常國偉

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

近年來我國公路隧道建設(shè)規(guī)模逐步擴大，特別是山西省高速公路10 km以上的超特長隧道不斷增多，特長隧道通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)與運營積累了較多經(jīng)驗，相關(guān)技術(shù)也得到不斷的提升。特長隧道通風(fēng)系統(tǒng)特別是風(fēng)機房、通風(fēng)斜豎井位置設(shè)置方案的設(shè)計，將影響整個隧道工程通風(fēng)系統(tǒng)的土建費用、前期設(shè)備費用及運營養(yǎng)護費用。

本文以山西省大萬山特長公路隧道作為依托工程，開展特長隧道通風(fēng)系統(tǒng)方案的設(shè)計研究與方案比選。該隧道為雙洞四車道分離式隧道，設(shè)計行車車速80 km/h，隧道斷面面積62.8 m2，隧道限寬10.25 m（ 0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75），建筑限高 5.0 m。 隧道交通量方向不均勻系數(shù)取值0.52，設(shè)計高峰小時交通量系數(shù)取值0.09，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計年限近期為2030年，遠期為2039年，隧道設(shè)置基本情況見表1。

表1 大萬山特長隧道基本情況一覽表

2 通風(fēng)方式及通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 通風(fēng)方式

通常根據(jù)隧道條件，采用一種或多種通風(fēng)方式組合構(gòu)成更合理的通風(fēng)方式。目前我國特長隧道運營通風(fēng)普遍采用“通風(fēng)井送排式+射流風(fēng)機”組合的通風(fēng)方式，該通風(fēng)方式具有以下優(yōu)點：非火災(zāi)工況的適用隧道長度不受限制、噪聲很小、火災(zāi)情況下排煙較方便。因此大萬山隧道通風(fēng)系統(tǒng)仍采用上述組合方式的分段縱向通風(fēng)方式。

2.2 通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

公路隧道通風(fēng)設(shè)計的安全標(biāo)準(zhǔn)以稀釋機動車排放的煙塵為主，煙塵設(shè)計濃度為0.007 g/m3；衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)以稀釋機動車排放的一氧化碳為主，一氧化碳設(shè)計濃度為100 cm3/m3；舒適性標(biāo)準(zhǔn)以換氣稀釋機動車帶來的異味為主[1]，最小換氣頻率不低于每小時3次。基于我國公路隧道數(shù)量眾多及經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對于稀釋洞內(nèi)粉塵污染、NO2、富余熱量等，原則上不是隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮的對象。

3 需風(fēng)量的計算

需風(fēng)量計算中，設(shè)計小時交通量以及相對應(yīng)的機動車有害氣體排放量均應(yīng)與各設(shè)計目標(biāo)年份相匹配。確定需風(fēng)量時，應(yīng)對稀釋煙塵、CO按隧道設(shè)計速度以下各工況車速10 km/h為一檔分別進行計算，并計算交通阻滯和換氣的需風(fēng)量，取其較大者作為設(shè)計需風(fēng)量[1]。

3.1 交通量的計算

根據(jù)大萬山特長公路隧道所屬項目工程可行性研究報告對交通量的預(yù)測及車型比例構(gòu)成，結(jié)合各汽車代表車型及車輛折算系數(shù)。首先將工可報告中各設(shè)計年（預(yù)測）年平均日交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)小客車設(shè)計高峰小時交通量；其次按照工可報告中提出的交通組成百分比，分別計算出各車型對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)小客車設(shè)計高峰小時交通量；最后按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）“各汽車代表車型與車輛折算系數(shù)”，將各車型對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)小客車高峰交通量換算成混合車型設(shè)計高峰小時交通量。大萬山隧道路段實際交通量見表2所示。

表2 隧道交通量計算

3.2 設(shè)計需風(fēng)量計算結(jié)果

隧道通風(fēng)以車輛在隧道內(nèi)行駛時排出的CO、煙塵和異味為稀釋對象，取其較大者作為計算通風(fēng)量。計算中分車型計算排污量，按行駛車速、火災(zāi)、換氣工況進行計算隧道內(nèi)稀釋CO和煙塵等的需風(fēng)量考慮。設(shè)計近期和遠期對應(yīng)的設(shè)計需風(fēng)量見表3所示。

表3 隧道設(shè)計近、遠期對應(yīng)不同控制指標(biāo)的設(shè)計需風(fēng)量 m3/s

根據(jù)表3的計算結(jié)果可知，大萬山隧道左線的需風(fēng)量由稀釋異味的需風(fēng)量決定；右線的需風(fēng)量由稀釋煙塵的需風(fēng)量決定。

4 通風(fēng)方案

4.1 大萬山隧道通風(fēng)方案

大萬山隧道如果采用全射流縱向通風(fēng)方式，近期和遠期設(shè)計風(fēng)速均已超過8 m/s，超過規(guī)范對隧道洞內(nèi)最大設(shè)計風(fēng)速的要求?？紤]該隧道防災(zāi)救災(zāi)需要并結(jié)合隧道所處位置的地質(zhì)、地形、工程經(jīng)濟等多方面因素，大萬山隧道的通風(fēng)系統(tǒng)采用斜（豎）井分段送排式+射流風(fēng)機縱向式通風(fēng)的方式。

4.2 大萬山隧道通風(fēng)方案設(shè)計

結(jié)合隧道通風(fēng)系統(tǒng)近遠期設(shè)計計算所需需風(fēng)量、隧道內(nèi)通風(fēng)排煙要求及隧道長度，大萬山隧道左線利用其左側(cè)的一處1號施工斜井和右線右側(cè)的1號豎井將隧道左線分為3個通風(fēng)區(qū)段，采用一處斜井送排式+1號豎井（YK39+050）排出式+射流風(fēng)機縱向式通風(fēng)；大萬山隧道右線利用其右側(cè)的兩處豎井同樣劃分為3個通風(fēng)區(qū)段，采用1號豎井（YK39+050）送排式+2號豎井（YK42+300）送排式+射流風(fēng)機縱向式通風(fēng)。通風(fēng)方案區(qū)段劃分及長度示意圖見圖1所示。

圖1 大萬山隧道通風(fēng)方案區(qū)段劃分及長度示意圖（單位：m）

射流風(fēng)機選用直徑1120 mm、單機功率30 kW的雙向射流風(fēng)機，送、排風(fēng)機采用大風(fēng)量、低風(fēng)壓、靜葉可調(diào)的軸流風(fēng)機，隧道軸流風(fēng)機房采用地上風(fēng)機房。隧道分段需風(fēng)量計算見表4所示，斜豎井及風(fēng)道參數(shù)見表5所示。

表4 大萬山隧道分段需風(fēng)量計算表

表5 大萬山隧道斜豎井及風(fēng)道參數(shù)

隧道左右線各區(qū)段的風(fēng)速通過試算確定以后，再根據(jù)壓力平衡原理判斷各通風(fēng)段是否需要設(shè)置射流風(fēng)機進行調(diào)壓。軸流風(fēng)機功率的確定結(jié)合風(fēng)機的風(fēng)壓、風(fēng)量等特點，考慮近遠期相結(jié)合的原則，并以遠期參數(shù)進行配置，選用的軸流風(fēng)機經(jīng)濟、可行，并考慮一定的富余量。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，為保證滿足規(guī)范要求的隧道火災(zāi)臨界風(fēng)速為3 m/s，在不開啟軸流風(fēng)機的情況下，以射流風(fēng)機提供推力，對火災(zāi)工況下的通風(fēng)方案設(shè)計進行驗算，左線需要設(shè)置射流風(fēng)機24臺，右線需要設(shè)置射流風(fēng)機26臺。隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機配置見表6所示。

表6 大萬山隧道風(fēng)機配置表

5 結(jié)語

結(jié)合大萬山特長公路隧道的工程特性，提出通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案并確定了通風(fēng)斜豎井的合理位置?？傊咚俟诽亻L隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計與隧道長度、坡度、設(shè)計交通量及通風(fēng)井的位置密切相關(guān)[2]，設(shè)計時應(yīng)從土建費用、前期設(shè)備費用、運營用電等經(jīng)濟方面對通風(fēng)系統(tǒng)方案做進一步的比選，使通風(fēng)系統(tǒng)工程造價與風(fēng)險最小化，并降低后期運營維護費用。