城市長(zhǎng)隧道通風(fēng)方案分析

任濤

上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200030

引言

城市交通隧道通風(fēng)方式主要取決于隧道長(zhǎng)度、交通流量預(yù)測(cè)和交通方式等因素，不同的通風(fēng)方式直接影響整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行后的通風(fēng)效果及運(yùn)營(yíng)成本。本文中科技八路隧道工程，采用射流通風(fēng)+豎井的縱向通風(fēng)方式，并提出三種方案進(jìn)行比選分析，從風(fēng)機(jī)配置、運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)控制、維修養(yǎng)護(hù)、隧道內(nèi)的通風(fēng)效果等比較。

1 工程概況

科技八路東西向，是聯(lián)系中心城區(qū)及外圍區(qū)域的主要交通干道之一，主線定位為城市快速路，設(shè)計(jì)速度80km/h，本次實(shí)施的快速通道改造工程，西起河池寨立交，東至太白路唐延路，全長(zhǎng)約6.2km。科技八路主線隧道為雙跨結(jié)構(gòu)矩形隧道，全長(zhǎng)約3827.4m，暗埋段總長(zhǎng)約3326m。北線由東向西，設(shè)兩個(gè)與主線隧道平行的入口匝道及一個(gè)出口匝道；南線由西向東，設(shè)兩個(gè)出口匝道及一個(gè)入口匝道。南北線隧道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面面積為45.84m2。

2 隧道需風(fēng)量計(jì)算及通風(fēng)方案選擇

2.1 需風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)JTG/T D70/2-02-2014 《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》，在海拔高度3000m以下地區(qū)，公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要稀釋對(duì)象限于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（CO、NO2）、安全標(biāo)準(zhǔn)（煙塵）和舒適性標(biāo)準(zhǔn)（空氣中的異味），衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)以稀釋機(jī)動(dòng)車排放的一氧化碳（CO）為主，必要時(shí)考慮稀釋二氧化氮（NO2）。

本隧道定位于城市快速路，其設(shè)計(jì)車速為80km/h，隧道稀釋CO、稀釋煙霧濃度通風(fēng)量需按設(shè)計(jì)速度以下每工況車速10km/h為一檔分別計(jì)算，并計(jì)算交通阻滯和換氣的需風(fēng)量，取較大者作為隧道設(shè)計(jì)需風(fēng)量。按上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算原則，結(jié)合各段各預(yù)測(cè)目標(biāo)年的交通量、組成及隧道各段的長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)縱坡及橫斷面積，計(jì)算了各設(shè)計(jì)年限的需風(fēng)量。本隧道正常行車及交通阻滯時(shí)的需風(fēng)量均由稀釋CO控。以隧道北線為例，各路段需風(fēng)量及隧道總需風(fēng)量情況如表1所示。

表1 北線隧道需風(fēng)量（m3/s）

由表1可知，隧道正常行車時(shí)，需風(fēng)量均由20km/h車速下稀釋CO控制，北線遠(yuǎn)期需風(fēng)量為265.66m3/s；交通阻滯時(shí)，隧道需風(fēng)量由稀釋CO控制，北線遠(yuǎn)期需風(fēng)量為363.34m3/s。

2.2 隧道通風(fēng)方式

公路隧道通風(fēng)方式的選擇涉及隧道長(zhǎng)度、交通量大小、行車方向、火災(zāi)安全要求、隧道周圍環(huán)境評(píng)價(jià)以及施工方法等等。采用不同的通風(fēng)方式，氣流流動(dòng)狀況不同，其污染物濃度和空氣壓力分布各具特點(diǎn)，同時(shí)影響到整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行后的通風(fēng)效果、運(yùn)營(yíng)成本。公路隧道通風(fēng)方式有橫向式、半橫向式和縱向式通風(fēng)。縱向式通風(fēng)采用行車道作為通風(fēng)空間，在單向行車隧道中可充分利用活塞風(fēng)作用，減少能量消耗；且近二十年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)解決了縱向通風(fēng)的火災(zāi)煙霧控制問(wèn)題和人員的安全疏散問(wèn)題，其安全性得以提高。因此，縱向式通風(fēng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)高速公路隧道的主流通風(fēng)方式。科技八路隧道主線為單向行駛的隧道，長(zhǎng)3326m，綜合考慮通風(fēng)建設(shè)投資的影響，南北隧道采用縱向通風(fēng)方案[1]。

2.3 隧道污染物排放方式

目前，城市隧道污染物的排放方式主要有以下三種方式：

方式一，新鮮空氣從隧道入口流入，沿著隧道縱向不斷稀釋沿程產(chǎn)生的廢氣，從隧道出口集中排出。隧道越長(zhǎng)、通行車輛越多，在洞口集中排放的污染廢氣總量會(huì)越大，對(duì)洞口周邊環(huán)境影響也越大；方式二，新鮮空氣從隧道入口流入，沿著隧道縱向不斷稀釋沿程產(chǎn)生的廢氣，由設(shè)立在隧道出口處的豎井風(fēng)塔高空集中排出，從而減少污染廢氣對(duì)隧道出口周邊環(huán)境的影響。該方式需根據(jù)具體情況考慮設(shè)置風(fēng)塔，以保證高空排放對(duì)地面環(huán)境的影響在允許范圍之內(nèi)。方式三，間隔一定距離，在隧道頂部設(shè)置豎井，新鮮空氣由隧道入口流入，沿著隧道縱向不斷稀釋沿程產(chǎn)生的廢氣，并沿程從豎井分散排放，從而降低污染廢氣在洞口對(duì)周邊環(huán)境造成的影響。

科技八路隧道兩線路面沿途主要途經(jīng)居民區(qū)、商業(yè)用地、行政辦公用地，需要同時(shí)滿足交通性和景觀性要求，且主線車流量較大，如隧道內(nèi)所有污染空氣全部從各自的洞口集中排出，勢(shì)必會(huì)對(duì)洞口周邊城市環(huán)境造成影響，通風(fēng)方案上均考慮采用沿途排放污染物以減少洞口污染的集中排放。

因此，污染物的排放考慮采用方式三，即沿途分散排放方式。

2.4 運(yùn)營(yíng)通風(fēng)方案的提出

根據(jù)前面分析，科技八路隧道采用射流通風(fēng)+豎井的縱向通風(fēng)方式。根據(jù)隧道的外部環(huán)境、匝道分布、地面交通及綠化帶布置，提出了三種通風(fēng)方案。

方案一：豎井設(shè)機(jī)械風(fēng)口分散排放方案，隧道沿線布置內(nèi)設(shè)軸流風(fēng)機(jī)的豎井，使隧道內(nèi)污染物沿途在城市道路路面綠化隔離帶中分散排放。

方案二：豎井自由敞開(kāi)+豎井設(shè)機(jī)械風(fēng)口分散排放方案，該方案在丈八東路以東，隧道沿線布置大小不一的敞口豎井；丈八東路以西布置內(nèi)設(shè)軸流風(fēng)機(jī)的豎井，使隧道內(nèi)污染物沿途在城市道路路面綠化隔離帶中分散排放。

方案三：豎井自由敞口分散排放方案，隧道沿線布置大小不一的敞口豎井，使隧道內(nèi)污染物沿途在城市道路路面綠化隔離帶中分散排放。方案三豎井平面布置如圖1所示

圖1 方案三敞口豎井平面布置圖

各方案通過(guò)計(jì)算分析，得到方案一、方案二及方案三在滿足通風(fēng)效果前提下，隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)和豎井軸流風(fēng)機(jī)的配置，

表1 北線射流風(fēng)機(jī)及軸流風(fēng)機(jī)配置表

根據(jù)南北線計(jì)算結(jié)果，可以得到：

（1）從風(fēng)機(jī)配置來(lái)看，方案一需要射流風(fēng)機(jī)56臺(tái)，軸流風(fēng)機(jī)42臺(tái)；方案二需要射流風(fēng)機(jī)54臺(tái)，軸流風(fēng)機(jī)25臺(tái)；方案三需要射流風(fēng)機(jī)70臺(tái)。方案一所需風(fēng)機(jī)最多，方案三最少。

（2）從運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)控制來(lái)看，方案一和方案二均需針對(duì)不同的行車工況，進(jìn)行隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)和豎井軸流風(fēng)機(jī)的組合開(kāi)啟；發(fā)生阻塞的位置不同，開(kāi)啟豎井的位置不同，豎井軸流風(fēng)機(jī)的工作方式也不同，通風(fēng)控制復(fù)雜；其中方案一的控制復(fù)雜程度又明顯大于方案二。而方案三僅在隧道中設(shè)置了射流風(fēng)機(jī)，僅需針對(duì)不同行車工況控制射流風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟，控制簡(jiǎn)單。

（3）從維修養(yǎng)護(hù)來(lái)看，方案一和方案二豎井設(shè)置風(fēng)亭對(duì)軸流風(fēng)機(jī)有保護(hù)作用，但增大了維修養(yǎng)護(hù)難度；但若不設(shè)置豎井風(fēng)亭，隧道內(nèi)的行車環(huán)境和風(fēng)機(jī)的養(yǎng)護(hù)條件又惡化。而方案三僅在主隧道中設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的維修養(yǎng)護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。

（4）從隧道內(nèi)的通風(fēng)效果來(lái)看，三種方案均能達(dá)到細(xì)則規(guī)定的通風(fēng)效果。方案一和方案二在隧道出口開(kāi)啟了一定數(shù)量豎井的軸流風(fēng)機(jī)排風(fēng)，隧道出口風(fēng)速較低，出口排出的污染物量少。而方案三隧道出口風(fēng)速相對(duì)較大，出口排出的污

染物量相對(duì)較多。但在正常行車工況下，污染物已從沿線以及不同行車工況下風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟方案。三方案以北線為例，計(jì)算結(jié)果匯總情況如表1、表2。豎井排出較多，隧道出口污染物濃度均在30ppm以下。

表2 北線不同行車工況的風(fēng)機(jī)開(kāi)啟表

（5）從對(duì)沿線景觀影響來(lái)看，方案一與方案二豎井設(shè)置分散，而方案三設(shè)置相對(duì)集中，方案三對(duì)沿線景觀影響小。

綜上所述，從風(fēng)機(jī)配置、運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)控制、維修養(yǎng)護(hù)、通風(fēng)效果及對(duì)沿線景觀影響綜合比較，建議科技八路隧道采用通風(fēng)方案三[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三種運(yùn)營(yíng)方案的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算分析，從風(fēng)機(jī)配置、運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)控制、維修養(yǎng)護(hù)、隧道內(nèi)的通風(fēng)效果、對(duì)沿線景觀影響綜合比較，建議科技八路隧道采用“射流風(fēng)機(jī)+豎井自由敞口”的通風(fēng)方案。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出了推薦采用方案的風(fēng)機(jī)配置和不同行車工況下的風(fēng)機(jī)開(kāi)啟情況，為該通風(fēng)方案的運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)和控制提供了依據(jù)。