特長(zhǎng)隧道通風(fēng)方案研究

安天明

（河北高速公路集團(tuán)有限公司張涿分公司，河北涿州 072750）

1 隧道基本情況

某隧道為上下行獨(dú)立雙洞6 車(chē)道分離隧道。該特長(zhǎng)隧道左洞起止樁號(hào)為：ZK46+539.290～ZK53+430，左線為長(zhǎng)上坡隧道，坡度為3.12%（30.71 m）和-1.504 0%（6 860 m），全長(zhǎng)6 890.71 m；右洞起止樁號(hào)為：K46+618～K53+416，右線為長(zhǎng)下坡隧道，坡度為-1.500 5（6 798）%，全長(zhǎng)6 798 m。隧道按山嶺高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度：100 km/h。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1）公路等級(jí)：高速公路。

2）設(shè)計(jì)速度：100 km/h。

3）車(chē)道數(shù)：雙洞6 車(chē)道。

4）隧道建筑限寬：14.25 m（0.75 m+0.5 m+3.75 m×3+1.00 m+0.75 m）。

5）隧道建筑限高：凈高5.5 m。

6）通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)分為以下4 方面：

一是衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：洞內(nèi)一氧化碳設(shè)計(jì)濃度δ。該特長(zhǎng)隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)[1]，洞內(nèi)一氧化碳設(shè)計(jì)濃度δ≤100 cm3/m3；隧道內(nèi)交通阻滯時(shí)（各車(chē)道平均車(chē)速vt≤30 km/h），阻滯時(shí)間不超過(guò)20 min，阻滯段長(zhǎng)度不大于1 000 m，洞內(nèi)一氧化碳的設(shè)計(jì)濃度δ≤150 cm3/m3。

二是安全標(biāo)準(zhǔn)[1]：隧道煙塵設(shè)計(jì)濃度K 見(jiàn)表1。

表1 隧道煙塵設(shè)計(jì)濃度K

三是舒適標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)本工程交通量和隧道規(guī)模，隧道內(nèi)稀釋空氣中異味的換氣頻率應(yīng)按3 次/h，同時(shí)隧道內(nèi)換氣風(fēng)速要保證vr≥2.5 m/s。

四是隧道防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，排煙風(fēng)速應(yīng)取vr=3.0m/s。

3 通風(fēng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)

隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中通風(fēng)系統(tǒng)的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 通風(fēng)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)表

3.2 預(yù)測(cè)交通量

隧道所在路段的預(yù)測(cè)交通量見(jiàn)表3，經(jīng)計(jì)算得到隧道在各設(shè)計(jì)年限的高峰小時(shí)混合交通量見(jiàn)表4。

表3 某特長(zhǎng)隧道交通量預(yù)測(cè)結(jié)果 pcu/d

表4 隧道所在路段高峰小時(shí)混合交通量 輛·混合車(chē)/高峰小時(shí)

3.3 通風(fēng)控制工況

3.3.1 左洞

左洞隧道為長(zhǎng)上坡，按正常行車(chē)稀釋洞內(nèi)一氧化碳、換新風(fēng)除異味和煙塵、防災(zāi)通風(fēng)等計(jì)算結(jié)果來(lái)綜合判斷控制工況，還應(yīng)充分考慮防災(zāi)通風(fēng)。

3.3.2 右洞

右洞隧道為長(zhǎng)下坡，按正常行車(chē)稀釋洞內(nèi)一氧化碳、換新風(fēng)除異味和煙塵、防災(zāi)通風(fēng)等計(jì)算結(jié)果來(lái)綜合判斷控制工況，還應(yīng)充分考慮防災(zāi)通風(fēng)。在設(shè)計(jì)目標(biāo)年份近遠(yuǎn)期，均以防災(zāi)通風(fēng)和換新風(fēng)除異味綜合考慮作為控制工況。

3.4 隧道設(shè)計(jì)需風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)速

通過(guò)詳細(xì)分析汽車(chē)OD 的調(diào)查資料，結(jié)合隧道內(nèi)的縱坡、海拔高度、空斷面積、預(yù)測(cè)交通流量等，分別計(jì)算隧道左右洞在近、遠(yuǎn)期目標(biāo)在設(shè)計(jì)年份隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，稀釋洞內(nèi)一氧化碳和煙塵、換新風(fēng)除異味和防災(zāi)要求等工況下隧道全長(zhǎng)所需風(fēng)量，綜合得出各工況下隧道全長(zhǎng)設(shè)計(jì)風(fēng)量和最大計(jì)算風(fēng)量，見(jiàn)表5。

表5 隧道全長(zhǎng)計(jì)算需風(fēng)量與最大計(jì)算風(fēng)速

3.5 隧道通風(fēng)方案與系統(tǒng)設(shè)置

3.5.1 通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

1）地面風(fēng)機(jī)房：鑒于隧道地質(zhì)情況復(fù)雜，施工過(guò)程中因地質(zhì)問(wèn)題發(fā)生坍塌[2]。為了減少成本，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，斜井口處地勢(shì)較為平坦且鄰近省道，便于施工及運(yùn)營(yíng)期的養(yǎng)護(hù)維修，因此，設(shè)置地面風(fēng)機(jī)房。

2）送排煙通道：2 號(hào)送風(fēng)道及吊頂送風(fēng)口送風(fēng)；采用2 號(hào)排風(fēng)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)行通風(fēng)排煙，如圖1 所示。

圖1 特長(zhǎng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)方案圖

3.5.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置

隧道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)送排風(fēng)口、斜井及風(fēng)道主要參數(shù)及平面位置見(jiàn)表6。

表6 送排風(fēng)口、斜井及風(fēng)道主要參數(shù)表

3.5.3 風(fēng)機(jī)選型與布置

1）射流風(fēng)機(jī)設(shè)備選型

由于本工程射流風(fēng)機(jī)已招標(biāo)采購(gòu)，本次優(yōu)化設(shè)計(jì)選用已定購(gòu)單機(jī)功率55 kW、φ1 250 mm 型射流風(fēng)機(jī)。單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)在隧道內(nèi)的實(shí)際性能指標(biāo)[3]見(jiàn)表7。

表7 單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)實(shí)際性能指標(biāo)表

2）大型軸流風(fēng)機(jī)設(shè)備選型

隧道大型軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)選用具有風(fēng)量大、效率高、靜葉可調(diào)、噪聲小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、維護(hù)管理方便等特點(diǎn)的軸流風(fēng)機(jī)。單臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)在隧道內(nèi)的實(shí)際性能應(yīng)滿(mǎn)足表8 所列各項(xiàng)指標(biāo)。

表8 隧道大型軸流風(fēng)機(jī)性能參數(shù)表

3）隧道裝機(jī)功率與風(fēng)機(jī)布置

特長(zhǎng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)總裝機(jī)功率見(jiàn)表9。

表9 某特長(zhǎng)隧道通風(fēng)方案裝機(jī)功率表

3.5.4 通風(fēng)控制

采用在隧道供配電室就地手動(dòng)控制及監(jiān)控中心遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式來(lái)控制隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)和大型軸流風(fēng)機(jī)，可以由自動(dòng)/ 手動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)和大型軸流風(fēng)機(jī)都是單向運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)射流風(fēng)機(jī)和大型軸流臺(tái)數(shù)來(lái)對(duì)隧道內(nèi)風(fēng)量進(jìn)行控制，可以在0～100%范圍內(nèi)有級(jí)調(diào)節(jié)額定風(fēng)量。

3.5.5 隧道近期火災(zāi)排煙

1）左洞

根據(jù)隧道斜井排風(fēng)口和送風(fēng)口的設(shè)置位置，將該特長(zhǎng)隧道左洞劃分為3 個(gè)防災(zāi)排煙分區(qū)，其中第1 區(qū)段為隧道左洞行車(chē)進(jìn)口ZK53+430～ZK50+117.01 段，第2 區(qū)段為隧道斜井送風(fēng)口ZK50+061.46～ZK46+539.29 段，第3 區(qū)段為隧道斜井排風(fēng)口與送風(fēng)口之間的短段。

2）右洞

根據(jù)隧道斜井排煙口的設(shè)置位置，將該特長(zhǎng)隧道右洞劃分為2 個(gè)防災(zāi)排煙分區(qū)，其中第1 區(qū)段為隧道右洞行車(chē)進(jìn)口K46+618～K50+118.13 段，第2 區(qū)段為隧道斜井排煙口K50+118.13～K53+416 段，見(jiàn)圖2。

圖2 特長(zhǎng)隧道通風(fēng)防災(zāi)區(qū)段劃分示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本方案綜合考慮了某長(zhǎng)隧道工程規(guī)模及現(xiàn)場(chǎng)條件，基于現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程，結(jié)合實(shí)際情況，著重考慮隧道內(nèi)換氣頻率、汽車(chē)尾氣排放量逐年遞減，針對(duì)風(fēng)機(jī)選型進(jìn)行分析，使設(shè)計(jì)方案達(dá)到了安全、經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)保的目標(biāo)。