城市長隧道通風方案分析

任濤

上海市政交通設計研究院有限公司 上海 200030

引言

城市交通隧道通風方式主要取決于隧道長度、交通流量預測和交通方式等因素，不同的通風方式直接影響整個工程的經濟性和運行后的通風效果及運營成本。本文中科技八路隧道工程，采用射流通風+豎井的縱向通風方式，并提出三種方案進行比選分析，從風機配置、運營風機控制、維修養護、隧道內的通風效果等比較。

1 工程概況

科技八路東西向，是聯系中心城區及外圍區域的主要交通干道之一，主線定位為城市快速路，設計速度80km/h，本次實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，全長約6.2km。科技八路主線隧道為雙跨結構矩形隧道，全長約3827.4m，暗埋段總長約3326m。北線由東向西，設兩個與主線隧道平行的入口匝道及一個出口匝道；南線由西向東，設兩個出口匝道及一個入口匝道。南北線隧道標準橫斷面面積為45.84m2。

2 隧道需風量計算及通風方案選擇

2.1 需風量計算

根據JTG/T D70/2-02-2014 《公路隧道通風設計細則》，在海拔高度3000m以下地區，公路隧道通風設計標準主要稀釋對象限于衛生標準（CO、NO2）、安全標準（煙塵）和舒適性標準（空氣中的異味），衛生標準以稀釋機動車排放的一氧化碳（CO）為主，必要時考慮稀釋二氧化氮（NO2）。

本隧道定位于城市快速路，其設計車速為80km/h，隧道稀釋CO、稀釋煙霧濃度通風量需按設計速度以下每工況車速10km/h為一檔分別計算，并計算交通阻滯和換氣的需風量，取較大者作為隧道設計需風量。按上述設計標準及計算原則，結合各段各預測目標年的交通量、組成及隧道各段的長度、設計縱坡及橫斷面積，計算了各設計年限的需風量。本隧道正常行車及交通阻滯時的需風量均由稀釋CO控。以隧道北線為例，各路段需風量及隧道總需風量情況如表1所示。

表1 北線隧道需風量（m3/s）

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

2.2 隧道通風方式

公路隧道通風方式的選擇涉及隧道長度、交通量大小、行車方向、火災安全要求、隧道周圍環境評價以及施工方法等等。采用不同的通風方式，氣流流動狀況不同，其污染物濃度和空氣壓力分布各具特點，同時影響到整個工程的經濟性和運行后的通風效果、運營成本。公路隧道通風方式有橫向式、半橫向式和縱向式通風。縱向式通風采用行車道作為通風空間，在單向行車隧道中可充分利用活塞風作用，減少能量消耗；且近二十年來國內學者已經解決了縱向通風的火災煙霧控制問題和人員的安全疏散問題，其安全性得以提高。因此，縱向式通風已經成為國內高速公路隧道的主流通風方式。科技八路隧道主線為單向行駛的隧道，長3326m，綜合考慮通風建設投資的影響，南北隧道采用縱向通風方案[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生的廢氣，從隧道出口集中排出。隧道越長、通行車輛越多，在洞口集中排放的污染廢氣總量會越大，對洞口周邊環境影響也越大；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生的廢氣，由設立在隧道出口處的豎井風塔高空集中排出，從而減少污染廢氣對隧道出口周邊環境的影響。該方式需根據具體情況考慮設置風塔，以保證高空排放對地面環境的影響在允許范圍之內。方式三，間隔一定距離，在隧道頂部設置豎井，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周邊環境造成的影響。

科技八路隧道兩線路面沿途主要途經居民區、商業用地、行政辦公用地，需要同時滿足交通性和景觀性要求，且主線車流量較大，如隧道內所有污染空氣全部從各自的洞口集中排出，勢必會對洞口周邊城市環境造成影響，通風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 運營通風方案的提出

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

方案一：豎井設機械風口分散排放方案，隧道沿線布置內設軸流風機的豎井，使隧道內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+豎井設機械風口分散排放方案，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設軸流風機的豎井，使隧道內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

各方案通過計算分析，得到方案一、方案二及方案三在滿足通風效果前提下，隧道內射流風機和豎井軸流風機的配置，

表1 北線射流風機及軸流風機配置表

根據南北線計算結果，可以得到：

（1）從風機配置來看，方案一需要射流風機56臺，軸流風機42臺；方案二需要射流風機54臺，軸流風機25臺；方案三需要射流風機70臺。方案一所需風機最多，方案三最少。

（2）從運營風機控制來看，方案一和方案二均需針對不同的行車工況，進行隧道內的射流風機和豎井軸流風機的組合開啟；發生阻塞的位置不同，開啟豎井的位置不同，豎井軸流風機的工作方式也不同，通風控制復雜；其中方案一的控制復雜程度又明顯大于方案二。而方案三僅在隧道中設置了射流風機，僅需針對不同行車工況控制射流風機的開啟，控制簡單。

（3）從維修養護來看，方案一和方案二豎井設置風亭對軸流風機有保護作用，但增大了維修養護難度；但若不設置豎井風亭，隧道內的行車環境和風機的養護條件又惡化。而方案三僅在主隧道中設置射流風機，風機的維修養護相對簡單。

（4）從隧道內的通風效果來看，三種方案均能達到細則規定的通風效果。方案一和方案二在隧道出口開啟了一定數量豎井的軸流風機排風，隧道出口風速較低，出口排出的污染物量少。而方案三隧道出口風速相對較大，出口排出的污

染物量相對較多。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機的開啟方案。三方案以北線為例，計算結果匯總情況如表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機開啟表

（5）從對沿線景觀影響來看，方案一與方案二豎井設置分散，而方案三設置相對集中，方案三對沿線景觀影響小。

綜上所述，從風機配置、運營風機控制、維修養護、通風效果及對沿線景觀影響綜合比較，建議科技八路隧道采用通風方案三[2]。

3 結束語

通過對三種運營方案的網絡計算分析，從風機配置、運營風機控制、維修養護、隧道內的通風效果、對沿線景觀影響綜合比較，建議科技八路隧道采用“射流風機+豎井自由敞口”的通風方案。經過計算，得出了推薦采用方案的風機配置和不同行車工況下的風機開啟情況，為該通風方案的運營通風設計和控制提供了依據。