互通立交蓋下復(fù)雜高大空間通風(fēng)排煙研究

王黛，葉俊

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著城市的不斷發(fā)展，高速公路增加上蓋花園，盤活兩側(cè)土地成為一種新態(tài)勢。車輛行駛過程中排放有害氣體讓蓋下空間的通風(fēng)排煙成為一個新的問題。當(dāng)隧道內(nèi)的有害氣體濃度超過隧道的衛(wèi)生控制標(biāo)準(zhǔn)時，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施，以保障隧道的運營環(huán)境。許多學(xué)者已經(jīng)對隧道的通風(fēng)排煙作了大量研究。有人提出了正常運營工況下采用自然通風(fēng)的單向行駛公路隧道長度限值計算方法；也有人采用熱壓原理分析計算了阻滯工況下有害氣體的濃度；或者參考國內(nèi)外最新成果，提出我國城市隧道污染物控制的濃度標(biāo)準(zhǔn)。

本文以實際工程為例，分析互通立交蓋下復(fù)雜高大空間污染物濃度和火災(zāi)煙氣影響，以期為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗參考。

1 工程概況

該互通立交采用上蓋式結(jié)構(gòu)，將立交主線、部分匝道、收費廣場等覆蓋在一個相對封閉空間內(nèi)，蓋下面積12.67萬m2，最大斷面面積超過3500m2，為國內(nèi)首例將立交、收費廣場、匝道等交通樞紐設(shè)置在相對封閉空間內(nèi)的設(shè)計案例，既不同于傳統(tǒng)的隧道，又有別于城市地下空間。

本工程給通風(fēng)和排煙設(shè)計帶來如下困難：（1）導(dǎo)致蓋下空間內(nèi)主線橋上橋下空間豎向連通；主橋與匝道、收費廣場橫向聯(lián)通。（2）由于各個空間的連通，將直接導(dǎo)致主橋、匝道與收費廣場內(nèi)的氣流難以獨立組織。正常工況下，汽車行駛過程引起的交通風(fēng)無法形成有效的動力風(fēng)，蓋下CO、汽車尾氣等污染物無法通過交通風(fēng)排出，而必須增加機械動力設(shè)備進行排除。火災(zāi)工況下，煙氣四處擴散，使安全的無煙區(qū)域變成煙氣區(qū)，對各個空間均存在干擾和不利影響。

2 通風(fēng)排煙設(shè)計

基于ANSYS FLUENT軟件，對蓋下空間正常工況CO濃度和火災(zāi)工況氣流運動規(guī)律進行模擬計算。本文將對比研究蓋下為一整個大空間和按行車方向分成4個相對獨立空間時空氣流動規(guī)律。

2.1 一整個大空間

隧道為一整個大空間時正常工況CO濃度分布結(jié)果，從圖1中可以看出主橋隧道與兩側(cè)匝道隧道空間內(nèi)CO濃度均處于較低水平，隧道空間內(nèi)大部分區(qū)域CO濃度均低于150ppm，CO濃度分布結(jié)果差別不大。主要原因是將整個隧道分成一個聯(lián)通的大空間時，汽車尾氣污染物可以向道路以外的空間擴散，一定程度上稀釋了CO的濃度。

圖1 整個大空間隧道正常工況CO濃度分布

當(dāng)整個隧道之內(nèi)的空間為一個連通的大空間火災(zāi)工況時，若火災(zāi)發(fā)生在東側(cè)匝道附近，計算得到的一氧化碳污染物濃度分布如圖2（a）所示。可以發(fā)現(xiàn)，燃燒產(chǎn)生的污染物從火源處逐漸擴散到主橋及西側(cè)匝道空間。這說明發(fā)生在東側(cè)匝道空間內(nèi)的火災(zāi)會影響整個空間的行車安全。若火災(zāi)發(fā)生在主橋，計算得到的一氧化碳污染物濃度分布如圖2（b） 所示。可以發(fā)現(xiàn)，燃燒產(chǎn)生的污染物從火源處逐漸擴散到主橋頂部。若火災(zāi)發(fā)生在西側(cè)匝道，計算得到的一氧化碳污染物濃度分布如圖2（c）所示。可以發(fā)現(xiàn)，燃燒產(chǎn)生的污染物從火源處逐漸擴散到主橋頂部及東側(cè)匝道內(nèi)。

圖2 東側(cè)匝道、主橋、西側(cè)匝道火災(zāi)工況CO濃度分布

因此，隧道為1個連通的大空間時，正常工況下，CO濃度能滿足規(guī)范要求，而一旦發(fā)生火災(zāi)，整個蓋下空間都會被影響。

2.2 四個相對獨立空間

根據(jù)車流行車方向，將蓋下分成四個相對獨立空間，每個空間內(nèi)氣流相互不影響。圖3給出了隧道為4個相對獨立的大空間時CO濃度分布結(jié)果，從圖中可以看出主橋隧道與兩側(cè)匝道隧道空間內(nèi)CO濃度均處于較低水平，隧道空間內(nèi)大部分區(qū)域CO濃度均低于150ppm。火災(zāi)工況四個空間互相不影響，只需要排除著火隧道的煙氣。

圖3 四個空間隧道 CO濃度分布

綜合以上分析可以發(fā)現(xiàn)，從火災(zāi)逃生安全的角度，若將隧道空間劃分為一個整體，則存在匝道火災(zāi)嚴重危害主橋行車安全的問題。若將隧道空間劃分為四個獨立空間，正常工況下CO濃度滿足規(guī)范要求，火災(zāi)工況時，不會影響其他相鄰隧道空間。因此，本項目最終根據(jù)汽車行車方向，將整個空間劃分為四個相對獨立的空間。

圖4 四個空間隧道10MW火災(zāi)工況CO濃度分布

經(jīng)過充分的論證和研究，在匝道、主橋、匝道之間設(shè)置隔墻，將蓋下空間分成各個分區(qū)，使不同行駛方向的車流相互不受影響。具體分區(qū)見圖5。

圖5 立交蓋下隔墻設(shè)置情況

3 結(jié)語

該互通立交改造后，極大地方便了周邊居民出行、疏散了交通、釋放了土地空間。其加蓋部分若為一個連通的大空間時，正常工況下，CO濃度能滿足規(guī)范要求，而一旦發(fā)生火災(zāi)，整個蓋下空間都會被影響。若將蓋下空間劃分為四個獨立隧道，正常工況下CO濃度滿足規(guī)范要求，火災(zāi)工況時，不會影響其他相鄰隧道空間。因此，本項目最終根據(jù)汽車行車方向，將整個空間劃分為四個相對獨立的空間。