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列车高速运行产生的活塞效应在驶向地铁车站时将隧道内空气通过活塞风井及地铁车站地面出入口排至室外,在驶离地铁车站时将室外空气引入至地铁隧道及地铁车站,以此加强地铁车站的通风换气,若加以合理利用不仅可以改善地铁车站环境还可以减少地铁通风系统能耗。然而大量实测结果表明,随着地铁隧道埋深的增加,受空气流动阻力特性的影响,活塞风产生的通风换气作用明显减弱。 为此,为了定量分析地铁隧道埋深增加对活塞风井及地面通道空气流动特性的影响规律,本研究以研究团队提出的单活塞风井设置模式为依据,以北京地铁为研究对象,结合计算流体力学软件动网格模型、理论分析及现场实测的方法,开展了关于地铁隧道埋深对活塞效应及其流动特性的影响研究。定量分析了隧道埋深对地铁活塞风通风换气量的影响规律,构建了基于活塞效应下地铁车站通风换气评价指标,并根据活塞效应阻力特性提出了隧道埋深增加地铁车站通风换气优化措施。 研究结果表明:(1)基于活塞风作用下,活塞风由站台至地面出口通风阻力主要受通道及楼梯影响,由隧道至活塞风井出口处通风阻力主要受活塞风井长度及截面尺寸影响;(2)随着隧道埋深的增加,活塞风井及地面通道处平均风速均随之降低,活塞风作用减弱。当隧道埋深由15m增加到35m时,通过活塞风井的排风量减少了28.3%;通过活塞风井和地面出入通道被引入的总进风量减少了26.6%。随着隧道埋深的增加,不利于活塞风对地铁车站通风换气。(3)当隧道埋深由15m增加到35m,活塞风井侧通风阻力由23.2Pa增加到28.7Pa,地面出入通道侧通风阻力由2.3Pa增加到4Pa,活塞风井侧的通风阻力明显大于地面出入通道侧的。(4)适当增加活塞风井截面积,可有效平衡由于隧道埋深增加而引发的活塞风对地铁隧道通风性能作用被减弱的问题以确保地铁车站环境的安全可靠。研究结果可为地铁活塞效应有效利用及活塞风井节能优化设计提供方法参考。