劉昌敏

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

1 概況

太原繞城高速公路西北段改線工程（太原西二環(huán)）位于山西省太原市西側(cè)，將直接緩解太原市環(huán)城高速公路的交通壓力。該路段共有隧道12座，特長隧道2座。其中，虎山隧道全長8 785 m，坡度為1.8%。

根據(jù)本項目工程可行性研究報告中預(yù)測的交通量，虎山隧道近期和遠(yuǎn)期的交通量經(jīng)計算，結(jié)果見表1。車型比重近期和遠(yuǎn)期預(yù)測見表2。

表1 虎山隧道路段實際交通量計算

表2 車型比例預(yù)測 %

虎山隧道的技術(shù)參數(shù)：a）單向交通雙洞四車道；b）設(shè)計車速：80 km/h；c）設(shè)計年限：近期為 2030 年，遠(yuǎn)期為2040年；d）隧道斷面：分離式雙洞，斷面面積62.79 m2，周長 31.95 m；e）控制風(fēng)速：隧道內(nèi)設(shè)計風(fēng)速小于等于 10 m/s；f）防排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：（a）火災(zāi)熱釋放率 20 MW；（b）火災(zāi)時排煙風(fēng)速 3.0 m/s；g）夏季隧址氣溫：30℃；h）自然風(fēng)速Vn：2.5 m/s（2～3 m/s）。

2 隧道需風(fēng)量計算

公路隧道通風(fēng)設(shè)計中，車輛有害氣體、煙塵的排放量及與之對應(yīng)的交通量和基準(zhǔn)排放量均應(yīng)與各設(shè)計目標(biāo)年份相匹配，計算近期和遠(yuǎn)期的需風(fēng)量時應(yīng)采用相應(yīng)年份的交通量和基準(zhǔn)排放量。機(jī)動車有害氣體基準(zhǔn)排放量宜均以2000年為起點(diǎn)，按每年2.0%的遞減率計算至設(shè)計目標(biāo)年份的排放量，作為設(shè)計目標(biāo)年的基準(zhǔn)排放量[1]。

計算需風(fēng)量時，需按照設(shè)計速度以下各工況行車速度10 m/s為一檔，分別計算稀釋煙塵、CO的需風(fēng)量，同時計算換氣和火災(zāi)工況下的需風(fēng)量，需風(fēng)量取其最大值。

隧道通風(fēng)為稀釋行駛時排出的煙塵、CO及異味為目的，取最大值作為計算的通風(fēng)量[2]。隧道對應(yīng)不同控制指標(biāo)的設(shè)計需風(fēng)量見表3和表4。

表3 隧道對應(yīng)不同控制指標(biāo)的設(shè)計需風(fēng)量（近期） m3/s

表4 隧道對應(yīng)不同控制指標(biāo)的設(shè)計需風(fēng)量（遠(yuǎn)期） m3/s

3 通風(fēng)的計算過程

交通通風(fēng)力和風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量及風(fēng)壓應(yīng)能夠滿足需風(fēng)量的要求，并克服交通通風(fēng)阻力。

3.1 自然通風(fēng)力

在本項目中，自然通風(fēng)力作通風(fēng)阻力，洞內(nèi)的風(fēng)速取值2.5 m/s。

3.2 交通通風(fēng)力

單向交通隧道，隧道交通通風(fēng)力作為動力考慮。

3.3 隧道通風(fēng)阻力

根據(jù)隧道通風(fēng)阻力的計算公式計算求值。

3.4 風(fēng)機(jī)的升壓力

全射流縱向通風(fēng)時，風(fēng)機(jī)增加風(fēng)壓應(yīng)與隧道內(nèi)的自然通風(fēng)力、交通通風(fēng)力和通風(fēng)阻力平衡。

4 隧道通風(fēng)方案

4.1 通風(fēng)設(shè)計方案

隧道若采用全射流縱向通風(fēng)時，設(shè)計近期和設(shè)計遠(yuǎn)期的風(fēng)速均已經(jīng)超過規(guī)范值10 m/s對最大風(fēng)速的要求，因此，虎山隧道通風(fēng)需采用通風(fēng)井分段。

根據(jù)隧道的地形條件，工程經(jīng)濟(jì)等方面的考慮，擬采用通風(fēng)井送排式+射流風(fēng)機(jī)的縱向通風(fēng)方案，即在隧道兩側(cè)適當(dāng)位置設(shè)置通風(fēng)井，對隧道通風(fēng)進(jìn)行分段，將通風(fēng)設(shè)計風(fēng)速降低到規(guī)范要求值之下，并滿足火災(zāi)排煙長度要求。

初步設(shè)計虎山隧道共擬定了兩個通風(fēng)井方案，考慮通風(fēng)井兼做輔助施工通道的要求，每個通風(fēng)井方案均設(shè)置了斜井。

4.2 方案比選

4.2.1 方案一

本方案將隧道左線劃分為3段，采用3號斜井、1號斜井和射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)；右線分3個區(qū)段，采用1號斜井、1號豎井和射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)。方案示意圖見圖1。隧道各分段的需風(fēng)量計算結(jié)果和斜、豎井及風(fēng)道的參數(shù)如表5所示。

圖1 隧道通風(fēng)設(shè)計方案示意圖(方案一)

隧道內(nèi)，根據(jù)壓力是否平衡作為判斷通風(fēng)段是否增加射流風(fēng)機(jī)的依據(jù)。軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)按照遠(yuǎn)期進(jìn)行配置，并考慮備用風(fēng)機(jī)臺數(shù)?；馂?zāi)工況時，保證隧道內(nèi)臨界風(fēng)速值為3 m/s，以射流風(fēng)機(jī)作為推動力，不考慮軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行驗算。經(jīng)計算，左線需射流風(fēng)機(jī)的數(shù)量為26臺，右線需射流風(fēng)機(jī)的數(shù)量為26臺。

表5 虎山隧道分段需風(fēng)量計算表（方案一）

4.2.2 方案二

根據(jù)隧道近遠(yuǎn)期計算需風(fēng)量、排煙要求及隧道的全長，將隧道左線分成2段，采用2號斜井、射流風(fēng)機(jī)縱向式通風(fēng)；右線分成3個區(qū)段，采用3號豎井、1號豎井和射流風(fēng)機(jī)縱向式通風(fēng)。方案示意圖見圖2。隧道各分段的需風(fēng)量計算結(jié)果和斜、豎井及風(fēng)道的參數(shù)如表6所示。

圖2 隧道通風(fēng)設(shè)計方案示意圖（方案二）

表6 虎山隧道分段需風(fēng)量計算表（方案二）

4.2.3 方案比較

根據(jù)風(fēng)機(jī)功率計算各通風(fēng)井方案通風(fēng)運(yùn)營服務(wù)10年、20年總電費(fèi)，風(fēng)機(jī)設(shè)備費(fèi)在隧道建成時一次投入，總費(fèi)用如表7所示。

表7 虎山隧道不同通風(fēng)井方案通風(fēng)能耗及設(shè)備費(fèi)比較表

從表7中可看出，從土建費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、施工條件、年通風(fēng)運(yùn)營用電費(fèi)及工期等方面進(jìn)行了綜合比較，方案一總費(fèi)用遠(yuǎn)低于方案二，優(yōu)勢較明顯，因此，最終確定方案一作為虎山隧道通風(fēng)系統(tǒng)的推薦方案。

5 結(jié)語

針對虎山隧道的特點(diǎn)，提出兩種通風(fēng)方案，綜合比較計算，采用豎井+斜井分段送排式縱向通風(fēng)方案。本方案具有建設(shè)投資低、通風(fēng)和排煙效果好、運(yùn)營成本低等優(yōu)點(diǎn)。推薦的通風(fēng)方案對類似的隧道通風(fēng)設(shè)計工作有一定的參考價值。