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        火山特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方案比選研究

        2020-07-26 06:02:08
        四川建材 2020年7期
        關(guān)鍵詞:右線射流火山

        雷 帥

        (四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司,四川 成都 610093)

        0 前 言

        近年來,由于高速公路建設(shè)向西部推進(jìn),山區(qū)高速公路隧道建設(shè)面臨規(guī)模大,地質(zhì)復(fù)雜,維護(hù)成本高等問題。隧道建設(shè)成本較高,后期運(yùn)營(yíng)成本也很高,尤其是長(zhǎng)大隧道的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本更高。普通隧道采用自然通風(fēng)和全射流縱向通風(fēng)即能滿足要求,長(zhǎng)大公路隧道通常需要對(duì)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)進(jìn)行特殊考慮,必要時(shí)可采用通風(fēng)井進(jìn)行送排風(fēng)以滿足需風(fēng)量要求,同時(shí)也有利于隧道內(nèi)火災(zāi)排煙。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響到工程建設(shè)費(fèi)用和后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。本文對(duì)寧攀高速火山隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)方案和通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探究,對(duì)方案設(shè)計(jì)過程中的一些問題提出解決方案。

        1 工程概況

        火山隧道進(jìn)口位于四川省涼山彝族自治州會(huì)理縣,出口位于四川省攀枝花市鹽邊縣。起止里程:ZK390+755~ZK397+900,位于鳳營(yíng)互通~新九互通區(qū)段。隧道左線長(zhǎng)7 145 m,設(shè)計(jì)縱坡0.5/2 735,-1.9/4 410;右線長(zhǎng)7 192 m,設(shè)計(jì)縱坡0.5/2 772,-1.9/4 420?;鹕剿淼揽v斷面如圖1所示。海拔高度1 791~1 870 m,設(shè)計(jì)時(shí)速80 km,雙向四車道,隧道凈空面積69.3 m2,當(dāng)量直徑8.5 m。

        圖1 火山隧道縱斷面

        2 通風(fēng)方案

        按不分段對(duì)火山隧道全線需風(fēng)量進(jìn)行初步計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表1所示。隧道最大需風(fēng)量為左線遠(yuǎn)期稀釋煙塵需風(fēng)量662 m3/s,相應(yīng)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為9.55 m/s,滿足全射流縱向通風(fēng)的風(fēng)速要求,因此,隧道可采用全射流縱向通風(fēng)。為滿足火災(zāi)煙霧在隧道內(nèi)最大行程不宜大于5 000 m的要求,需要另設(shè)排煙井進(jìn)行分段排煙。同時(shí)遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)風(fēng)速較大,射流風(fēng)機(jī)升壓力會(huì)降低,經(jīng)濟(jì)性較差,可考慮將排煙井?dāng)U大作為通風(fēng)井,采用分段通風(fēng)??紤]到左線需風(fēng)量遠(yuǎn)大于右線,右線最大需風(fēng)量為426 m3/s,相應(yīng)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為6.15 m/s,是較為合理的風(fēng)速,因此,左右線可考慮采用不同通風(fēng)方式。由于火山隧道沿線地形兩邊高中間低,設(shè)置豎井約長(zhǎng)280 m,設(shè)置斜井則超過600 m,豎井明顯優(yōu)于斜井。

        表1 火山隧道全線需風(fēng)量 單位:m3·s-1

        根據(jù)以上思路,對(duì)火山隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)擬定了如下方案:①方案1:全射流縱向式通風(fēng)方案,考慮到排煙問題,另設(shè)排煙通道;②方案2:左右線各分兩區(qū)段進(jìn)行通風(fēng),設(shè)置豎井1座,一區(qū)段長(zhǎng)約4 282 m,二區(qū)段長(zhǎng)約2 910 m,豎井長(zhǎng)約280 m;③方案3:由于左線通風(fēng)壓力較右線大,因而左線采用兩區(qū)段豎井通風(fēng),右線采用全射流縱向式通風(fēng),豎井兼做右線排風(fēng)井,位置及長(zhǎng)度同方案2。

        3 通風(fēng)方案比選

        3.1 通風(fēng)計(jì)算

        方案1隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)風(fēng)機(jī)數(shù)量如表2所示。

        表2 隧道射流風(fēng)機(jī)數(shù)量表

        火山隧道長(zhǎng)度超過5 000 m,采用全射流縱向通風(fēng)需另設(shè)排煙井進(jìn)行火災(zāi)排煙,公路隧道火災(zāi)排煙宜按隧道全線同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)考慮,需設(shè)置排煙軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

        方案2運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)工況風(fēng)機(jī)及功率計(jì)算結(jié)果見表3。方案3左線運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)參數(shù)與方案2相同,右線運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)參數(shù)與方案1相同,其運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)工況風(fēng)機(jī)及功率見表4。

        表3 方案2運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)數(shù)量表

        表4 方案3運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)數(shù)量表

        3.2 方案比選

        由以上計(jì)算結(jié)果可知,火山隧道既可以采用全射流縱向式通風(fēng),也可以采用豎井送排縱向式通風(fēng)。采用不同通風(fēng)方式對(duì)通風(fēng)費(fèi)用影響較大,為了確定最優(yōu)的通風(fēng)方案,主要從建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)能耗兩個(gè)方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比,見表5。

        表5 建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用對(duì)比 單位:萬元

        通過比較可以看出,3種方案中,由于排煙井規(guī)模小于通風(fēng)井,方案1土建費(fèi)用最低;方案2左右線均采用分段縱向式,隧道通風(fēng)升壓力主要來源于軸流風(fēng)機(jī),射流風(fēng)機(jī)主要為火災(zāi)排煙設(shè)置,運(yùn)營(yíng)能耗最??;方案3左線采用分段縱向式,避免了洞內(nèi)風(fēng)速過高,射流風(fēng)機(jī)效率低的問題,同時(shí)右線采用全射流縱向式則可節(jié)約通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)模,避免浪費(fèi)。

        綜合考慮建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期間費(fèi)用,方案2綜合費(fèi)用最低,故推薦方案2作為火山隧道通風(fēng)方案,通風(fēng)布置如圖2所示。

        圖2 推薦方案通風(fēng)系統(tǒng)布置

        4 結(jié)論及建議

        對(duì)于長(zhǎng)大公路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng),不同通風(fēng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn),需靈活選用,以期既能達(dá)到滿意的通風(fēng)效果,又能節(jié)約投資和后期運(yùn)維成本。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)值得不斷探討的問題,本文針對(duì)火山隧道的通風(fēng)方案比選對(duì)長(zhǎng)大隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)進(jìn)行了探討,以下結(jié)論可以為相關(guān)工程提供參考。

        1)火山隧道左線行車方向有4 410 m長(zhǎng)大上坡,需風(fēng)量較大,而右線行車方向大部分為下坡,上坡段坡度較小。整體隧道而言,其需風(fēng)量左右線差異巨大,類似于單坡隧道。

        2)本隧道全射流縱向通風(fēng)方式由于不需要布設(shè)通風(fēng)井及風(fēng)機(jī)房可以節(jié)約大量土建費(fèi)用,但射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)效果不如軸流風(fēng)機(jī),后期運(yùn)營(yíng)成本較高。

        3)分段縱向式通風(fēng)采用軸流風(fēng)機(jī)升壓,運(yùn)營(yíng)成本明顯優(yōu)于射流縱向式,但需設(shè)置獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng),土建成本較高。

        4)當(dāng)隧道左右線需風(fēng)量差異較大時(shí),左右線可采用不同的通風(fēng)方式以節(jié)約成本。

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