淺析板樟山隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周勇

（珠海市路橋管理處，廣東 珠海 519000）

由于隧道交通環(huán)境的特殊性,隧道內(nèi)一氧化碳濃度、煙霧濃度等指標(biāo)直接影響到隧道交通的舒適性和安全性，尤其是一旦發(fā)生火災(zāi)事故，生命財(cái)產(chǎn)損失十分巨大。因此做好公路隧道尤其是我們這種城市主干道大交通量的隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義非常重大。

一.工程概況

板樟山隧道位于珠海I級(jí)主干道上，設(shè)計(jì)速度車80km/h，是連接珠海市香洲與拱北的重要通道，也是20世紀(jì)90年代初我國(guó)第一條城市主干道隧道。隧道為雙向四車道單向行車公路隧道，上（東線）、下（西線）行線長(zhǎng)度均為1210米。該隧道分兩期建成，其中下行（西線）隧道于1990年建成通車，上行（東線）隧道于1992年建成通車。經(jīng)過(guò)二十年來(lái)的運(yùn)行，隧道出現(xiàn)了滲漏水、裂縫等病害，機(jī)電系統(tǒng)老化，事故頻發(fā)，急需大修升級(jí)。

二.系統(tǒng)現(xiàn)狀及變更思路

大修前隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用半橫向式通風(fēng)，利用250KW軸流風(fēng)機(jī)將洞內(nèi)受污染空氣經(jīng)過(guò)隧道吊頂風(fēng)道、斜井排出至半山腰處，半山腰設(shè)置隧道通風(fēng)機(jī)房、變配電房、控制房等設(shè)施，我們運(yùn)行管理設(shè)置崗位一個(gè)，配備十人二十四小時(shí)值班。經(jīng)過(guò)二十年來(lái)的運(yùn)行，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備老化，部分產(chǎn)品已遭淘汰，故障頻發(fā)，維修成本巨大，有的甚至無(wú)法檢修。六臺(tái)250KW風(fēng)機(jī)運(yùn)行成本也大，也不符合當(dāng)今低碳經(jīng)濟(jì)形勢(shì)要求。再加上大修工程需要將吊頂拆除，風(fēng)道不復(fù)存在。經(jīng)全面科學(xué)綜合考慮，利用大修契機(jī)變更通風(fēng)方式，撤銷原風(fēng)機(jī)崗位及設(shè)施。

三.總體設(shè)計(jì)原則

根據(jù)國(guó)家相關(guān)技術(shù)規(guī)范和項(xiàng)目現(xiàn)狀及目前國(guó)內(nèi)外隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要滿足以下要求：稀釋隧道內(nèi)車輛行駛排出的廢氣（如CO氣體和影響能見(jiàn)度的煙霧）；稀釋隧道中的異味，保證合理的隧道衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；火災(zāi)事故中，隧道通風(fēng)系統(tǒng)可排出火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧，并防止火災(zāi)產(chǎn)生熱量的擴(kuò)散，提供一定數(shù)量的新風(fēng)，保證人員的疏散和消防撲救；控制排放和噪聲，滿足環(huán)保要求。

四、設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)

1、隧道內(nèi)輪廓基礎(chǔ)數(shù)據(jù)隧道

通風(fēng)面積：63.83 m2

隧道通風(fēng)當(dāng)量直徑：8.15m

2、隧道內(nèi)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

（1）一氧化碳（CO）允許濃度：

正常營(yíng)運(yùn)時(shí)：采用縱向通風(fēng)方式，一氧化碳（CO）允許濃度取250ppm。

交通阻滯時(shí)：短時(shí)間（20min）以內(nèi)為300ppm，計(jì)算長(zhǎng)度1km。

（2）煙霧允許濃度：正常營(yíng)運(yùn)時(shí)：0.007m-1；交通阻滯時(shí)：0.009 m-1；當(dāng)煙霧濃度為0.0120 m-1時(shí),采用交通管制；進(jìn)行養(yǎng)護(hù)時(shí)：0.0035 m-1。

（3）隧道內(nèi)縱向風(fēng)速 <8m/s；洞內(nèi)換氣次數(shù)n=4 次/小時(shí)，且風(fēng)速≥2.5m/s；自然風(fēng)速（設(shè)計(jì)取值）Vn=±2.0m/s；火災(zāi)工況設(shè)計(jì)控制風(fēng)速 ≥2.5m/s。

本隧道通風(fēng)計(jì)算中，結(jié)合車輛技術(shù)發(fā)展水平及本項(xiàng)目實(shí)際情況，通風(fēng)計(jì)算中CO基準(zhǔn)排放量、煙霧排放量基準(zhǔn)排放量按自1995年起每年2.0%的速度遞減。依據(jù)現(xiàn)階段車流量統(tǒng)計(jì)及交通量預(yù)測(cè)，板樟山隧道特征年交通量、車輛折算系數(shù)、基年車型比例、未來(lái)各特征年車型比例預(yù)測(cè)值、高峰小時(shí)交通量表、新風(fēng)量計(jì)算機(jī)分別見(jiàn)表1、2、3。其中：高峰小時(shí)交通量系數(shù)取7%上下行交通比例取0.55。

表2 車輛比例及折算系數(shù)

表3 板樟山隧道新風(fēng)量計(jì)算表（m3/s）

五.通風(fēng)設(shè)計(jì)方案

縱向式通風(fēng)方式可充分利用行駛車輛活塞風(fēng)的通風(fēng)作用，降低隧道通風(fēng)土建工程和設(shè)備的規(guī)模，降低能源消耗，是目前國(guó)內(nèi)外高速公路隧道最常用和首選的通風(fēng)方式。另外在火災(zāi)工況下，由于煙霧擴(kuò)散的速度要小于車行速度，故火災(zāi)點(diǎn)前方的車輛可不受火災(zāi)的阻塞迅速向前疏散，火災(zāi)后方的人員可在通風(fēng)系統(tǒng)控制下的無(wú)煙環(huán)境中安全撤離，可見(jiàn)縱向式通風(fēng)也能很好的解決火災(zāi)排煙問(wèn)題。所以縱向通風(fēng)方式在公路隧道中得到廣泛的應(yīng)用。板樟山隧道上、下行線最大設(shè)計(jì)需風(fēng)量為328.58m3/s，則設(shè)計(jì)風(fēng)速為5.15m/s，滿足縱向通風(fēng)對(duì)風(fēng)速要求。通風(fēng)機(jī)全部采用射流風(fēng)機(jī)。射流風(fēng)機(jī)選用Φ1000mm可逆型射流風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速31 m/s，葉輪流量30.0 m3/s。射流風(fēng)機(jī)配置如表4。

表4 射流風(fēng)機(jī)設(shè)置一覽表

隧道通風(fēng)控制按一氧化碳濃度、煙霧濃度指標(biāo)，分正常工況、交通阻塞、污染、交通管制、養(yǎng)護(hù)維修和火災(zāi)工況幾種類型分別計(jì)算，結(jié)果如下表。當(dāng)單洞雙向行車時(shí)，風(fēng)機(jī)開(kāi)啟控制情況同于交通管制。

車輛按較高速度正常行駛，車輛帶進(jìn)隧道的新鮮空氣滿足隧道內(nèi)換氣要求，所以隧道換氣不作為風(fēng)機(jī)控制因素。射流風(fēng)機(jī)兩臺(tái)一組，設(shè)置風(fēng)機(jī)軟起動(dòng)設(shè)備，實(shí)行一對(duì)一啟動(dòng)控制。板樟山隧道通風(fēng)控制見(jiàn)表5。

表5 板樟山隧道風(fēng)機(jī)工況控制表

六.射流風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

1）、射流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)

由于風(fēng)機(jī)功率大，啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，設(shè)計(jì)采用電子式電機(jī)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。每臺(tái)啟動(dòng)器均配置了RS485/422接口，可通過(guò)PLC通信模塊上隧道局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與隧道管理所的通訊。

2）、程序控制

當(dāng)每日交通量較為固定或柴油車混入率變化較小時(shí)，不考慮VI、CO濃度及交通量的變化情況，而是按時(shí)間區(qū)間（如白晝與夜晚、節(jié)日與平時(shí)等）預(yù)先編成程序來(lái)控制風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）、手動(dòng)控制

通過(guò)軟啟動(dòng)器起、停、復(fù)位按鈕，配合斷路器，可實(shí)現(xiàn)射流風(fēng)機(jī)檢修或調(diào)試時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制；或在隧道管理所使用鍵盤對(duì)各風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制操作。由于風(fēng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊大，嚴(yán)禁多組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)不允許風(fēng)機(jī)由正轉(zhuǎn)立即進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行，應(yīng)在通風(fēng)控制軟件中予以設(shè)定。另外電機(jī)起閉次數(shù)不應(yīng)過(guò)頻，防止風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。

七.火災(zāi)通風(fēng)控制

受凈空限制，隧道火災(zāi)時(shí)火焰向水平方向延伸，熾熱氣體可順風(fēng)傳播很遠(yuǎn)，當(dāng)隧道內(nèi)有較大的縱向風(fēng)流時(shí)，會(huì)使隧道全斷面彌漫煙氣，使人迷失方向并可能中毒死亡，隧道通風(fēng)應(yīng)避免或盡量減少火場(chǎng)高溫?zé)煔獾臄U(kuò)散，防止熾熱氣體引燃火場(chǎng)以外的車輛，使火場(chǎng)擴(kuò)大。所以隧道火災(zāi)工況及對(duì)策是通風(fēng)設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)，通風(fēng)作業(yè)程序必須有利于人員疏散和逃生，有利消防人員從上風(fēng)方向接近火場(chǎng)，開(kāi)展滅火作業(yè)。對(duì)單洞單向交通而言，主要考慮以下兩個(gè)階段的通風(fēng)。1）、人員撤離階段。火災(zāi)隧道的縱向風(fēng)速為0.5m/s，方向與行車方向相同，靠近火災(zāi)點(diǎn)附近的風(fēng)機(jī)停止工作；2）、滅火階段。火災(zāi)隧道的縱向風(fēng)速大于臨界風(fēng)速，方向與行車方向相同；相鄰隧道按交通管制后雙向交通的需風(fēng)量要求通風(fēng)。

八.風(fēng)機(jī)預(yù)埋件及控制箱

為確保風(fēng)機(jī)安裝安全，最大限度降低對(duì)土建襯砌的破壞，對(duì)風(fēng)機(jī)懸掛段進(jìn)行特殊加固處理：在風(fēng)機(jī)中心樁號(hào)前后40cm處安裝兩榀I18工字鋼，并用Φ25螺栓連接8#槽鋼，最終通過(guò)Φ22螺栓將風(fēng)機(jī)懸掛在槽鋼上。風(fēng)機(jī)控制箱安裝在隧道側(cè)壁預(yù)留的設(shè)備洞內(nèi)，控制箱內(nèi)安裝有開(kāi)關(guān)電氣及30KW電子式軟啟動(dòng)器（2臺(tái)），已要求土建施工在此位置預(yù)埋上引金屬套管至風(fēng)機(jī)位置。施工時(shí)應(yīng)將箱體安裝牢固，保證與洞內(nèi)的其它設(shè)備的安全用電距離，同時(shí)做好箱體的防護(hù)，要求防護(hù)等級(jí)不小于IP54。

九.結(jié)束語(yǔ)。

板樟山隧道大修工程隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了技術(shù)規(guī)范、項(xiàng)目現(xiàn)狀、城市主干道等因素，既滿足交通運(yùn)行的舒適性、安全性，又滿足運(yùn)行管理的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然還有待在實(shí)際運(yùn)行接受考驗(yàn)。

[1]《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ026.1-1999）.

[2]胡彥杰，龍正聰.雪峰山隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中南公路工程,2006.01.

[3]周安寧.重慶市嘉華隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008.01.