高速公路特長隧道通風系統設計分析

姜虎

摘要：經濟的發展，城鎮化進程的加快，促進高速公路建設項目的增多。近年來，國家對高速公路的建設投入了大量的經濟和精力，高速公路的建設與擴大不僅給中國經濟的發展帶來了一定的推動作用，還給交通出行帶來了極大的便利。就目前我國技術人員所掌握的施工技術來看，在特長隧道的運營通風問題上還存在著一定程度的制約性，隧道的設計和建筑工程中要做出相應的改善。本文就高速公路特長隧道通風系統設計展開探討。

關鍵詞：高速公路;特長隧道;通風系統

大部分公路隧道，無論長短普遍都采用功率較大的機械設備進行隧道通風，造成了嚴重的資源浪費。根據公路隧道的實際情況選用合理的通風方式，盡量更多地利用自然資源對公路隧道通風系統進行節能設計，對于我國公路隧道的安全穩定運營、綠色持續發展具有重要意義。

1通風方式及通風標準

1.1通風標準

公路隧道通風設計的安全標準以稀釋機動車排放的煙塵為主，煙塵設計濃度為0.007g/m3;衛生標準以稀釋機動車排放的一氧化碳為主，一氧化碳設計濃度為100cm3/m3;舒適性標準以換氣稀釋機動車帶來的異味為主，最小換氣頻率不低于每小時3次。基于我國公路隧道數量眾多及經濟技術的發展現狀，對于稀釋洞內粉塵污染、NO2、富余熱量等，原則上不是隧道通風系統設計應考慮的對象。

1.2通風方法

隧道通風一般分為自然通風和機械通風兩種。顧名思義，自然通風就是利用自然條件產生通風壓力來達到通風的效果，能夠促進隧道內的空氣流通，但是就目前掌握的技術而言，沒有可靠的方法能夠確定自然通風在隧道中能夠允許的最大長度，而且在《煤礦安全規程》中明確地規定了不準采用自然通風的方式來達到特長隧道通風的效果。《公路隧道施工技術規范》中是這樣規定的：隧道施工的獨頭掘進長度超過150m時，就要采用機械通風的方式;因為自然通風方式被運用到實際工程中時有很多不規范或者不達標情況，而機械通風則更適用于大多數的隧道通風技術。機械通風一般又分為抽出式通風、壓入式通風和混合式通風。這三種通風方式也各有特點，下面分別對這三種通風方式進行探究：（1）抽出式通風方式的主要原理是利用新鮮的空氣進入隧道，污風則通過風筒由局部的通風機排出;這種通風方式便于運輸，易于通風管理，但是安全性能較差，通風距離也比較短，有一定的局限性，不適宜運用在瓦斯隧道中。（2）壓入式通風的原理與抽出式通風正好是相反的，其利用局部通風機把新鮮空氣通過風筒送到工作面，污風則由巷道排出。這種通風方式安全性能較抽出式通風方式好一點，而且通風距離較長，阻力相對較小，當然這種通風方式管理起來是有一定困難的，而且在污風排出的時候，會嚴重影響到工作環境，在高瓦斯隧道的建設當中是必須要采用這種通風方式的。（3）混合式通風則結合了前兩者的特點，采用了兩套風機和風筒裝置，一套用來壓入新鮮的空氣，另一套則用來抽出污風，這種通風方式的通風能力較強，并且能起到很好的通風效果，但是由于設備過多，管理存在著復雜性，不適合高瓦斯通風。

2公路隧道通風系統存在的問題

公路隧道通風系統存在的主要問題有：（1）通風系統規模龐大，利用效率低，閑置率高，造成了資源浪費;（2）機械通風耗能、耗電量大，可充分利用自然風進行節能設置，但自然通風負壓不達標，并且自然風隨機性大，需合理設置利用;（3）部分公路隧道雖采取了自然通風措施，但未能充分利用隧道外部豐富的自然資源輔助隧道通風，自然通風效果不明顯;（4）長大公路隧道對自然風的利用率低，通風設備的啟停無法與隧道環境變化相匹配，存在滯后效應。

3交通量的計算

根據特長公路隧道所屬項目工程可行性研究報告對交通量的預測及車型比例構成，結合各汽車代表車型及車輛折算系數。首先將工可報告中各設計年（預測）年平均日交通量換算成標準小客車設計高峰小時交通量;其次按照工可報告中提出的交通組成百分比，分別計算出各車型對應的標準小客車設計高峰小時交通量;最后按《公路工程技術標準》（JTGB01—2014）“各汽車代表車型與車輛折算系數”，將各車型對應的標準小客車高峰交通量換算成混合車型設計高峰小時交通量。

4高速公路特長隧道通風系統設計

4.1自然通風

自然通風即在不借助任何通風設備及沒有任何外界人為因素影響的條件下，憑借自然風流氣象，依靠隧道洞口處的熱位差和壓力差以及車輛出入形成的活塞風進行隧道通風。這種通風方式存在一定的局限性，隧道長度、隧道洞內外溫差、空氣相對濕度、洞口氣壓差、車輛行駛速度、交通量等都會對自然通風產生很大的影響。自然通風方式一般適用于車速較高、流量較大的單向短公路隧道，但很難滿足長大高速公路隧道的通風需求。例如，張涿高速公路保定段南臺二號隧道長度不足200m，太平莊隧道全長107.0m，均可優先考慮自然風通風方式，充分利用自然資源滿足其隧道通風需求，具有較強的經濟性。

4.2對施工區域進行合理劃分

隧道施工的規模一般都比較大，所以想要進行高效施工，就要對隧道內的區域進行合理劃分，每一個區域都要根據實際情況制定出相關的施工方案，由相關的負責人對區域進行合理化管理，從而完善施工管理上出現的問題。

4.3風能的利用

風能是一種清潔、綠色、可再生能源。可充分利用自然界的風能進行公路隧道通風建設。一方面，盡可能多地利用風能為公路隧道不斷注入新鮮的空氣，實現隧道內污濁空氣與新鮮空氣的轉換;另一方面，設置風力發電系統，將無法自然進入隧道稀釋污濁空氣的風能轉化為電能，儲存備用。當隧道內的需風量不能滿足正常運營需求時，儲存的電能可轉化為機械能驅動電力通風設施進行隧道通風，在節能的前提下保證了公路隧道的安全穩定運營。

4.4施工現場管理

在隧道施工的過程中要制定健全的管理方案和制度，明晰工作指標，要合理安排專業人員對通風系統定期檢修和觀察，落實到每一個細節部位，做到嚴格的質量把控和操作要求，記錄人員在施工現場要做好各項參數的記錄，及時發現錯誤并改正錯誤，消除可能存在的安全隱患。

5結語

總之，高速公路特長隧道通風系統的設計與隧道長度、坡度、設計交通量及通風井的位置密切相關，設計時應從土建費用、前期設備費用、運營用電等經濟方面對通風系統方案做進一步的比選，使通風系統工程造價與風險最小化，并降低后期運營維護費用。

參考文獻：

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（作者單位：中鐵十四局集團第二工程有限公司）