秦 小 超

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

近年來，作為國家重點基礎(chǔ)建設(shè)的公路工程經(jīng)歷了蓬勃發(fā)展，以大范圍、大規(guī)模、大體量為主要特征的公路建設(shè)模式已逐漸成為過去時。隨著國家綜合國力的進(jìn)一步提高，公路建設(shè)正經(jīng)歷著由“大”到“精”的時代轉(zhuǎn)型，經(jīng)過規(guī)范多次更新和實踐重復(fù)檢驗，公路工程從設(shè)計、施工到運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)全生命周期實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，等級較高的高速公路建設(shè)已初步實現(xiàn)城市互聯(lián)、環(huán)線明顯，公路建設(shè)的重心向偏遠(yuǎn)山區(qū)不斷偏移，作為主要控制性工程之一的公路隧道由于受到地形限制和需要繞避不良地質(zhì)等因素，導(dǎo)致特長隧道占比不斷攀升，其設(shè)計與施工要求也是愈發(fā)嚴(yán)格，不僅要考慮隧道主體結(jié)構(gòu)、路面、防護(hù)、排水等主體工程的地域差異化設(shè)計，還要著重考慮通風(fēng)、照明、消防等運(yùn)營設(shè)施的綜合設(shè)計[1]。隧道通風(fēng)設(shè)計不僅很大程度上制約主體設(shè)計，還顯著影響隧道施工進(jìn)度，同時對隧道運(yùn)營期行車安全、救援效率等起著至關(guān)重要的作用，并且對隧道項目經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響，故而通風(fēng)方案的優(yōu)劣很大程度上制約特長隧道總體設(shè)計的成敗?，F(xiàn)階段一般來說，通風(fēng)方案設(shè)計與隧道主體設(shè)計由不同人員參與，從而優(yōu)秀的通風(fēng)方案是在與土建設(shè)計不停溝通、調(diào)整、優(yōu)化的過程中形成，這個過程中勢必會受到建設(shè)條件、造價、工期等多方面因素的影響，設(shè)計中既要考慮這些因素，還要對這些因素造成的影響進(jìn)行詳細(xì)的對比。結(jié)合工程案例，綜合多方因素，對特長隧道通風(fēng)方案進(jìn)行設(shè)計比選，為隧道設(shè)計提供高質(zhì)量的前期設(shè)計準(zhǔn)備，為隧道施工運(yùn)營提供基礎(chǔ)性保障。

1 工程概況

某特長隧道為規(guī)劃中所屬高速公路的重要組成部分，同時是確定的先期開工點，其位于構(gòu)造溶蝕剝蝕中山區(qū)，該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動發(fā)生中度隆起，長期遭受剝蝕溶蝕作用而形成，隧道圍巖主要由奧陶系馬家溝組灰?guī)r組成，強(qiáng)～弱風(fēng)化。在對周邊公路網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)查和通過數(shù)據(jù)模型預(yù)測后，得到交通組成貨車與客車比例為1.3∶1，其中以運(yùn)輸能源、礦產(chǎn)、消費品等資源的特大貨車占比最大，根據(jù)公路等級和交通量需求，隧道按雙向四車道分離式雙洞設(shè)計，左右洞建設(shè)里程均超過6 km，左洞為6.94 km，右洞為6.98 km，設(shè)計速度為100 km/h，隧道底板最大埋深480.6 m。

2 設(shè)計方案與分析對比

公路隧道通風(fēng)設(shè)計是根據(jù)公路等級、建設(shè)長度、設(shè)計速度、設(shè)計交通量、車道數(shù)、平縱線形、地形地質(zhì)等因素，進(jìn)行多方面深入細(xì)致的綜合分析后確定合理方案，實現(xiàn)隧道建成后對煙塵、明顯影響人體健康的CO等有毒氣體以及空氣中的異味進(jìn)行充分稀釋的基礎(chǔ)工作[2]。

根據(jù)該隧道左、右洞交通流大小及主要車型等差異，綜合考慮地形地貌、通風(fēng)需求和施工進(jìn)度，確定設(shè)計理念。左、右洞主要差異在于稀釋煙塵為左洞主要通風(fēng)需求，其近期設(shè)計風(fēng)速為6.1 m/s～14.8 m/s，遠(yuǎn)期風(fēng)速已超過規(guī)范要求的10.0 m/s，而稀釋空氣異味為右洞主要通風(fēng)需求，需風(fēng)量不大，設(shè)計風(fēng)速不大于7.0 m/s。

要實現(xiàn)特長隧道各通風(fēng)區(qū)段盡量小的設(shè)計風(fēng)速，最有效、最直接的措施是建立各個區(qū)段獨立送排風(fēng)[3]，結(jié)合調(diào)查結(jié)果左洞交通方向大車尤其是特大型貨車較多，需采用分段式縱向通風(fēng)方式，以期盡可能降低粉塵污染，滿足隧道內(nèi)煙塵設(shè)計濃度，保障洞內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生，達(dá)到隧道安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。右洞與左洞相比交通量較小，設(shè)計較為簡單，采用全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)即可滿足要求。

2.1 雙豎井通風(fēng)

豎井送排式縱向通風(fēng)方式是通過豎井交換隧道內(nèi)外的空氣，在排出污染氣體的同時送入新鮮氣體，進(jìn)而加大縱向通風(fēng)方式的適用長度[4]。

方案A：左洞兩豎井分三段軸流風(fēng)機(jī)送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，豎井布置見圖1。

由圖1可見，隧道左洞長度為ZK，右洞長度為YK，結(jié)合現(xiàn)場勘察結(jié)果，在合理位置于左洞設(shè)置兩處豎井用于隧道通風(fēng)，豎井編號為1號、2號，雙豎井將隧道分為L1段、L2段和L3段共三段進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計，三段長度均不足3.0 km，為滿足火災(zāi)工況下排煙需要，通過豎井排風(fēng)道給右洞設(shè)置聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道，將右洞劃分為3段較為獨立的防火分區(qū)，實現(xiàn)正常通風(fēng)要求和隧道防災(zāi)減災(zāi)需要雙管齊下。

經(jīng)計算此方案遠(yuǎn)期三段式通風(fēng)設(shè)計風(fēng)速均不足10.0 m/s，可以較好的滿足隧道在不同工況下的通風(fēng)需求。此方案優(yōu)缺點較為明顯，優(yōu)點主要是豎井長度較短，軸流風(fēng)機(jī)功率較小，缺點也較為突出，由于豎井進(jìn)口位置較為偏遠(yuǎn)，現(xiàn)場地形較為復(fù)雜，所需施工便道較長，增加輔助工程量，同時豎井功能上只能用于通風(fēng)，雖然必不可免的增加施工開挖面，但無法做輔助正洞建設(shè)的施工井，從而隧道主體工期較長。

2.2 雙斜井通風(fēng)

斜井送排式縱向通風(fēng)方式原理與豎井送排式縱向通風(fēng)方式相同，通過斜井交換隧道內(nèi)外的空氣，既排出隧道內(nèi)污染氣體，也送入新鮮氣體。

方案B：左洞兩斜井分三段軸流風(fēng)機(jī)送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，斜井布置見圖2。

由圖2可見，在左洞設(shè)置兩處斜井將隧道分為三段實現(xiàn)分段通風(fēng)，斜井編號為3號、4號，L1段、L2段和L3段分段情況與方案A一致，同時在右洞布設(shè)聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道。

經(jīng)計算方案B與方案A的射流風(fēng)機(jī)數(shù)量和通風(fēng)計算結(jié)果相同，也能夠較好的滿足隧道在不同工況下的通風(fēng)需求。與方案A的主要區(qū)別在于斜井比豎井長度長很多，風(fēng)阻明顯比豎井大，后期運(yùn)營成本必然較方案A要高，但雙斜井既可作為運(yùn)營通風(fēng)井，也可作為施工工作井輔助隧道主洞建設(shè)，增加多個施工工作面，可有效縮短工期。

2.3 斜、豎井通風(fēng)

方案C：左洞一豎井、一斜井分三段軸流風(fēng)機(jī)送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，豎井布置見圖3。

由圖3可見，隧道左線布設(shè)5號豎井、6號斜井兩處通風(fēng)井，同樣為右洞布設(shè)聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道，與方案A、方案B通風(fēng)分段設(shè)計相同，斜井和豎井將隧道分為L1段、L2段和L3段三段進(jìn)行通風(fēng)，并且右洞被分為三個防火分區(qū)，較合理的滿足正常交通工況和火災(zāi)、交通阻滯等異常交通工況的通風(fēng)需求。

經(jīng)相同的計算方法，可知斜、豎井配合通風(fēng)與雙豎井、雙斜井的通風(fēng)計算結(jié)果相同，射流風(fēng)機(jī)數(shù)量也一致。相比方案A、方案B，此設(shè)計方案采取折中，兼顧方案A、方案B各自的優(yōu)點，同時一定程度上削弱了兩者存在的缺點，在各方面條件允許的情況下，達(dá)到節(jié)約造價和提高施工效率的平衡，是較為合理的設(shè)計方案。

3 結(jié)語

“十三五”規(guī)劃收官之年，隧道建設(shè)已成為公路建設(shè)中尤為重要的一環(huán)，優(yōu)秀的隧道設(shè)計與施工很大程度上決定著公路建設(shè)與運(yùn)營的品質(zhì)。本文結(jié)合工程案例，以新規(guī)范為主要依據(jù)，通過對比通風(fēng)效果，并綜合考慮布設(shè)斜、豎井作為通風(fēng)井，同時適當(dāng)條件下輔助隧道正洞施工對工程規(guī)模、建設(shè)工期、造價控制等的影響，對比提出在施工環(huán)境較為良好的基礎(chǔ)上，特長隧道三段式通風(fēng)采用一斜井、一豎井，并設(shè)置聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道的設(shè)計方案，可以較好的滿足隧道通風(fēng)要求，同時兼顧隧道防災(zāi)減災(zāi)要求及工程造價節(jié)約與建設(shè)工期優(yōu)化理念，為類似特長隧道通風(fēng)設(shè)計提供設(shè)計經(jīng)驗予以借鑒，推動現(xiàn)代化隧道建設(shè)。