城市轨道交通地下单存车线配线区间内排烟效果现场实测研究

黄泽茂

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,710043,西安∥高级工程师)

为满足运行组织需求,城市轨道交通工程往往会在部分车站附近设置配线。线路配线主要包括渡线、折返线、联络线、车辆停放线、存车线及出入库线等。配线可使上行线、下行线及存车线等线路联通,但配线设计相对复杂,不仅导致配线区域断面面积大幅增加,还对配线区域的通风排烟设计提出了新的要求[1]。城市轨道交通线路客流量巨大,相关配线区域一旦发生火灾,如不能及时将烟气体积浓度及蔓延范围控制在合理的范围内,则难以满足人员疏散的相关要求,甚至可能将对人民的生命财产造成极大威胁[2]。文献[3]对地铁双存车线配线区间的烟气控制进行了研究;文献[4] 从投资及使用功能角度,对地铁双存车线的4种通风系统配置方案进行了对比分析;文献[5]采用FDS(火灾动力学模拟)、SES(地铁环境模拟)等软件,对地铁双存车线的隧道通风进行了模拟分析。

上述研究对单存车线区间针对性的研究很少,且研究过程均采用数值模拟的方法,缺乏实体试验验证。为了明确城市轨道交通工程单存车线配线区间不同排烟设计方案的烟气控制效果,确定影响隧道区间整体排烟能力和气流组织分配的因素,本文对城市轨道交通地下单存车线配线区间排烟效果进行现场实测,以期为单存车线配线区间排烟设计提供参考。

1 技术路线

本文依托某城市轨道交通线路(已运营),开展现场冷烟试验。基于该线地下单存车线配线区间的实际情况,针对不同的火灾工况,在采用不同通风方案情况下采集配线区间内气流组织分布的相关数据。根据相关排烟设计方案的烟气控制效果,得出影响配线区间整体排烟能力和气流组织分配的因素,并进行分析。

2 测试对象简介

该城市轨道交通线路A站(大里程侧)与B站的区间线路中,在靠近A站侧设有单存车线。图1为该单存车线的隧道通风系统设备配置示意图。如图1所示:该单存车线长度约为376 m,此区段小里程端紧邻A站的有效站台处设有2台TVF(隧道风机);单存车线区域内设有7组(每组2台)射流风机,射流风机在隧道侧壁上下布置;该单存车线区段大里程端紧邻B站有效站台处设有2台TVF。单台TVF的风量均为70.0 m3/s,风压均为1 200 Pa。单台射流风机的风量均为18.0 m3/s,出口风速均为44 m/s。

3 测试工况设置

本文共开展了6个工况的测试试验,具体的测试工况如表1所示。其中:工况1—工况4为在存车线区间内发生列车火灾;工况5—工况6为在正线下行线上发生列车火灾。

表1 测试工况表

4 测试结果分析

试验过程中,采用区间两侧车站的TVF送排模式产生纵向风速。发烟源产生的烟气情况可反映出单存车线配线区间内排烟气流组织特征、烟气蔓延范围及机械风口处的排烟能力。单存车线配线区间冷烟试验的现场照片如图2所示。

4.1 工况1测试分析

工况1为测试设备运行工况,未设置火灾场景。图3为工况1下测试区间内通风设备运行及气流组织示意图。如图3所示,工况1下不开启射流风机,开启A站2台TVF向下行线排风,开启B站2台TVF为下行线送风。由测试结果可知:正线下行线测试断面4处的风速为1.20 m/s,未达到2～11 m/s的要求。

4.2 工况2测试分析

工况2模拟存车线内的列车在车头处发生火灾,其通风设备运行及气流组织情况如图4所示。工况2在工况1的基础上,开启了存车线区域内的2组(共4台)射流风机。试验过程中测试了存车线区域3个断面(断面1、断面2及断面3)的风速。

由测试结果可知:工况2下,断面1处的风速为2.60～3.00 m/s,此处距离射流风机出口较近,射流风机出口射流不能完全覆盖隧道断面,风速较为不稳定;断面2处的风速为4.20～4.60 m/s,此处位于存车线中部,风速较为均匀稳定,可反映存车线内的断面纵向风速;断面3处的风速为0.58 m/s,风速较小;B站TVF送入下行线的气流由A站存车线2组(共4台)射流风机引入存车线,能够满足纵向通风的风速要求,烟气无回流现象。

工况2下测试区间内烟气蔓延范围如图5所示。顺着气流方向看,烟气通过A站大里程端的机械风孔排走,机械风孔的抽吸作用很好地控制住了隧道断面烟气,烟气未蔓延过机械风孔,断面3处无烟气。

图5 工况2下测试区间内烟气蔓延范围示意图

4.3 工况3测试分析

工况3模拟存车线内的列车在车头处发生火灾,其通风设备运行及气流组织情况如图6所示。工况3在工况2基础上,在下行正线紧邻B站端新增开启了道岔口附近的1组(共2台)射流风机,由此,工况3共开启了3组(共6台)射流风机。试验过程中测试了存车线区域3个断面(断面1、断面2及断面3)的风速。

图6 工况3下测试区间内通风设备运行及气流组织示意图

由测试结果可知:工况3下,断面1处的风速为2.40 m/s,此处距离射流风机出口较近,射流风机出口射流不能完全覆盖隧道断面,风速较为不稳定;断面2处的风速为4.20～4.50 m/s,此处位于存车线中部,风速较为均匀稳定,可反映存车线内的断面纵向风速;断面3处的风速0.59 m/s,风速较小。

工况3下测试区间内烟气蔓延范围如图7所示。由图5和图7的对比可知,工况3下的烟流特性和气流分配与工况2接近,这说明了是否开启道岔口附近的2台射流风机对通风烟气控制影响并不大。

图7 工况3下测试区间内烟气蔓延范围示意图

4.4 工况4测试分析

工况4模拟存车线内的列车在车头处发生火灾,其通风设备运行及气流组织情况如图8所示。在工况3基础上,工况4在下行正线处新增开启2组(共4台)射流风机,由此,工况4共开启了5组(共10台)射流风机。

试验过程中测试了存车线区域3个断面(断面1、断面2及断面3)的风速。

由测试结果可知:工况4下,断面1处的风速为3.10～4.20 m/s,此处距离存车线小里程侧射流风机组出口较近,受下行正线射流风机的抑制作用,在该组射流风机下游产生了旋转速度较快的旋流,风速较为不稳定;断面2处的风速为2.40 m/s,此处位于存车线中部,风速较为均匀稳定,可反映存车线内的断面纵向风速;断面3处的风速0.60 m/s,风速较小。

与工况3相比,工况4在开启下行正线的2组射流风机后,存车线内的气流产生了明显的分流和抑制作用;在合流处附近,在存车线射流风机的共同作用下,发烟源附近区域产生了较大旋流,发烟源位置的烟气出现了回流现象;存车线内断面纵向风速明显下降。

工况4下测试区间内烟气蔓延范围如图9所示。顺着气流方向看,烟气通过A站大里程端的机械风孔排走,机械风孔的抽吸作用很好地控制住了隧道断面烟气,烟气未蔓延过机械风孔。断面3处无烟气。

图9 工况4下测试区间内烟气蔓延范围示意图

4.5 工况5测试分析

与工况4相比,工况5的着火点从列车车头改为正线下行线,此时的通风设备开启模式与工况4一致,其通风设备运行及气流组织情况如图10所示。

图10 工况5下测试区间内通风设备运行及气流组织示意图

试验过程中测试了存车线区域2个断面(断面3及断面4)的风速。

由测试结果可知:工况5下,断面4的风速为2.80～3.00 m/s,此处位于下行正线中部,风速较为均匀稳定,可反映下行正线内的断面纵向风速;断面3处的风速为0.60 m/s,风速较小。

B站TVF送入下行线的气流由A站下行正线3组(共6台)射流风机引入下行正线,由存车线2组(共4台)射流风机引入存车线,能够满足纵向通风风速要求,烟气无回流现象。

工况5下测试区间内烟气蔓延范围如图11所示。顺着气流方向看,烟气通过A站大里程端的机械风孔排走,机械风孔的抽吸作用很好地控制住了隧道断面烟气,烟气未蔓延过机械风孔。断面3处无烟气。

图11 工况5下测试区间内烟气蔓延范围示意图

4.6 工况6测试分析

与工况5相比,工况6关闭了存车线内射流风机2组(共4台)射流风机,其余情况不变,其通风设备运行及气流组织情况如图12所示。试验过程中测试了存车线区域2个断面(断面3及断面4)的风速。

由测试结果可知:工况6下,断面4处的风速为3.80～4.20 m/s,此处位于下行正线中部,风速较为均匀稳定,可反映下行正线内的断面纵向风速;断面3处的风速为0.50 m/s,风速较小。

与工况5相比,工况6下烟气由A站下行正线3组(共6台)射流风机引入下行正线,能够满足纵向通风风速要求,且风速明显大于工况5下的风速(这是由于工况5下行正线和存车线的射流风机间存在分流和抑制作用),烟气无回流现象。

工况6下测试区间内烟气蔓延范围如图13所示。顺着气流方向看,烟气顺由A站大里程端的机械风孔排走,机械风孔的抽吸作用很好地控制住了隧道断面烟气,烟气未蔓延过机械风孔。断面3处无烟气。

图13 工况6下测试区间内烟气蔓延范围示意图

5 结语

本研究选取某条城市轨道交通线路中某个单存车线配线区间,在该区间内开展了现场冷烟试验。设置了6种不同的工况,分析各工况下隧道断面风速和观测动态烟流特性,对比了各工况下设置工况的排烟效果,得到结论如下:

1) 隧道通风系统的排烟能力主要取决于TVF的风量和开启数量,TVF总风量在宏观层面决定了配线区间内总体可分配的风量;射流风机主要起气流分配的作用,其开启数量和方式决定了起火区间内断面风速的大小。TVF和射流风机的合理组合,可形成有效的排烟气流组织方案。

2) 单存车线区域若不设置射流风机,无法确保起火区间内纵向风速2～11 m/s的要求;应设置射流风机,对该区域的各线路进行气流分配,以保证着火区间的风速满足要求。

3) 射流风机并非开启越多越好。平行的存车线和正线内同时开启射流风机,风机间会存在分流和相互抑制情况,进而导致需要排烟的线路风量减小,烟气控制效果并不好。仅开启起火位置所对应隧道内的射流风机,具有纵向风速大、控制简单等优点。

4) 单存车线区间内开启1组射流风机即可使得断面纵向风速不低于2 m/s。考虑到可能存在起火源位于射流风机附近的情况,此时火源附近射流风机可能会因隧道内温度过高导致设备失效,因此建议至少设置2组射流风机,且2组射流风机的间距不宜小于1列列车的长度,以确保火灾工况下设备运行的可靠性。