十天高速西秦嶺隧道通風方式研究

譚建德

（甘肅省公路建設管理集團有限公司，甘肅蘭州730030）

十天高速西秦嶺隧道通風方式研究

譚建德

（甘肅省公路建設管理集團有限公司，甘肅蘭州730030）

西秦嶺特長公路隧道是十天高速甘肅段全線的控制性工程，該隧道為上下行分離的雙洞四車道隧道。該隧道左線全長為5464m，右線5700m，隧道左右線長度稍大于《細則》給出的采用全射流縱向通風的單向交通隧道的適用長度（5000m），按照常規方案，應采用豎井送排式通風方案。基于上述情況，本論述從降低隧道通風系統土建費用和節省運營電費的角度考慮，建議該隧道采用首期建設費用低、運營管理容易且經濟效益顯著、方式靈活的雙洞互補式網絡通風方案，近期關閉兩洞換氣通道，左右線采用純射流縱向通風方案；遠期開啟換氣通道，實施雙洞互補式網絡通風。

特長公路隧道；全射流縱向通風；雙洞互補式網絡通風；換氣通道

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.10.020

0　引言

十堰至天水高速公路（編號為G7011）（以下簡稱十天高速）是福州至銀川國家高速公路（G70）的橫向聯絡線，該聯絡線東起湖北省十堰市，西至甘肅省天水市，走向與316國道大致相同，自東向西依次連接了福銀高速（G70）、包茂高速（G65）、京昆高速（G5）和連霍高速（G30）四條國家級高速公路，途經湖北、陜西、甘肅三省，全線規劃總里程約833km。西秦嶺特長公路隧道是十天高速甘肅段全線控制性工程，為上下行分離的雙洞四車道隧道，最大埋深達680m，穿越軟巖大變形和斷裂破碎帶，地質情況極為復雜，施工難度極大。隧道左線起止樁號為ZK549+656-ZK555+120，全長5464m，右線起止樁號為ZK549+664-ZK555+364，全長5700m，雙洞單向交通，設計隧道內行車速度80km/h。預測2025年高峰小時交通量1082輛/h，2033年2032輛/h。隧道平均設計標高，左線876.6m、右線877.4m。特長公路隧道的通風方式直接關系到隧道基建投資額及后期的運營費用，因此長大公路隧道應進行詳細的通風規劃和通風調查。本論述結合西秦嶺特長公路隧道的交通量、工程造價及運營管理等情況，對其適用的通風方式進行探討。

1　需風量計算

根據可行性研究報告給出的交通量預測情況及交通結構情況，以2025年以前作為近期通風階段，2033年以后為遠期通風階段，依據實際情況選擇西秦嶺隧道需風量計算所需的各參數量值，根據《公路隧道通風設計細則》（JTJ/TD70/2-02-2014）計算確定西秦嶺隧道左右線各工況下的需風量，見表1、表2所示。

表1　西秦嶺隧道左線各工況下的需風量計算結果一覽表

從表1可以看出，西秦嶺隧道左線近、遠期各正常行車工況下（30km/h～80km/h）稀釋CO所需新鮮風量均大于稀釋煙霧所需新鮮風量，但二者均較小，且車輛在隧道內高速行駛時需風量較小；交通阻滯工況下稀釋CO和煙霧的需風量相對正常行駛工況明顯增加，換氣需風量最大，西秦嶺隧道左線進、遠期的控制風量均為換氣需風量，近期285.90m3/s，遠期為381.21m3/s。

表2　西秦嶺隧道右線各工況下的需風量計算結果一覽表

從表2可以看出，西秦嶺隧道右線近、遠期各正常行車工況下（30km/h~80km/h）稀釋CO所需新鮮風量均小于稀釋煙霧所需新鮮風量，究其原因是右線為長上坡路線。西秦嶺隧道右線近期控制風量取值為311.65m3/s（換氣），遠期控制需風量取值為598.18m3/s（煙霧）。

2　西秦嶺特長隧道近期通風方式

公路隧道的機械通風方式，一般分為全橫向、半橫向和縱向。根據2000年底的統計，全世界已建3.0km以上的公路隧道400多座，20世紀80年代以前建成的多為全橫向式和半橫向式通風，以瑞士、奧地利和意大利為代表。而20世紀80年代以后，關于公路隧道通風方式基本分為兩大派。歐洲各國仍然以半橫向、全橫向居多，而亞洲以日本為代表，全為分段縱向。日本甚至認為，加靜電除塵器的分段縱向通風方式，適合任何交通形式和任何長度的公路隧道。近年，歐洲各國的通風理念也有所改變，雙洞單向交通，分段縱向通風方式，逐漸成為主流。國內的公路隧道通風方式，也經歷了由最初的全橫向、半橫向向分段縱向逐漸過渡的過程。

中華人民共和國交通運輸部2014年08月頒布實施的《公路隧道通風設計細則》（JTJ/TD70/2-02-2014）第4.1.2的條文說明中給出了采用全射流縱向通風的單向交通隧道的適用長度為5000m以內。事實上，上述規定目前實際工程中已有所突破，如今國內外人士對全射流縱向通風已經有了新的觀念和認識，很多公路隧道通風實踐中也業已突破了上述規定。新疆西天山南北公路通道上的西天山隧道長16000m，近期擬采用全射流通風方式；2014年通車的張涿高速分水嶺隧道右線長6844.4m，近遠期均采用全射流通風方式；國道主干線公路戶寧段（GZ40）秦嶺Ⅱ號隧道下行線全長6144m，近遠期均采用全射通風。國外也有全射流縱向通風方式隧道適用長度突破5000的應用實例，意大利奧斯塔隧道，全長7.6km（單洞），采用全射流縱向通風方式；挪威Fodness隧道長度6.5km左右，采用全射流通風。

《公路隧道通風設計細則》4.2.1條規定，單向交通的隧道設計風速不宜大于10m/s，特殊情況不應大于12m/s。由《細則》規定和上述突破標準要求的工程實例來看，洞內風速是否超標是全射流縱向通風方式能否采用的關鍵，而非隧道長度，當然防災救援也是能否采用全射流縱向通風方式的重要因素。由表1和表2可知，西秦嶺特長公路隧道左右線近期控制風量分別為285.90m3/s和311.65m3/s，洞內風速分別為4.55m/s和4.96m/s，遠小于《細則》的要求，雖隧道排煙區段長度稍大于《細則》要求，但人員逃生和疏散可借助車行和人行橫通道進行。因此十天高速西秦嶺隧道左右線近期可采用全射流縱向通風方式。

3　西秦嶺特長隧道遠期通風方式

西秦嶺特長隧道左線遠期的控制需風量只有381.21m3/s，洞內設計風速為6.07m/s，小于規范允許風速10m/s，因此西秦嶺隧道左線遠期依然可采用全射流縱向通風方式。西秦嶺隧道右線遠期控制風量為598.18m3/s洞內設計風速為9.537m/s，與規范允許風速10m/s十分接近，從右線洞內衛生條件及運營安全考慮，西秦嶺隧道右線已不適宜采用全射流縱向通風方式。針對西秦嶺特長隧道遠期左右線控制風量及洞內風速情況，根據國內外特長公路隧道通風技術發展現狀及趨勢，結合本工程特點，西秦嶺隧道左右線遠期較為可行的通風方案為：右洞通風系統設計采用斜井分段送排+射流風機組合分段縱向式通風方案，隧道左洞通風系統設計日常運營采用全射流縱向式通風，在與右洞排風口對應位置增設排煙口與右洞排風道相連，發生火災時采用分段排煙方案。

《細則》條文7.9.1規定：吸塵式縱向通風方式可用于特長公路隧道。條文說明7.9.1作如下解釋“如果在隧道內部合適位置（一處或數處）設置吸塵裝置濾除汽車尾排有害氣體中的煙塵，就可以取消或減少豎井，增加縱向通風方式的適用長度”。由細則條文及國外的一些文獻來看，當按稀釋煙霧濃度指標計算得到的隧道需風量大于按照稀釋CO濃度指標計算得到的隧道通風需風量時，同時稀釋煙霧的需風量為控制需風量，隧道就滿足了采用吸塵式縱向通風方式的必要條件。由表2可知，西秦嶺隧道右線遠期控制風量為時速80km/h時稀釋煙霧的需風量，該控制工況下稀釋煙霧需風量與稀釋CO需風量比值高達4.604，完全適合吸塵式縱向通風方式。故西秦嶺隧道左右線遠期可采用吸塵式縱向通風方式（右線）+全射流縱向通風（左線）的方式。

雙洞互補網絡式因其不依賴豎井或斜井，充分利用負荷較低側隧道線路富余風量的先進理念逐漸成為一種較有競爭力的特長公路隧道通風方式。西秦嶺隧道右線遠期需風量為598.18m3/s（稀釋煙霧），左線遠期需風量291.13m3/s（CO工況），其右左線通風負荷比為2.055，針對西秦嶺特長公路隧道左右線遠期通風負荷嚴重不均衡的情況，西秦嶺特長隧道遠期可采用雙洞互補式網絡通風方案。

西秦嶺特長公路隧道遠期各通風方案的技術經濟比較見表3。由該表知，與分段送排+射流風機組合分段縱向式通風方案相比，雙洞互補式網絡通風可以節約初期投資6776.8萬元，與吸塵縱向通風方案相比節約初期投資2526萬元。經上述分析西秦嶺特長公路隧道近期左右線采用全射流縱向通風方式，遠期采用雙洞互補式網絡通風方案。

4　結論

（1）目前采用全射流縱向通風方式的單向交通隧道的適用長度已突破了我國《細則》中關于適用長度的最新規定，適用長度已接近7000m。基于《細則》對單向交通的隧道設計風速不宜大于10m/s的規定，西秦嶺特長公路隧道左右線近期可采用全射流縱向通風方式。

（2）西秦嶺特長隧道右線遠期洞內設計風速為9.537m/s，與《細則》允許風速10m/s十分接近，從洞內衛生條件及運營安全方面考慮，西秦嶺隧道右線已不適宜采用全射流縱向通風方式。經過對西秦嶺特長公路隧道遠期各通風方案的技術經濟比較，建議遠期采用首期建設費用低、運營管理相對容易且經濟效益較為顯著的雙洞互補式網絡通風方案。

表3　西秦嶺隧道遠期各通風方案的技術經濟比較

（3）西秦嶺特長隧道左右線間設置雙洞換氣風道后，通風方式更加靈活。近期關閉換氣風道，雙洞可分別采用全射流縱向通風，遠期交通量增大時，可開啟雙洞換氣通道，采用互補式網絡通風。可以說，該通風方案兼容全射流縱向通風方案，可操作性強。

［1］JTG/TD71-2004.公路隧道交通工程設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］JTGB01-2014.公路工程技術標準［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［3］JTGD70-2004.公路隧道設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］JTG/TD70/2-02-2014.公路隧道通風設計細則［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［5］曾艷華，關寶樹.公路隧道全射流縱向通風方式的適用長度［J］.公路，1998（01）：38-41.

［6］肖堯.特長公路隧道通風方式探討［J］.重慶工商大學學報（自然科學版），2014，31（08）：97-100.

［7］夏豐勇，王亞瓊，謝永利.公路隧道雙洞互補式通風的設計方法與試驗［J］.公路交通科技，2015，32（03）：103-108.

U453.5

A

2016-7-25

譚建德（1976-），男，漢族，青海格爾木人，大學本科，高級工程師，主要從事高等級公路項目建設管理工作。