèi)開展了現(xiàn)場冷煙試驗。設(shè)置了6種不同的工況,分析各工況下隧道斷面風(fēng)速和觀測動態(tài)煙流特性,對比了各工況下設(shè)置工況的排煙效果,得到結(jié)論如下:

1) 隧道通風(fēng)系統(tǒng)的排煙能力主要取決于TVF的風(fēng)量和開啟數(shù)量,TVF總風(fēng)量在宏觀層面決定了配線區(qū)間內(nèi)總體可分配的風(fēng)量;射流風(fēng)機主要起氣流分配的作用,其開啟數(shù)量和方式?jīng)Q定了起火區(qū)間內(nèi)斷面風(fēng)速的大小。TVF和射流風(fēng)機的合理組合,可形成有效的排煙氣流組織方案。

2) 單存車線區(qū)域若不設(shè)置射流風(fēng)機,無法確保起火區(qū)間內(nèi)縱向風(fēng)速2～11 m/s的要求;應(yīng)設(shè)置射流風(fēng)機,對該區(qū)域的各線路進行氣流分配,以保證著火區(qū)間的風(fēng)速滿足要求。

3) 射流風(fēng)機并非開啟越多越好。平行的存車線和正線內(nèi)同時開啟射流風(fēng)機,風(fēng)機間會存在分流和相互抑制情況,進而導(dǎo)致需要排煙的線路風(fēng)量減小,煙氣控制效果并不好。僅開啟起火位置所對應(yīng)隧道內(nèi)的射流風(fēng)機,具有縱向風(fēng)速大、控制簡單等優(yōu)點。

4) 單存車線區(qū)間內(nèi)開啟1組射流風(fēng)機即可使得斷面縱向風(fēng)速不低于2 m/s?？紤]到可能存在起火源位于射流風(fēng)機附近的情況,此時火源附近射流風(fēng)機可能會因隧道內(nèi)溫度過高導(dǎo)致設(shè)備失效,因此建議至少設(shè)置2組射流風(fēng)機,且2組射流風(fēng)機的間距不宜小于1列列車的長度,以確?；馂?zāi)工況下設(shè)備運行的可靠性。