談公路隧道通風(fēng)設(shè)計

余 偉

(惠州市道路橋梁勘察設(shè)計院，廣東惠州 516001)

近年來，我國公路交通事業(yè)迅猛發(fā)展，隨著高速公路向山區(qū)延伸，公路隧道工程建設(shè)也日益增多，已經(jīng)出現(xiàn)了許多中長隧道甚至特長公路隧道。在整個公路隧道的建設(shè)中，通風(fēng)方案的優(yōu)劣及運營效果的好壞，將直接關(guān)系到隧道的救災(zāi)工程、運營環(huán)境等。我國逐步重視公路隧道的通風(fēng)設(shè)計問題，交通部近年相繼發(fā)布了相關(guān)規(guī)范[1]，這對我國的公路隧道運營通風(fēng)設(shè)計起到了很好的規(guī)范和指導(dǎo)作用。但在具體通風(fēng)設(shè)計中還存在許多需要進(jìn)一步探討的問題。

筆者近年來從事多座隧道的設(shè)計工作，對隧道通風(fēng)設(shè)計工作也尤為重視。下面結(jié)合某高速公路隧道的通風(fēng)設(shè)計工作，在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出公路隧道通風(fēng)設(shè)計理念、方法和步驟。

1 公路隧道通風(fēng)設(shè)計理念和步驟

1.1 設(shè)計的指導(dǎo)思想

通風(fēng)方案設(shè)計與決策涉及多方面的因素，在決策中確定合適的指導(dǎo)思想[2]，又決定了設(shè)計方法與設(shè)計參數(shù)的選取。一般來講，隧道通風(fēng)設(shè)計應(yīng)遵循以下原則:

1)標(biāo)準(zhǔn)原則。

標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是設(shè)計人員必須遵循的法則，從原則上來講應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。

2)安全原則。

以人為本，安全第一，以防為主，防治結(jié)合。

3)實用原則。

實用性主要體現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，包括安全、環(huán)保、運營三個方面的因素。

4)可靠原則。

可靠性反映系統(tǒng)對不同運營工況的適應(yīng)能力。

5)求實原則。

設(shè)計方案應(yīng)與工程特點相結(jié)合。

6)經(jīng)濟(jì)原則。

設(shè)計應(yīng)追求高性價比設(shè)計原則。

7)環(huán)保原則。

環(huán)保問題是非常關(guān)鍵的問題。

8)滿意原則。

一方面是指用戶、建設(shè)地政府和群眾對設(shè)計方案的滿意程度，另一方面是指設(shè)計方案自身方面的滿意程度。

1.2 通風(fēng)設(shè)計的步驟

1.2.1 通風(fēng)方式的選擇

根據(jù)規(guī)范[1]要求和工程類比情況，采取合適的通風(fēng)方式。要根據(jù)本工程具體情況，按照現(xiàn)行規(guī)范及本工程的特點，有必要的話需要進(jìn)行專題研究和論證。

1.2.2 通風(fēng)計算參數(shù)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及交通量預(yù)測

通風(fēng)計算參數(shù)的選取、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的采用和交通量的合理預(yù)測決定了通風(fēng)方式的規(guī)模和數(shù)量。一般隧道可按照規(guī)范進(jìn)行合理選取，特長或者特大隧道有必要進(jìn)行論證或者試驗確定，以取得相對合適的技術(shù)參數(shù)。交通量的預(yù)測應(yīng)在工程前期調(diào)查分析的成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

1.2.3 計算原理的采用和過程

一般隧道建議采用規(guī)范[1]提供的相關(guān)原理進(jìn)行計算，對于特長或特大隧道，建議針對通風(fēng)中的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行多學(xué)科參與的專題研究。

1.2.4 計算結(jié)果的采用和通風(fēng)規(guī)模的確定

根據(jù)計算結(jié)果，采用性能可靠、耐久性好的通風(fēng)設(shè)備，一般隧道最好采用適用性好的設(shè)備，特長或特大隧道可根據(jù)計算結(jié)果也可以根據(jù)設(shè)計要求采用特種設(shè)備。

2 典型公路隧道通風(fēng)設(shè)計

2.1 工程概況

廣河高速公路龍門山坳隧道左洞長794 m，右洞長855 m，單洞三車道，為典型公路隧道[3]。計算行車時速為120 km/h，隧道襯砌內(nèi)輪廓[4]凈寬 16.01 m，隧道拱高 7.81 m(左洞)及 8.19 m(右洞)。

2.2 通風(fēng)方式的選擇

公路隧道的通風(fēng)方式主要有自然通風(fēng)、縱向射流通風(fēng)、半橫向通風(fēng)及全橫向通風(fēng)。本隧道為小于1 000 m的中隧道，推薦采用縱向射流通風(fēng)。

2.3 通風(fēng)計算參數(shù)及交通量

2.3.1 通風(fēng)計算參數(shù)選擇

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1]規(guī)定，本隧道按照全縱向射流通風(fēng)計算，本路段隧道運營通風(fēng)計算參數(shù)見表1。

表1 隧道通風(fēng)計算參數(shù)表

2.3.2 交通量預(yù)測

根據(jù)本工程工況階段對本路段交通組成及交通量分析結(jié)果，本隧道交通量預(yù)測結(jié)果如下:2015年為6 444 pcu/d，2025年為52 000 pcu/d，2029 年為62 048 pcu/d，2034 年為67 535 pcu/d。

2.4 通風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.4.1 隧道內(nèi)CO允許設(shè)計濃度δ

1)正常運營時，隧道內(nèi)CO設(shè)計濃度δ=300 ppm。

2)交通阻滯時，隧道內(nèi)各車道以怠速行駛，平均行車速度為10.0 km/h，經(jīng)歷時間不超過20 min，阻滯段長度不大于1 000 m，洞內(nèi)阻滯段的平均CO設(shè)計濃度可取300 ppm。

2.4.2 隧道內(nèi)煙霧允許設(shè)計濃度K

當(dāng)計算行車速度為100 km/h時，K=0.006 5 m－1;行車速度為80 km/h 時，K=0.007 m－1;行車速度為 40 km/h 時，K=0.009 m－1;行車速度為 10 km/h 時，K=0.012 m－1。

2.4.3 稀釋空氣中異味

隧道空間不間斷換氣頻率為每小時5次，并保證隧道內(nèi)換氣風(fēng)速Vr≥2.5 m/s。

2.4.4 火災(zāi)工況

火災(zāi)時排煙風(fēng)速按Vr=2 m/s～3 m/s取值。

2.5 通風(fēng)機計算基礎(chǔ)參數(shù)

通風(fēng)機計算基礎(chǔ)參數(shù)見表2。

表2 射流風(fēng)機選型

2.6 計算原理及過程

2.6.1 稀釋隧道污染空氣所需新風(fēng)量

1)計算稀釋CO所需的新風(fēng)量。

CO排放量:

稀釋CO所需的新風(fēng)量:

2)計算稀釋煙霧所需新風(fēng)量。

煙霧排放量:

稀釋煙霧的需風(fēng)量:

2.6.2 計算隧道所需的升壓力Δp

計算系數(shù):ζe:0.6，λr:0.02，vn:2.5 m/s)。

2)通風(fēng)阻抗力:

3)交通通風(fēng)力:

其中，Am=(1－γ1)·Acs·ξcs+γ1·Ac1·ξc1(汽車等效阻抗面積Am的計算參數(shù):小型車正面投影面積Acs為2.13，小型車空氣阻力系數(shù)ξcs為0.5，大型車正面投影面積Ac1為5.37，大型車空氣阻力系數(shù) ξc1為 1.0)。

4)隧道內(nèi)所需升壓力:

2.6.3 計算風(fēng)機數(shù)量i

1)每臺射流風(fēng)機的升壓力:

其中，射流風(fēng)機位置摩阻損失折減系數(shù)η=0.87。

2)計算風(fēng)機臺數(shù):

2.7 計算結(jié)果

根據(jù)上述計算原理及有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和交通量預(yù)測情況，分別取得2015年，2025年，2029年，2034年左右洞在正常行車、交通阻滯狀況下所需要的數(shù)量，見表3。

表3 隧道營運通風(fēng)風(fēng)機表

根據(jù)隧道風(fēng)機選擇原則:隧道內(nèi)射流風(fēng)機不宜太多，否則可能布置困難;射流風(fēng)機也不宜太少，否則隧道內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)困難，火災(zāi)時控制困難。因此，采用目前使用較多的SDS-125T-4PD1和SDS-90T-4PD1兩種型號的風(fēng)機進(jìn)行比較選擇。

根據(jù)規(guī)范[2]進(jìn)行通風(fēng)計算，按照規(guī)范規(guī)定長度大于1 500 m且交通量較大的隧道應(yīng)該考慮排煙措施，排煙分區(qū)長度取1 000 m，本隧道單洞最長為855 m，小于1 500 m，故該隧道可不考慮火災(zāi)通風(fēng)工況。

2.8 風(fēng)機的選擇與布置

根據(jù)計算結(jié)果，龍門山坳隧道按交通阻塞工況控制。全線隧道的風(fēng)機型號布置盡量一致的要求，定隧道每組斷面上布設(shè)2臺125型射流風(fēng)機，射流風(fēng)機布置在距洞口200 m處及380 m(右洞第二組)的位置上[5]。

風(fēng)機橫斷面布置見圖1。

3 結(jié)語

雖然設(shè)計中采取了相對合理的分析和計算，但采用的通風(fēng)設(shè)計方案是否適當(dāng)或周全，長期效果如何，運營過程是否可控，仍需進(jìn)一步的觀察和研究。因此，關(guān)于隧道通風(fēng)的后期維護(hù)費用及運營狀況，有必要對本項設(shè)計內(nèi)容展開全壽命周期成本分析、風(fēng)險分析和對策研究，進(jìn)行全面綜合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價。

[1]JTJ 026.1-1999，公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范[S].

[2]蘇立勇.公路隧道通風(fēng)設(shè)計問題分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005(10):29-30.

[3]JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTG/T D71-2004，公路隧道交通工程設(shè)計規(guī)范[S].