公路隧道通風系統升級改造綜述

姚毅 丁平 張博

摘要：公路隧道通風系統對隧道正常運營和火災工況下的人員逃生有著至關重要的作用，它稀釋隧道內有害氣體及煙霧濃度，保持隧道內空氣潔凈。隨著交通量日益增大和人們對隧道運營安全要求的不斷提高，一些修建較早的隧道由于設備老舊、安全標準較低已不能滿足正常運營要求。本文借鑒國內外經驗對公路隧道通風系統升級改造的措施、方法做綜合論述。

關鍵詞：公路隧道 通風系統升級 風險評估

隧道通風系統的主要作用是保證隧道在正常運營及火災工況下的人員安全，稀釋隧道內有害氣體及煙霧濃度，將其控制在一定范圍內。歐洲早期修建的隧道主要為單洞雙向交通（如瑞典），其通風方式也大多為橫向通風，通風系統成本較高，由于其基礎條件限制，發生火災時也難以組織有效的人員逃生。有些單向交通隧道在運營初期車輛較少，設計通風量滿足日常運營要求，但隨著交通量日益增大，隧道內空氣質量變差，為火災工況下的人員安全埋下隱患[1]。目前歐洲各國在公路隧道通風系統升級改造方面有較豐富的經驗和大量工程實例，我國通風系統改造卻主要集中在礦井巷道方面[2]，盡管這兩種結構形式類似，但技術要求和方法卻存在較大差異，本文主要論述公路隧道通風系統改造。

1.通風系統升級改造主要步驟、方法

風險評估是隧道通風系統升級改造的第一步，通過對原有隧道進行人員安全的定性或定量分析，找出原有通風系統的不足，再根據現有條件提出不同的改進方法，就這些不同方法進行經濟合理性、適用性的綜合對比，確定最佳方案[3]。

公路隧道通風系統升級改造，關鍵在于提高隧道內縱向風速[4]，其主要方法如下：

（1）只增大隧道內空氣縱向流動速率，如安裝風機；

（2）增大空氣縱向速率的同時增大隧道內的空氣流量，例如通過送風管向隧道內注入高壓空氣；

（3）只增加或減少隧道內空氣量，如利用多點排煙方式抽取隧道內煙霧。

這三種方法在選擇時要根據實際情況，如隧道內可利用空間、技術可行性、造價等。

1.1增大隧道內縱向風速

增大隧道內縱向風速最簡單的方法就是安裝風機，就公路隧道而言可將風機安裝在隧道頂部，根據需風量計算所需的風機臺數，然后安裝，這種方法運營成本較高，而且保養維修時需要封閉隧道，影響其服務水平。

有的公路隧道和城市隧道由于凈空限制或者考慮到風機保養維護，不安裝在頂部，風機可以安裝在隧道兩側，兩側空間不足時就要考慮像緊急停車帶那樣對隧道內壁進行擴挖。外國學者通過實測和數值模擬發現，當擴挖隧道安裝風機時，由于存在拐角，會產生強烈的紊流，不利于行車安全，也不利于空氣流動。此時需要用導流板導流以減少風力損失，其缺點在于土建費用高。也有學者設想將風機做成香蕉狀的弧形，這種形式可以很好解決紊流問題，但制作風機有較大技術難點。

1.2增大隧道內空氣流速和流量

第二種方法是通過高壓風管向隧道內注入空氣，這種方法適宜于橫向交通隧道，因為不需要額外再設置專用風道，可利用原有設備。需要注意的是由于車流的影響，需要對風管的入射角度進行調整，就理論而言，風管越和隧道軸線平行效果越好，但角度過小時，風力與洞壁的摩擦阻力增大，反而不利于隧道內通風。

1.3增大或減少隧道內空氣流量

多點排煙式通風系統是這種通風方式的典型代表，主要應用于火災工況下的隧道通風。通過設置在隧道頂部的排煙孔將煙霧抽離，降低其內部有害煙氣濃度，為人員逃生創造條件。

從改造角度出發這種方法對正常運營通風效果不大，因而主要適用于原有通風方式為橫向通風的隧道，單獨設置排煙通道成本較高。這種方法的缺陷在于只適用于洞口壓差不超過50-100Pa的隧道，目前地鐵車站采取多點排煙通風方式，鑒于此，采用這種方法也較適合城市內交通隧道。

沒有一種任何方法是通用的，要根據實際情況進行分析，考慮洞口壓差、技術可行性、安裝和維修造價、對使用者的影響等做出最優選擇。

2.其他輔助方法及措施

隧道通風的主要目的是滿足正常運營和人員逃生時的安全條件，當現有基礎設施不滿足實際需求時就要額外增加其他設備及方法，具體如下：

2.1平行通道

平行通道是單洞雙向交通隧道或者相距較遠單向交通隧道的輔助設施，它平行于交通隧道，每隔一段距離通過橫通道和隧道連接，當隧道較長，特別是雙向交通隧道中部發生火災時，無論通風系統如何升級、優化，火災下游總會有一部分車輛始終處于危險狀態。平行通道給車輛逃離危險提供便利，但通風系統設計時需要保證通道內始終不受煙氣侵襲。

2.2屏蔽門（帷幕）和自動噴淋系統

屏蔽門（帷幕）和自動噴淋系統是隧道通風系統的另一補充措施。屏蔽帷幕主要是在隧道內每隔一段距離設置的隔離構造物，當隧道內發生火災時，距離最近的帷幕會自動垂下，配合通風系統阻止煙氣向隧道兩端擴散。這種方法目前大多還停留在理論階段，地鐵車站使用了屏蔽門[5]，但其功能和形式跟公路隧道大不相同。屏蔽門（帷幕）最大問題是如果其附近恰好有汽車存在，對這部分的人員逃生將十分不利。

自動噴淋系統主要是在隧道內一定區域設置噴水裝置，當這一區域的車輛發生火災時該系統自動噴水將火撲滅，其作為輔助措施可以有效減小通風系統的需風量、風速要求。但如何使著火汽車恰好在噴淋系統前，以及該系統所增加的投資也是需要考慮的。

本文針對公路隧道通風系統升級改造進行了綜合論述，實際工況下要根據安全性、合理性、經濟性對各種方法和輔助措施進行優化和組合，最終確定適用合理方案！

參考文獻：

[1]吳怡青.城市道路隧道通風工程改造設計的體會[J].2011.

[2]辛兵.礦井通風系統改造[J].同煤科技，2010（1）：41-43.

[3]Stacey， C. and S.A.P. Ltd. REFURBISHMENT， RISK AND RESPONSIBILITY –DECISIONS WHEN UPGRADING TUNNEL FIRE PROVISIONS. in 6th International Conference‘Tunnel Safety and Ventilation.'Messecenter Graz -Tagungszentrum.2012.

[4]Sturm P. J.B.M.B.M. and A. Graz University Of Technology. THE INFLUENCE OF PRESSURE GRADIENTS ON VENTILATION DESIGN – SPECIAL FOCUS ON UPGRADING LONG TUNNELS.in 6th International Conference ‘Tunnel Safety and Ventilation.Messecenter Graz -Tagungszentrum.2012.

[5]王靜偉，羅輝，王迪軍.屏蔽門對隧道通風系統設計影響及分析[M].2006.