江崇旭

1 城市軌道交通數(shù)字化建設(shè)與測評(píng)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室

2 中國鐵路設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

0 引言

地鐵區(qū)間隧道作為列車運(yùn)行時(shí)的封閉空間，一旦發(fā)生火災(zāi)，容易造成重大人員傷亡?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》（50157-2013）規(guī)定：“兩條單線區(qū)間隧道應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，相鄰兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道之間的距離不應(yīng)大于600 m，聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)應(yīng)設(shè)并列反向開啟的甲級(jí)防火門，門扇的開啟不得侵入限界”[1]?，F(xiàn)階段，我國多項(xiàng)城市軌道交通工程標(biāo)準(zhǔn)均有類似規(guī)定[2-4]。然而列車在隧道內(nèi)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生活塞效應(yīng)，防火門反復(fù)受活塞風(fēng)作用，受力配件疲勞受損，易損壞脫落，在潮濕環(huán)境下發(fā)生銹蝕，開啟困難，容易導(dǎo)致二次災(zāi)害。調(diào)查顯示，北京、天津、昆明等地區(qū)均發(fā)生過區(qū)間防火門變形脫落，影響系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試和正常運(yùn)行，同時(shí)國內(nèi)大量地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道的防火門都處于破損或缺失狀態(tài)。目前工程中采用的方法是提高防火門產(chǎn)品抗風(fēng)壓性能，不僅增加了建設(shè)成本，也并未從根本上解決安全隱患[5-7]。

地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道防火門帶來了運(yùn)營安全隱患，而設(shè)置防火門的必要性尚無完善的理論支撐。有研究測試表明，聯(lián)絡(luò)通道防火門打開前后，隧道主斷面風(fēng)速仍滿足2 m/s 的最低要求，且無煙氣流經(jīng)聯(lián)絡(luò)通道，對人員疏散沒有影響[8]。針對上訴現(xiàn)狀，本文從環(huán)境控制角度分析取消地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道防火門的可行性。

1 計(jì)算模型

以華北地區(qū)某項(xiàng)目為對象，線路全長37.2 km，全部為地下線。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間坡度變化范圍+3.5%～-3.5%，全線共20 個(gè)車站，站臺(tái)設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)。為了使研究結(jié)論對不同車型、不同線路有更好的適應(yīng)性，設(shè)置計(jì)算工況如表1 所示。計(jì)算采用美國交通部研發(fā)的SES 地鐵環(huán)境模擬計(jì)算軟件。

表1 正常運(yùn)營模擬工況

圖1 區(qū)間排煙模式一示意圖

圖2 區(qū)間排煙模式二示意圖

火災(zāi)工況下，以區(qū)間隧道內(nèi)徑5.4 m，外徑6.0 m為例，車站兩端均分別配置隧道通風(fēng)機(jī)2 臺(tái)，參數(shù)為風(fēng)量66 m3/s，全壓1100 Pa。分針對A 型車（火災(zāi)規(guī)模10.0 MW）、B 型車（火災(zāi)規(guī)模7.5 MW）車頭或車尾發(fā)生火災(zāi)，分別設(shè)置2 種防排煙系統(tǒng)運(yùn)行模式，如圖1、圖2 所示。區(qū)間排煙模式一為相鄰車站風(fēng)機(jī)均作用于火災(zāi)隧道，區(qū)間排煙模式二為相鄰車站均有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)作用于火災(zāi)隧道，另兩臺(tái)風(fēng)機(jī)為安全隧道送風(fēng)，保障煙氣不進(jìn)入安全隧道。

另根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道與火災(zāi)列車相對位置，分別設(shè)置4 種模擬工況，如表2 所示。

表2 火災(zāi)模擬工況

2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 正常運(yùn)營工況

按遠(yuǎn)期工況進(jìn)行計(jì)算，并將不同工況上、下行線區(qū)間溫度結(jié)果整理如圖3、圖4 所示。

圖3 上行線區(qū)間段溫度

圖4 下行線區(qū)間段溫度

計(jì)算結(jié)果顯示，取消防火門后，區(qū)間平均溫度略有上升，平均溫升為0.1～0.3 ℃，溫升幅度為0.3%～1%。這是因?yàn)槿∠阑痖T增加了兩條區(qū)間之間的換氣，相對降低區(qū)間與室外換氣效應(yīng)引起的?？傮w而言，區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道是否設(shè)置防火門對區(qū)間段溫度影響不大，均滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50157-2013）中“列車車廂設(shè)置空調(diào)，車站設(shè)置全封閉站臺(tái)門時(shí)，區(qū)間隧道內(nèi)空氣夏季的最高溫度不得高于40 ℃”的規(guī)定。

2.2 火災(zāi)工況

列車在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)盡量將控制列車行駛到達(dá)前方最近車站，使人員從站臺(tái)疏散。若火災(zāi)列車停在區(qū)間隧道內(nèi)，則需根據(jù)列車著火部位選擇對應(yīng)的隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)運(yùn)行模式，開啟火災(zāi)區(qū)間兩端車站與中間風(fēng)井相關(guān)的隧道風(fēng)機(jī)，對火災(zāi)區(qū)域進(jìn)行煙氣控制，使氣流方向與人員疏散方向反，保證人員一直處于新風(fēng)區(qū)。地鐵設(shè)計(jì)中，考慮列車車頭和車尾的火災(zāi)，按照煙氣影響范圍最小的原則設(shè)置煙氣控制模式[9]。《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（50157-2013）規(guī)定“區(qū)間隧道火災(zāi)的排煙量，應(yīng)按單洞區(qū)間隧道斷面的排煙流速不小于2 m/s 且高于計(jì)算的臨界風(fēng)速計(jì)算，但排煙流速不得大于 11 m/s”。《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB51298-2018）規(guī)定“采用縱向通風(fēng)時(shí)，區(qū)間斷面的排煙風(fēng)速不應(yīng)小于2 m/s，不得大于11 m/s”，本文以區(qū)間及聯(lián)絡(luò)通道2 m/s 風(fēng)速作為是否滿足防排煙要求的判別標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)地鐵區(qū)間長度多在1～1.8 km，再長的區(qū)間，會(huì)形成兩列及兩列以上列車同時(shí)運(yùn)行的情況，為了滿足排煙時(shí)“非著火列車處于無煙區(qū)”要求，需設(shè)置區(qū)間風(fēng)井，將排煙計(jì)算模型分段。而僅存在一處聯(lián)絡(luò)通道的情況，與設(shè)置防火門情景一致。因此，本文重點(diǎn)分析火災(zāi)排煙區(qū)段內(nèi)存在兩處聯(lián)絡(luò)通道情景。當(dāng)聯(lián)絡(luò)通道有防火門時(shí)，平時(shí)工況防火門處于關(guān)閉狀態(tài)?；馂?zāi)時(shí)，煙氣流上風(fēng)側(cè)的聯(lián)絡(luò)通道防火門將被打開，人員經(jīng)過聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行疏散，下風(fēng)側(cè)防火門仍處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)兩處聯(lián)絡(luò)通道都位于煙氣流上風(fēng)側(cè)時(shí)，僅開啟與列車距離近的一處聯(lián)絡(luò)通道防火門用于疏散。當(dāng)兩處聯(lián)絡(luò)通道都位于煙氣流下風(fēng)側(cè)時(shí)，聯(lián)絡(luò)通道防火門均處于關(guān)閉狀態(tài)，人員由車站或中間風(fēng)井進(jìn)行疏散。當(dāng)聯(lián)絡(luò)通道無防火門時(shí)，無論何時(shí)，均相當(dāng)于聯(lián)絡(luò)通道防火門同時(shí)開啟。

分別計(jì)算A 型車、B 型車火災(zāi)，不同排煙模式下隧道排煙流速，其中聯(lián)絡(luò)通道氣流流向著火區(qū)間隧道為正向，反之為負(fù)向。

從表3 可以看出，火災(zāi)規(guī)模10 MW 較7.5 MW 區(qū)間風(fēng)速略有降低，約為2%?？傮w而言，火災(zāi)規(guī)模對煙氣流速影響不大。另外，線路坡度導(dǎo)致右線車頭（左線車尾）著火較右線車尾（左線車頭）時(shí)，區(qū)間風(fēng)速略低。由于風(fēng)機(jī)的作用，在火災(zāi)隧道煙氣流上風(fēng)側(cè)形成相對正壓，氣流經(jīng)聯(lián)絡(luò)通道流向安全隧道，但是流經(jīng)的氣流為送入的新鮮空氣，煙氣不會(huì)經(jīng)聯(lián)絡(luò)通道蔓延至安全隧道。在火災(zāi)隧道煙氣流下風(fēng)側(cè)形成負(fù)壓，氣流經(jīng)聯(lián)絡(luò)通道流向火災(zāi)隧道。因此，取消聯(lián)絡(luò)通道防火門，導(dǎo)致了著火點(diǎn)區(qū)間斷面風(fēng)速相對降低，降低幅度約為25%。在所計(jì)算的工況下，當(dāng)聯(lián)絡(luò)通道有防火門時(shí)，區(qū)間斷面風(fēng)速均大于4.5 m/s，聯(lián)絡(luò)通道風(fēng)速均大于4.3 m/s，取消防火門時(shí)，區(qū)間及聯(lián)絡(luò)風(fēng)道斷面風(fēng)速均大于3.0 m/s，滿足臨界風(fēng)速要求。

表3 區(qū)間排煙模式一計(jì)算結(jié)果

從表4 可以看出，在區(qū)間排煙模式二下，區(qū)間和聯(lián)絡(luò)通道的斷面風(fēng)速較模式一均有大幅下降。有防火門時(shí)，基本可實(shí)現(xiàn)各工況區(qū)間及聯(lián)絡(luò)通道斷面風(fēng)速不小于2 m/s，而無防火門時(shí)，部分工況區(qū)間風(fēng)速已經(jīng)小于2 m/s，不滿足安全疏散要求。最不利工況為兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道均在煙氣下風(fēng)側(cè)，此時(shí)氣流通過聯(lián)絡(luò)通道由安全隧道流至火災(zāi)隧道，造成氣流短路，大幅降低了區(qū)間火災(zāi)列車附件的通風(fēng)風(fēng)速。

表4 區(qū)間排煙模式二計(jì)算結(jié)果

對比計(jì)算數(shù)據(jù)可知，取消區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道防火門后，對于火災(zāi)煙氣控制而言是不利的。但通過制定合理的煙氣控制模式仍可在不增加區(qū)間排煙系統(tǒng)容量的前提下，提供不低于臨界風(fēng)速的縱向氣流。對于存在渡線的區(qū)間，尚應(yīng)在渡線區(qū)設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，避免渡線區(qū)的煙氣回流，此方式已在大量的工程項(xiàng)目中應(yīng)用驗(yàn)證，本文不再加以詳述。另外，可考慮在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處設(shè)置常開防火門，火災(zāi)時(shí)根據(jù)信號(hào)自動(dòng)控制關(guān)閉，既實(shí)現(xiàn)了隔煙防火的功能，又可避免活塞風(fēng)引起防火門損壞。

3 結(jié)論

1）基于環(huán)境控制理論，取消地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道防火門是可行的。

2）取消地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道防火門對區(qū)間正常運(yùn)營的平均環(huán)境溫度影響很小，約為0.3%～1%。

3）取消地鐵區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道防火門將降低火災(zāi)區(qū)間排煙風(fēng)速，但通過制定合理的煙氣控制模式，仍可滿足區(qū)間及聯(lián)絡(luò)通道縱向臨界風(fēng)速的要求。

4）為避免反復(fù)活塞風(fēng)作用下防火門受損，并實(shí)現(xiàn)防火功能，可在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道處設(shè)置常開防火門。