高原環境超長隧道運營通風方案研究

中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075

1 設計需風量及通風計算結果

對計算行車速度及以下各工況車速按10km/h為一檔，并考慮交通阻塞狀態，分別計算稀釋CO需風量和稀釋煙塵濃度需風量，還應滿足隧道空間不間斷換氣頻率3次/h，且隧道內換氣風速不應低于1.5m/s。此外，隧道通風還應滿足隧道在火災時排煙、救援通風要求。取較大者作為設計需風量。姜佩隧道左線近期、左線遠期、右線近期、右線遠期最大需風量分別為686.08m3/s、1020.28m3/s、686.08m3/s、1020.28m3/s，均由40km時速下稀釋CO濃度工況控制。

2 隧道通風系統計算結果分析

姜佩隧道洞內近期設計風速最大為10.46m/s，遠期設計風速最大為15.55m/s，左、右線近遠期風速均超過10m/s的限制要求，且為滿足火災煙霧在隧道內的最大行程不宜大于5000m的要求，隧道左、右線需考慮設置斜（豎）井分段通風。

3 隧道運營通風井方案比選

結合姜佩隧道特點，通風井設計需要考慮施工工期、土建費用、運營費用以及施工風險及通風效果。相同面積平導、無軌斜井以及有軌斜井延米造價相差不大，其中平導延米造價較無軌斜井低，無軌斜井較有軌斜井延米造價略低，豎井造價比斜井和平導造價約高出40%～60%。平導一般布置于地形受限嚴重區域，因此平導一般長度較長。與有軌斜井方案縱坡相比，無軌斜井縱坡較緩，因此長度較有軌斜井長，但是有軌斜井需要安裝軌道和運輸設備，且由于有軌斜井縱坡較大，運渣存在一定風險，因此對主洞結構和施工人員構成安全威脅。豎井對主洞施工輔助功能有限，且施工難度大，可能會出現涌水導致豎井無法施作[1]。因此選擇通風井方案需要考慮各方面因素綜合比選。

對于采用兩井三區段和單井兩區段通風方案，考慮通風井位于大致三等分或兩等分位置處，具體如表1所示。

表1 姜佩隧道通風井方案研究

（1）豎井：深度達到565m，豎井口位于山頂，施工便道修筑困難，施工場地狹窄，且計算通風面積大、豎井結構斷面大，施工風險極大，不利于施工開展，施工便道最長，很難輔助主洞施工，因此豎井方案不再作為比選方案。

（2）有軌斜井：考慮有軌斜井造價和輔助主洞施工效率，有軌斜井布設長度為1000m以上，其經濟性不明顯，該項目受隧道所在區域地形和構造影響，有軌斜井洞口地面高程較高，斜井縱坡坡度較大，施工難度較大且洞口區域地面陡峭，施工作業困難。因此，將有軌斜井方案作為比選方案。

3.1 隧道通風方案比選

（1）通風方案一：全射流縱向式通風（左、右線）。按表1的設計風量計算出姜佩隧道左線設計風速最大為15.55m/s（需風量為1020.28m3/s)，右線設計風速最大為15.55m/s（需風量為1020.28m3/s)。依據《公路隧道通風設計細則》（JTG/T D70/2-02—2014）（以下簡稱《細則》），姜佩隧道左、右線近期遠期風速均超過《細則》不大于10m/s的要求，同時結合《細則》中關于火災排煙設計的原則“火災煙塵在隧道內的最大行程不宜大于5000m”的要求，隧道采用全射流縱向式通風不合適。

（2）通風方案二：單斜井同時對左、右洞進行送排風。結合方案一需風量結果及依據《細則》中關于最大風速和火災排煙設計的原則的要求，左、右線均采用單井送、排式通風方式。結合現場踏勘并結合地形，在樁號K245+700設置1座無軌斜井，對左、右線進行送排風。左線每段長度分別為4235m和2805m，排風段設計風量為578.95m3/s，設計風速為8.82m/s；送風段設計風量為578.95m3/s，設計風速為8.82m/s。右線每段長度分別為4209m和2931m，排風段設計風量為655.8m3/s，設計風速為10m/s；送風段設計風量為655.8m3/s，設計風速為10m/s。該方案各段風速均超過8m/s的經濟風速要求，故該方案不合適。

（3）通風方案三：兩斜井（無軌）同時對左、右洞送排風。推薦左、右線均采用1號斜井（左、右線）（無軌運輸）+2號斜井（左、右線）（無軌運輸）送排式通風方式。結合現場踏勘并結合地形，在樁號K243+800、K246+150分別設置1座無軌斜井，對左、右線進行送排風。左線每段長度分別為2335m、2350m和2355m，排風段設計風量為529.03m3/s，設計風速為8m/s；送風段設計風量為529.03m3/s，設計風速為8m/s。右線每段長度分別為2310m、2350m和2380m，排風段設計風量為442.64m3/s，設計風速為6.75m/s；送風段設計風量為442.64m3/s，設計風速為6.75m/s。

（4）通風方案四：兩斜井（有軌）同時對左、右洞送排風。推薦左、右線均采用1號斜井（左、右線）（有軌運輸）+2號斜井（左、右線）（有軌運輸）送排式通風方式。結合現場踏勘并結合地形，在樁號K243+800、K246+150分別設置1座有軌斜井，對左、右線進行送排風。左線每段長度分別為2335m、2350m和2355m，排風段設計風量為529.03m3/s，設計風速為8m/s；送風段設計風量為529.03m3/s，設計風速為8m/s。右線每段長度分別為2311m、2350m和2379m，排風段設計風量為442.64m3/s，設計風速為6.75m/s；送風段設計風量為442.64m3/s，設計風速為6.75m/s。隧道風機房方案確定：由于姜佩隧道地面風機房位置偏僻、交通不便、地形較陡峭、后期維護不便，而地下風機房安全風險可控，優勢較明顯，因此推薦采用地下風機房。

3.2 隧道通風方案的比選論證

通過對隧道各通風方案土建工程費、運營維護費及設備費進行經濟比較做出相應適當的選擇。姜佩隧道總費用具體如表2所示。對各通風方案進行技術、經濟綜合比較，如表3所示。通過不同角度的比選可以看出，方案三雖然總費用略高于方案四，但在技術難度和防災救援上有明顯優勢[2]。經綜合考慮，本著節能降耗、環保優先和救災方便的原則，姜佩隧道推薦采用通風方案三，即兩無軌斜井同時對左、右洞實行送排風方案。

表2 姜佩隧道總費用表

表3 姜佩隧道通風方案技術、經濟綜合比較表

4 結論

（1）受海拔高度系數影響，高原環境超長隧道通風計算結果比平原地區要高，導致通風井規模偏大，設計應結合當地實際氣象資料，優化通風計算參數。

（2）通風井方案的選擇受地形地貌、隧址環境影響較大，設計要充分比選各種可能方案，選擇最優推薦方案。