特長公路隧道雙洞互補式通風物理模型試驗

王亞瓊，夏豐勇，謝永利，等

摘要：目的：隨著我國公路建設迅猛發(fā)展，4～7 km特長公路隧道大量出現，采用傳統(tǒng)通風方式很難適應發(fā)展的需求。針對雙洞特長公路隧道，提出了雙洞互補式通風方案，在上下行隧道之間設置2條換氣橫通道，進行隧道內空氣交換，有效緩解上下行隧道通風負荷差異大的問題，從而使2條隧道內空氣質量都能滿足通風要求。依托大別山特長公路隧道工程，建立雙洞互補式通風物理模型試驗系統(tǒng)，分析2條換氣橫通道換氣風量不同時隧道內流場分布規(guī)律，并論證該通風方式的可行性。方法：雙洞互補式通風基本原理：當隧道左右線需風量之和不大于2條隧道的最大允許通風量之和時，可以在左右線隧道之間開設2條通風聯絡風道，將左右隧道聯系起來構成一個通風網絡，達到隧道內空氣交換的目的。利用該原理確定左右線隧道的設計風量QL和QR；再根據公路隧道通風基本理論，計算隧道內污染物濃度，為確保左右線隧道內污染物濃度均不超過限制值，從而計算雙洞互補式換氣橫通道位置的合理設置范圍（Lm～Ln）?；诖髣e山公路隧道雙洞互補式通風方案，根據相似理論，建立了1∶10的物理模型試驗系統(tǒng)。為保證公路隧道通風物理模型與隧道原型力學相似，試驗采用等效摩阻理論，在適當部位安裝阻力隔柵代替相應長度的模型，經過試驗測試，最終確定每條隧道設阻力隔柵14個，隔柵間距為3.6 m，模型長度為72 m。橫通道長4 m，在每個通風橫通道中間安裝2臺軸流通風機，滿足雙洞互補模型試驗換氣系統(tǒng)的要求。隧道通風模型整體布設 10個測試斷面，每個斷面分別設置 2個STP520風壓計與1個風速計。通過模型試驗調節(jié)1，2號風機頻率，進而調節(jié)風機風量，并利用測試系統(tǒng)測量模型各斷面的風速和風壓，研究換氣風量變化時隧道各區(qū)段的風速場和靜壓場的變化規(guī)律。結果：通過模型試驗結果分析可知，（1）固定1號風機頻率（即固定風量）時，隨著2號風機頻率逐漸增大，即2號換氣橫通道風量增加時，上行隧道內送風量增加，使得上行隧道內送風段、排風段和短道內風速均增加；同時下行隧道內排風量增加，使得下行隧道排風段風速增加，短道回流風量增加，送風段風速減小。（2）隨著2號風機頻率增大，2號換氣橫通道換氣風量相應增加，下行隧道排風段風量增加，因此下行隧道排風段污染物濃度降低，通過 2號換氣橫通道進入上行隧道送風段空氣的污染物濃度降低，進而上行隧道送風段污染物濃度降低，同時上行隧道送風動力增加，也使得上行隧道排風段風量有小幅增加，因此上行隧道排風段污染物濃度也略有降低；然而2號換氣風量增加，使得下行隧道排風量增加，短道回流風量增加，送風段風量減小，因此下行隧道送風段污染物濃度隨之增加。（3）固定2號風機頻率（即固定風量）時，隨著1號風機頻率逐漸增大，即1號換氣橫通道風量增大時，上行隧道內排風量增加，使得上行隧道排風段風速增加，其短道回流風量增加，送風段風速減?。煌瑫r下行隧道內送風量增加，下行隧道內送風段、排風段及其短道內風速均增加。（4）隨著1號換氣橫通道風量的增加，上行隧道排風段風量增加，因此上行隧道排風段污染物濃度降低，通過1號換氣橫通道進入下行隧道送風段空氣的污染物濃度降低，進而使得下行隧道送風段污染物濃度降低，并且下行隧道送風動力增加，也使得下行隧道排風段風量有小幅增加，因此下行隧道排風段污染物濃度也略有降低；然而1號換氣風量增加，使得上行隧道短道回流風量增加，其送風段風量減小，因此上行隧道送風段污染物濃度會增加。結論：

互補式通風系統(tǒng)將2條隧道內的風流聯系起來構成了一個整體，當其中某個區(qū)段的換氣風量變化，則2條隧道各區(qū)段的流動都會發(fā)生變化。增大送入上坡隧道換氣橫通道的風量，下行隧道出口處污染物濃度降低，上行隧道出口處污染物濃度升高；增大送入下坡隧道換氣橫通道的風量，上行隧道出口處污染物濃度降低，下行隧道出口處污染物濃度升高。因此，雙洞互補式通風方式是可行的，通過橫通道使下坡富余的新鮮空氣進入上坡隧道，降低上坡隧道污染物濃度；使上坡污染空氣進入下坡隧道，降低上坡隧道的風速，在隧道內部實現換氣，從而達到“同流合污”的通風目的。

來源出版物：中國公路學報， 2014， 27(6)： 84-90

入選年份：2016