談公路隧道通風設計

余 偉

(惠州市道路橋梁勘察設計院，廣東惠州 516001)

近年來，我國公路交通事業迅猛發展，隨著高速公路向山區延伸，公路隧道工程建設也日益增多，已經出現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中，通風方案的優劣及運營效果的好壞，將直接關系到隧道的救災工程、運營環境等。我國逐步重視公路隧道的通風設計問題，交通部近年相繼發布了相關規范[1]，這對我國的公路隧道運營通風設計起到了很好的規范和指導作用。但在具體通風設計中還存在許多需要進一步探討的問題。

筆者近年來從事多座隧道的設計工作，對隧道通風設計工作也尤為重視。下面結合某高速公路隧道的通風設計工作，在總結經驗的基礎上，提出公路隧道通風設計理念、方法和步驟。

1 公路隧道通風設計理念和步驟

1.1 設計的指導思想

通風方案設計與決策涉及多方面的因素，在決策中確定合適的指導思想[2]，又決定了設計方法與設計參數的選取。一般來講，隧道通風設計應遵循以下原則:

1)標準原則。

標準和規范是設計人員必須遵循的法則，從原則上來講應嚴格執行。

2)安全原則。

以人為本，安全第一，以防為主，防治結合。

3)實用原則。

實用性主要體現系統的設計目標，包括安全、環保、運營三個方面的因素。

4)可靠原則。

可靠性反映系統對不同運營工況的適應能力。

5)求實原則。

設計方案應與工程特點相結合。

6)經濟原則。

設計應追求高性價比設計原則。

7)環保原則。

環保問題是非常關鍵的問題。

8)滿意原則。

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

1.2 通風設計的步驟

1.2.1 通風方式的選擇

根據規范[1]要求和工程類比情況，采取合適的通風方式。要根據本工程具體情況，按照現行規范及本工程的特點，有必要的話需要進行專題研究和論證。

1.2.2 通風計算參數、技術標準及交通量預測

通風計算參數的選取、技術標準的采用和交通量的合理預測決定了通風方式的規模和數量。一般隧道可按照規范進行合理選取，特長或者特大隧道有必要進行論證或者試驗確定，以取得相對合適的技術參數。交通量的預測應在工程前期調查分析的成果的基礎上進行。

1.2.3 計算原理的采用和過程

一般隧道建議采用規范[1]提供的相關原理進行計算，對于特長或特大隧道，建議針對通風中的關鍵性技術進行多學科參與的專題研究。

1.2.4 計算結果的采用和通風規模的確定

根據計算結果，采用性能可靠、耐久性好的通風設備，一般隧道最好采用適用性好的設備，特長或特大隧道可根據計算結果也可以根據設計要求采用特種設備。

2 典型公路隧道通風設計

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 通風方式的選擇

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

2.3 通風計算參數及交通量

2.3.1 通風計算參數選擇

根據相關規范[1]規定，本隧道按照全縱向射流通風計算，本路段隧道運營通風計算參數見表1。

表1 隧道通風計算參數表

2.3.2 交通量預測

根據本工程工況階段對本路段交通組成及交通量分析結果，本隧道交通量預測結果如下: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 通風技術標準

2.4.1 隧道內CO允許設計濃度δ

1)正常運營時，隧道內CO設計濃度δ=300 ppm。

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

2.4.2 隧道內煙霧允許設計濃度K

當計算行車速度為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，并保證隧道內換氣風速Vr≥2.5 m/s。

2.4.4 火災工況

火災時排煙風速按Vr=2 m/s～3 m/s取值。

2.5 通風機計算基礎參數

通風機計算基礎參數見表2。

表2 射流風機選型

2.6 計算原理及過程

2.6.1 稀釋隧道污染空氣所需新風量

1)計算稀釋CO所需的新風量。

CO排放量:

稀釋CO所需的新風量:

2)計算稀釋煙霧所需新風量。

煙霧排放量:

稀釋煙霧的需風量:

2.6.2 計算隧道所需的升壓力Δp

計算系數:ζe:0.6，λr:0.02，vn:2.5 m/s)。

2)通風阻抗力:

3)交通通風力:

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

4)隧道內所需升壓力:

2.6.3 計算風機數量i

1)每臺射流風機的升壓力:

其中，射流風機位置摩阻損失折減系數η=0.87。

2)計算風機臺數:

2.7 計算結果

根據上述計算原理及有關基礎數據和交通量預測情況，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量，見表3。

表3 隧道營運通風風機表

根據隧道風機選擇原則:隧道內射流風機不宜太多，否則可能布置困難;射流風機也不宜太少，否則隧道內風速調節困難，火災時控制困難。因此，采用目前使用較多的SDS-125T-4PD1和SDS-90T-4PD1兩種型號的風機進行比較選擇。

根據規范[2]進行通風計算，按照規范規定長度大于1 500 m且交通量較大的隧道應該考慮排煙措施，排煙分區長度取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通風工況。

2.8 風機的選擇與布置

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

風機橫斷面布置見圖1。

3 結語

雖然設計中采取了相對合理的分析和計算，但采用的通風設計方案是否適當或周全，長期效果如何，運營過程是否可控，仍需進一步的觀察和研究。因此，關于隧道通風的后期維護費用及運營狀況，有必要對本項設計內容展開全壽命周期成本分析、風險分析和對策研究，進行全面綜合的經濟技術評價。

[1]JTJ 026.1-1999，公路隧道通風照明設計規范[S].

[2]蘇立勇.公路隧道通風設計問題分析[J].現代隧道技術，2005(10):29-30.

[3]JTG B01-2003，公路工程技術標準[S].

[4]JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].

[5]JTG/T D71-2004，公路隧道交通工程設計規范[S].