陳玉遠

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

揚州瘦西湖隧道通風系統(tǒng)設計

陳玉遠

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063）

揚州瘦西湖隧道為穿過國家5A級風景名勝區(qū)的單管雙層隧道，為了解決洞口環(huán)保問題，采用SES對隧道內通風量和污染物濃度進行了模擬計算，結合洞口污染物擴散范圍和環(huán)境敏感點分布情況，確定了上下層隧道均采用豎井排出式的縱向通風方式；針對煙氣沉降速度快的特點，優(yōu)化了橫斷面布置，在盾構段和部分明挖段設置排煙道，采用重點排煙的方式，人員安全可用疏散時間提高了1倍，并且在疏散樓梯間采用了上下層分別設置加壓送風機的方式，確保了煙氣不會進入非事故隧道，極大地提高了人員的安全性。

揚州瘦西湖隧道；單管雙層隧道；通風系統(tǒng)；匝道分流；污染物擴散；排煙

pollutant diffusion；smoke exhaust

0 引言

水下城市公路隧道作為城市新型立體交通方式，具有不侵占航道凈空、不影響航運、不受氣候變化等特點，在緩解城市交通壓力方面具有明顯優(yōu)勢，同時也隨之帶來一系列的污染和安全問題。

國內學者對雙管隧道污染物排放以及排煙的研究較多，田利偉［1］通過大型環(huán)境風洞試驗的方法，研究了綠化隔離帶以及中隔墻對城市交通隧道洞口污染的擴散影響，獲得了洞口污染物擴散規(guī)律；王子云等［2］對城市雙洞隧道洞口污染物擴散情況進行了研究，分析了車輛出口隧道對車輛進口隧道污染物擴散的影響；董永鋒等［3］針對雙洞隧道火災提出了3種排煙方案，采用FDS軟件對各方案煙氣和溫度分布情況進行了計算，確定了3種排煙方案的適用條件；吳小華等［4］運用火災動態(tài)模擬軟件對采用獨立排煙道集中排煙的隧道火災進行了模擬，通過研究12種不同排煙口開啟方案下隧道內的煙氣蔓延規(guī)律，提出了排煙口設置的優(yōu)化方案。目前對于單管雙層隧道研究較少，奚峰［5］介紹了單管雙層隧道通風設計基本情況，對上海4條雙層隧道通風設計的案例進行了分析，歸納了單管雙層隧道通風系統(tǒng)的設計特點，未提及污染物擴散范圍和火災防排煙設計。

以揚州瘦西湖單管雙層隧道為例，通過洞口敏感點分布、隧道內通風量和污染物情況對運營通風方式進行了研究，并結合隧道橫斷面布置以及人員疏散情況，提出了在盾構段和部分明挖段采用重點排煙的方式。

1 工程概況

揚州市瘦西湖隧道工程起自揚州市維揚路與楊柳青路的交叉口，止于漕河西路與史可法路交叉口，隧道下穿瘦西湖國家5A級風景名勝區(qū)，執(zhí)行《環(huán)境空氣質量標準》中的二級規(guī)定。主線隧道段為單管雙層，每層布置2個車道，隧道在西側明挖暗埋段對應上下層各設1條匝道，下層隧道車流方向自西向東，上層隧道車流方向自東向西。上下層隧道暗埋段長度分別為1 789、2 350 m。根據結構形式不同，隧道由西向東分為湖西敞開段、湖西明挖暗埋段、湖西工作井、盾構段、湖東工作井、湖東明挖暗埋段和湖東敞開段等，其中盾構段長1 275 m，設計時速60 km/h，道路等級為城市主干路，僅限客車通行。隧道平縱橫斷面布置見圖1—3。

圖1 隧道總平面圖Fig.1 Plan of tunnel

圖2 隧道縱斷面示意圖Fig.2 Longitudinal profile of tunnel

圖3 隧道橫斷面效果圖Fig.3 Effect of single-bore double-deck tunnel

2 隧道內通風計算標準

2.1 隧道內通風衛(wèi)生標準

隧道內通風衛(wèi)生標準詳見表1。

表1 隧道通風衛(wèi)生標準Table 1 Health standard of ventilation

2.2 尾氣排放標準

綜合考慮揚州市車輛生產實際情況、車輛現(xiàn)有情況以及環(huán)評報告的要求，尾氣排放標準取值如下：初期汽車尾氣排放標準按國Ⅲ計算；近期按50%國Ⅲ、50%國Ⅳ計算；遠期全部按國Ⅳ標準執(zhí)行。

2.3 設計交通量

根據交通量預測報告，初期（2015年）、近期（2020年）、遠期（2034年）預測單向高峰小時交通量分別為1 984、2 987、3 433 pcu/h，隧道內僅限客車通行，小客車、中客車、大客車比例分別為84.9%、10.0%、5.1%，匝道分流系數(shù)為32%。

2.4 需風量計算

根據需風量計算結果，近期稀釋CO所需風量最大，計算結果見表2。

隧道內需風量應滿足稀釋異味要求，換氣次數(shù)按5次/h計，換氣風速取2.5 m/s，則上下層隧道稀釋異味需風量分別為136、176 m3/s。

表2 需風量計算結果Table 2 Calculation results of air volume

3 隧道通風系統(tǒng)設計

3.1 洞口環(huán)境敏感點分布

根據環(huán)評報告，洞口周邊環(huán)境敏感點分布以及與洞口距離見表3。

表3 環(huán)境敏感點分布表Table 3 Distribution of environmental sensitive points

3.2 通風方案

下層隧道長2 350 m，隧道出口處有揚州發(fā)電廠宿舍、梅嶺李莊、鳳凰新村等環(huán)境敏感點，其中發(fā)電廠宿舍距洞口最近，為37 m，根據環(huán)評報告的要求，不允許污染物通過洞口直接排放，采用豎井排出式縱向通風。

上層隧道長1 789 m，設有1處出口匝道，并且敏感點與洞口距離均在47 m以上，可利用主線出口和匝道出口分別排放部分污染物，設計中對全射流縱向通風的可行性進行了重點研究。

采用SES4.1模擬軟件對隧道正常運營時通風量和污染物濃度進行了模擬計算［6-8］。具體計算結果見表4。

由表4可以看出，近期和遠期洞口污染物排放比例基本相同，其中匝道出口的排污比例為隧道排放總量的33%～45%，主線洞口的排污比例為總排放量的55%～67%，由于匝道和主線隧道的分流作用，每個洞口污染物的排放總量均降低。近期隧道需風量最大，因此近期污染物排放濃度大于遠期，當隧道內全程阻滯時污染物濃度最大，為124 cm3/m3。

將主線和匝道污染物排放比例、排放量提供給環(huán)評單位，根據環(huán)評單位核算結果，在全程阻滯的最不利工況下，當與洞口距離大于80 m時環(huán)境空氣質量才能滿足《環(huán)境空氣質量標準》中二級標準的要求，根據表3可知，上層隧道4處敏感點與洞口的距離均小于80 m，雖然2處洞口均起到了分散排放廢氣的作用，但采用洞口直接排放的方式仍不能滿足洞口周邊環(huán)保要求，需要設置風塔集中排放廢氣。

根據前面的研究，上下層隧道均采用豎井排出式縱向通風。

表4 上層隧道全射流縱向通風計算結果Table 4 Calculation results of longitudinal ventilation of the upper tunnel tube

3.3 運營通風設計

上層隧道在西岸設置排風塔，風塔高度15 m，排風塔與隧道管理中心合建，下層隧道在東岸設置排風塔，風塔高度24 m，風塔內各設置2臺大型軸流風機，風機通過風口、聯(lián)絡風道與主隧道相連。上層隧道在西岸對應里程為K0+730處設集中排風口，下層隧道在東岸對應里程為K2+312處設集中排風口。

根據隧道內行車速度以及污染物濃度確定隧道通風系統(tǒng)的運行方式。采用國際道路會議推薦的TOP模式［9-10］對洞口污染物的擴散進行預測，以上層隧道近期計算結果為例（見表4），當采用全射流縱向通風方式，即污染物全部通過洞口排放時，為滿足環(huán)境空氣質量中二級標準的要求，與洞口最小距離計算結果見表5。

表5 上層隧道洞口污染物擴散范圍計算結果Table 5 Calculation results of pollutant dispersion at the portal of upper tunnel tube

根據表5的計算結果以及表3的洞口敏感點分布情況可知，當行車速度≥40 km/h時，采用射流風機縱向通風方式（污染物通過主線洞口和匝道洞口分散排放），洞口周邊敏感點的環(huán)境空氣質量均滿足要求；當行車速度≤20 km/h時，采用射流風機縱向通風方式，洞口周邊敏感點環(huán)境空氣質量不能滿足要求，需采用豎井排出式縱向通風方式，隧道內廢氣全部通過風塔高空排放。

3.4 火災防、排煙設計

3.4.1 火災排煙設計

隧道形式為單管雙層，空間受限，人員疏散采用上下層互為疏散的方式，通過在側部設置疏散樓梯進行縱向疏散，下層隧道凈空高度僅為5.1 m，較低的凈空決定了火災時頂部儲煙倉空間較小，煙氣下降速度較快，因此火災危害性大。

隧道道路等級為城市主干道，洞口兩側分別設有紅綠燈，隧道內發(fā)生阻滯的情況較高，且為雙層隧道，頂部儲煙倉容量較小，采用縱向排煙與重點排煙相結合的方式。

四歲半時她開始學習音樂，五歲開始練鋼琴，別的小朋友已經開始考三級或四級了，她還只參加過幾場新年晚會的表演。老大學東西比較慢，不是傳統(tǒng)意義上讓老師容易感受到成就感的孩子，有時她也比較擔憂地跟我說，媽媽我學不會。我會告訴她，你能學會！只是需要慢慢來，別人學一周的曲子你可以學兩周，你每多彈一遍都會比之前更熟練更流暢。你不需要和別的小朋友比，你只要比前一分鐘的自己有進步就可以了。

在盾構段（對應里程K0+885～K2+160）采用重點排煙方式［11］，利用行車隧道側部空間設置排煙道，排煙道面積6.2 m2，風塔內排風機兼火災工況下的排煙風機，盾構段排煙道通過聯(lián)絡風道分別接至東西兩側排風塔，西側與東側排風塔里程分別為K0+740、K2+312，排煙道設置范圍為K0+740～K2+312，為了提高K0+740～+885與K2+160～+312明挖區(qū)段的安全性，將這2段也納入重點排煙方式。對應上下層隧道分別設置電動排煙口，設置間距60 m，風口面積3 m2，上下層隧道分別設置30個電動排煙口，排煙道和排煙口布置如圖4所示。其余明挖段采用縱向排煙方式。

圖4 盾構段排煙道和排煙口布置示意圖Fig.4 Arrangement of smoke duct and smoke vents of shieldbored tunnel

下層主線隧道共分為3個排煙區(qū)段，分別為入口（K0+294～+740）火災、中部（K0+740～K2+312）火災、出口（K2+312～+629）火災。當入口和出口段火災時，采用縱向排煙方式，將煙氣通過就近的風塔或隧道出口排出；中間段火災時，采用重點排煙方式，開啟火源附近6個排煙口，開啟兩端風塔內各1臺軸流風機將煙氣通過排煙道由兩端排風塔排出。

上層主線隧道共分為2個排煙區(qū)段，分別為入口（K0+740～K2+312）火災和出口（K0+574～+740）火災。當火災發(fā)生在入口時，采用重點排煙方式，開啟火源附近6個排煙口，將煙氣通過排煙道由兩端排風塔排出；當火災發(fā)生在出口段時，采用縱向排煙方式，開啟隧道內射流風機，直接將煙氣由隧道出口排出。

3.4.2 火災排煙模擬計算

以下層盾構隧道為例，采用FDS軟件對中部大客車火災工況進行了模擬計算，計算模型見圖5?；馂臒後尫怕?0 MW，兩側排煙，單臺排煙風機風量設定為60 m3/s，對煙氣自由蔓延工況和重點排煙工況進行了模擬，計算結果見圖6和圖7。

圖5 下層隧道模型圖Fig.5 Model of lower tunnel tube

根據圖6計算結果可知，煙氣自由蔓延時，在火災發(fā)展階段到火災發(fā)生后的300 s時間段內，高溫煙氣聚集在隧道頂部，沒有下沉；300 s后煙氣迅速向兩端蔓延，煙氣沉降明顯，隨著煙氣的擴散致使隧道內可見度明顯降低；600 s時煙氣往兩端蔓延距離超過500 m，且全斷面內均充滿煙氣，人員無法安全疏散。

圖6 煙氣自由蔓延工況Y＝0 m煙氣分布云圖Fig.6 Schematic diagram of smoke distribution when Y＝0 m in free smoke spreading mode

圖7 重點排煙工況Y＝0 m煙氣分布云圖Fig.7 Schematic diagram of smoke distribution when Y＝0 m in key smoke extraction mode

對下層隧道采用煙氣自由蔓延和重點排煙工況下的人員可用安全疏散時間進行研究，根據計算結果可知，與煙氣自由蔓延方式相比，重點排煙時，人員可用安全疏散時間在距火源250 m處提高了1倍以上，人員疏散安全性大大提高。

3.4.3 疏散樓梯防煙系統(tǒng)設計

隧道疏散方式為上下層互為疏散，為了保證人員的疏散安全，將疏散樓梯隔成封閉的樓梯間，上下層隧道均設置加壓送風機，火災時開啟非事故隧道的加壓送風機，對樓梯間加壓送風并保持40～50 Pa正壓，阻止火災煙霧進入疏散樓梯間，同時開啟射流風機對非事故隧道加壓送風。加壓風機布置如圖8和圖9所示。

圖8 疏散樓梯間加壓風機平面布置示意圖Fig.8 Plan layout of forced draught blowers in the emergency staircase

圖9 疏散樓梯間加壓風機縱斷面布置示意圖Fig.9 Longitudinal profile of layout of forced draught blowers in the emergency staircase

3.5 通風設備布置

上下層隧道為雙車道單向行車，橫斷面積與常規(guī)雙車道隧道相當，由于受上層隧道限制，下層隧道設備安裝空間受限，給風機布置、選型、安裝帶來了難度。設計中將下層射流風機置于頂部折角處，每處放置1臺，折角處局部外擴。

下層隧道共設置15組直徑630 mm射流風機，其中，盾構段8組，每組1臺，風機布置于頂部折角處；明挖段每組2臺，單臺功率均為18.5 kW。上層隧道共設置8組直徑630 mm射流風機，每組2臺，其中盾構段4組，單臺功率18.5 kW。西岸排風塔內設2臺軸流風機，單臺風機風量110 m3/s，東岸排風塔內設2臺軸流風機，單臺風機風量120 m3/s，隧道通風設備平面布置示意見圖10和圖11。

圖10 上層隧道通風設備平面布置示意圖Fig.10 Schematic diagram of ventilation equipment for upper tunnel tube

圖11 下層隧道通風設備平面布置示意圖Fig.11 Schematic diagram of ventilation equipment for lower tunnel tube

4 結論與討論

1）由于出口匝道的分流作用，下層隧道主線洞口的排污比例為總排放量的55%～67%，污染物排放總量降低。

2）隧道位于5A級風景區(qū)，環(huán)保要求高，即使出口匝道起到了分散排放污染物的作用，仍需設置風塔集中排放廢氣。上下層隧道均采用豎井排出式縱向通風方案。

3）采用縱向排煙+重點排煙相結合的排煙方式，在盾構段和部分明挖段采用重點排煙，明挖段局部采用縱向排煙。根據仿真結果，重點排煙時，可將煙氣控制在排煙口開啟的區(qū)段內，與煙氣自由蔓延方式相比，人員可用安全疏散時間提高了1倍以上，安全性大大提高。

4）對匝道車流量分流系數(shù)為32%進行了研究，實際運營中該分流系數(shù)以及隧道內車速不斷變化，如何實時優(yōu)化主線和匝道的風量分配將是本課題下一步研究的方向。

（References）：

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Design of Ventilation System for Shouxihu Tunnel in Yangzhou

CHEN Yuyuan
（China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，Hubei，China）

Shouxihu tunnel in Yangzhou，which crosses underneath the Grade 5A scenic area，is a single-bore doubledeck tunnel.In the paper，SES is applied to simulate the ventilation air volume and pollutant concentration inside the tunnel，so as to protect the environment near the tunnel portals.Longitudinal ventilation is determined to be applied for both the upper tunnel tube and the lower tunnel tube，considering the range of the pollutant dispersion and the environmental sensitive points near the tunnel portals.The layout of the cross-section of the tunnel is optimized and smoke passages are arranged in the shield-bored tunnel section and part of the cut-and-cover tunnel section，considering the fast sediment of the smokes.The key smoke exhaust mode adopted doubles the available safe evacuation time.Forced draught blowers are applied to the emergency staircases of the upper tunnel tube and the lower tunnel tube respectively，which ensures that no smoke can enter the non-accident tunnel tube and in turn improves the safety of the passengers significantly.

Shouxihu tunnel in Yangzhou；single-bore double-deck tunnel；ventilation system；ramp diversion；

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.11.014

U 452.2

A

1672-741X（2015）11-1202-07

2015-07-20；

2015-07-31

陳玉遠（1982—），男，安徽蕭縣人，2007年畢業(yè)于重慶大學，暖通專業(yè)，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事地鐵和市政隧道通風系統(tǒng)的設計與研究工作。