特長公路隧道通風方案比選研究

姜同虎 吳 華

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引言

隨著高速公路的發展，越來越多高速公路向山區延伸，長度略大于5 km的特長公路隧道越來越多，而其交通量一般不大，隧道需風量通常由換氣工況控制，全射流縱向通風方案可以滿足隧道正常運營情況下的通風需求；但火災工況下煙霧的最大行程長度可能大于5 km，無法滿足相關規范要求。因此，特長公路隧道的通風方案需進一步比選研究，從而滿足正常運營通風以及火災工況下煙霧排放的需求。

1 工程概況

霧嶺頭隧道為特長分離式公路隧道，右線長5 700 m，左線長5 680 m，隧道縱坡為1.05%的單向坡，隧道設計高程介于46.226 m～105.558 m，隧址區屬中低山區，地形起伏較大，多年平均溫度15.6 ℃。

霧嶺頭隧道的設計速度為80 km/h，根據隧道通風標準計算各工況下需風量，經比較隧道近、遠期控制需風量均為換氣工況，換氣需風量為310 m3/s，隧道的設計風速為4.75 m/s，滿足規范中設計風速小于10 m/s的要求。

根據《公路隧道通風設計細則》中規定：火災煙霧在隧道內最大行程不宜大于5 000 m。因此，為滿足霧嶺頭隧道內火災工況下防災排煙需要，需在隧道洞身部位增設排煙口。結合國內已有研究成果[1]，以及類似規模隧道工程通風設計經驗，霧嶺頭隧道防火分區宜按兩段考慮，以縮短火災煙霧在隧道內的擴散行程，降低火災風險。

2 隧道通風方式比選

長度大于5 km隧道需劃分為兩個防火區段，因此，需在隧道洞身修建通風斜豎井。按隧道通風方式可采用全射流縱向通風+斜(豎)井排煙方式、斜(豎)井送排式縱向通風方式兩種方案。

方案一：全射流縱向通風+斜(豎)井排煙方式。

根據隧道需風量計算結果，并考慮地形、地質、環保等方面因素，正常運營工況下，隧道近、遠期均采用全射流縱向通風方式；火災工況下，通過在隧道洞身部位設置的斜(豎)井排煙[2]，滿足煙霧最大行程要求。該方案初期機電投資和建成后的運營費用均較為經濟，射流風機采用多組分級控制可適應各種運營工況條件的要求。

方案二：斜(豎)井送排式縱向通風方式。

根據隧道需風量計算結果，為減少射流風機布置臺數，高效快捷的送風換氣，可在霧嶺頭隧道洞身設置1處斜(豎)井，左線上坡隧道采取斜(豎)井送排式縱向通風，右線下坡隧道采取全射流縱向通風，同時由斜(豎)井排風道向右線引入一條排煙通道，以滿足正常運營及火災排煙通風需求。

兩種方案通風方式技術經濟比選見表1。

表1 霧嶺頭隧道通風方式技術經濟比選表

通過對霧嶺頭隧道通風土建、機電設備、運營管理等多方面綜合分析，兩種方案的斜(豎)井的井位選址一致，而方案二采用送、排風井合建形式，斜(豎)井的面積相對較大，地下聯絡風道、排煙風道布置相對復雜，土建費用及施工難度較方案一有所增加，而且裝機總功率較高，后期運營費用、養護成本較高。考慮霧嶺頭隧道近遠期交通量相對較小，正常工況下設計風速僅為4.75 m/s，遠小于規范要求，采用全射流縱向通風方案可滿足隧道正常運營通風需求，火災工況下采用斜(豎)井分段排煙，結構形式簡單，通風控制便捷，風機養護成本相對較低，故推薦霧嶺頭隧道采用全射流縱向式+斜(豎)井排煙的通風方式。

3 隧道通風井類型比選

隧道通風井一般采用斜井、豎井兩種類型，根據霧嶺頭隧道工程實際情況，并結合隧址區地形、地質條件，施工難度、工期要求，運營期便利性等因素，對隧道通風井類型進行比選[3](見表2)。

表2 霧嶺頭隧道通風井類型技術經濟比選表

霧嶺頭隧道斜井方案中通風井長度為350 m，傾角為7.41°，縱坡豎曲線半徑采用100 m，平面曲線半徑采用25 m。斜井采用鉆爆法施工，無軌運輸出渣。

霧嶺頭隧道豎井方案中通風井深85 m，豎井直徑為4 m，為保證施工安全，采用正井法施工。

通過對霧嶺頭隧道斜井、豎井方案的技術經濟比選，結合地質、地形條件及隧道施工工期要求，斜井的土建費用增加不大，且施工簡便、安全，可有效解決特長隧道的工期問題；豎井施工工藝、施工設備復雜，安全性差，且無法解決特長隧道工期問題。故霧嶺頭隧道通風井推薦采用斜井方案。

4 結語

隨著公路交通事業的不斷發展，長度大于5 km的隧道將越來越多，火災工況下隧道煙霧在隧道內最大行程要求將成為特長隧道防災救援設計的關鍵性因素。通過對霧嶺頭隧道建設期、運營期的綜合經濟技術比選，采用全射流縱向式通風+單斜井排煙的通風方案具有較高的推廣價值。正常工況下采用全射流縱向式通風，火災工況下采用單斜井分段排煙，結構形式簡單，通風控制便捷，風機房養護成本相對較低，可為類似特長公路隧道通風方案的研究提供參考。