李玉平（甘肅交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

高樓山特長公路隧道通風方案研究

李玉平（甘肅交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

針對高樓山隧道特殊的工程特點，本文展開通風方案研究。首先，借助規(guī)范及以往工程設計經驗計算高樓山隧道的需風量，通過計算分析得出，全射流縱向通風不能滿足高樓山隧道運營通風的需要，宜采用分段式通風。其次，通過對各分段式通風方案進行定量分析比選得出，高樓山隧道鉆爆法施工采用2斜井送排式與射流風機組合通風方案，TBM導洞擴挖方案采用1斜+1豎井通風方案。

特長公路隧道；需風量；運營通風；方案比選

1 前 言

從目前國內外長大隧道的設計經驗來看，隧道通風所需費用一般與隧道的長度成正比，通風系統(tǒng)投資約占整個隧道投資的15%～25%，個別地形、地質條件復雜的長大隧道甚至可達50%；同時，對通風系統(tǒng)的維護管理又占隧道運營管理費的絕大部分，達到80%左右；因此，合理確定隧道的通風方式尤為重要。公路隧道的運營期機械通風方式主要有縱向式通風、半橫向通風及全橫向通風。縱向式通風主要適用于雙洞單向交通隧道及較短的單洞雙向交通隧道；半橫向通風及全橫向通風主要適用于單洞雙向交通隧道。表1為國內目前部分長大公路隧道通風一覽表。本文結合高樓山特長公路隧道的通風要求，針運營期通風方案的研究，旨在選擇最優(yōu)的通風方案指導施工，為本地區(qū)進口特長隧道建設提供借鑒的依據。

2 工程概況

武都至九寨溝高速公路是國家高速公路網平涼至綿陽高速公路（G8513）中的重要一段，是通達甘肅隴南市及四川省九寨溝的重要公路。擬建高樓山隧道左右洞平均長12.25km，屬超特長隧道，位于文縣尖山鄉(xiāng)老爺廟至文縣城關鎮(zhèn)凡昌。高樓山區(qū)域具有“山大溝深，峰谷交錯，坡陡彎急，且地下水位高”等特點，高樓山隧道具有“三高”，“一大”的地域特點，以及“兩長”、“兩多”、“兩大”的工程特點。其中“兩長”指斜井長(最長2.98km)、獨頭通風距離長(4.5km)。因此，本隧道的通風方案是設計階段的關鍵技術重點。高樓山隧道設計參數如表2所示。

圖1 高樓山隧道地質縱斷面圖

表1 國內目前長大公路隧道通風一覽表

表2 高樓山隧道設計參數表

3 確定通風計算

3.1 通風計算參數

通風計算參數見表3。

1）設計交通量：高樓山隧道位于臨江～文縣，2021年、2025年、2030年、2040年交通量預測結果分別為7936、11338、16907、33583（單位為pcu/d），交通組成如表4所示。

2）高峰小時比例：高峰小時比例取值為12.7%，方向不均衡系數取值為0.60。

3.2 通風技術標準

1）隧道內CO允許設計濃度δ：①正常運營時，隧道洞內CO的設計濃度取值為δ=100ppm。②交通阻滯時，隧道內各車道均以怠速行駛，平均車速vt≤30km/h，阻滯段長度不大于1000m，阻滯時間不超過20分鐘，洞內CO的設計濃度δ=150ppm，其余段按正常運營考慮。

2）隧道內煙霧允許設計濃度K，見表5。

3）稀釋空氣中異味：根據交通量和隧道規(guī)模的特點，隧道空間不間斷換氣頻率按每小時3次取值，同時應保證隧道內換氣風速Vr≥1.5m/s。

4）火災工況：火災時排煙風速按Vr＝2～3m/s取值。

5）射流風機參數，見表6。

3.3 隧道需風量計算原理

1）稀釋CO需風量

CO排放量Qco：

稀釋CO所需的新風量Qreq(co)：

表3 隧道通風計算參數

表4 高樓山隧道交通組成（%）

表5 隧道煙霧設計濃度K（LED光源）

表6 射流風機型號

2）稀釋煙霧需風量

煙霧排放量QVI：

3）稀釋異味需風量

高樓山隧道長達13km，屬于特長隧道，故換氣頻率可以定為每小時3次。因此，稀釋空氣中異味的需風量可用Qreq(異)=L×Ar×n/3600

采用縱向通風的隧道，換氣風速不應低于1.5 m/s。在此規(guī)定下，隧道內稀釋空氣中異味的需風量應同時滿足Qreq(異 )=1.5×Ar

4）最大需風量

在確定需風量時，根據上述的各種工況分別進行需風量計算，最后取Qreq(CO)、Qreq(VI)和中最大值作為設計通風量Q：

3.4 隧道需風量計算

根據以上計算原理進行隧道需風量計算，計算結果見表7、表8：

從表7、表8計算結果可以看出，全射流通風高樓山隧道主洞內風速達到了13.98m/s，遠超過了規(guī)范關于“單向交通隧道設計風速不宜大于10m/s”的規(guī)定，且需風量較大，故不宜采用全射流縱向通風，宜采用分段式通風。

4 隧道運營通風方案研究

綜合考慮高樓山隧道的通風需求以及隧道沿線地質、地形特征。對縱向全射流通風、半橫向式通風、全橫向式通風、豎（斜）井分段式縱向通風+全橫向通風、豎（斜）井分段式縱向通風等方案從通風效果、經濟指標、運營管理、防火防災等方面進行綜合比選。

圖2 2斜井分段式縱向通風方案示意圖

4.1 隧道運營通風方案

1）2斜井分段式縱向通風方案：設2座通風斜井，均作為左、右線共用的送、排風道，送風井與排風井之間采用隔板分割，風機房設于地下。1號斜井布置在距武都端洞口約3.0km處，2號斜井布置在九寨溝端洞口約4.5km處。三個通風區(qū)段長度分別為3.0km、4.7km、4.5km。

2）1斜+1豎井分段式縱向通風方案：設1座通風斜井、1座通風豎井，均作為左右線的送、排風道，送風井與排風井之間采用隔板分割，風機房設于地下。斜井布置在距武都端洞口約3.3km處，豎井布置在距九寨溝端洞口約4.0m處。三個通風區(qū)段長度分別為3.3km、4.9km、4.0km。

圖3 1斜+1豎井分段式縱向通風方案示意圖

表7 隧道左線需風量計算結果

3）兩豎井分段式縱向通風方案：設2座通風豎井，均作為左右線的送、排風道，送風井與排風井之間采用隔板分割，風機房設于地下。1號豎井布置在距武都端洞口約2.5km處，2號豎井布置在距九寨溝端洞口約4.8m處。三個通風區(qū)段長度分別為2.5km、4.9km、4.8km。

表8 隧道設計風量與設計風速

圖4 兩豎井分段式縱向通風方案示意圖

圖5 2斜+1豎分段式縱向通風方案示意圖

4）2斜+1豎分段式縱向通風方案：設2座通風斜井，1座通風豎井，均作為左、右線共用的送、排風道，送風井與排風井之間采用隔板分割，風機房設于地下。1號斜井布置在距武都端洞口約3.0km處，2號斜井布置在距武都端洞口約5.5km處；3號豎井布置在距九寨溝端洞口約2km處。四個通風區(qū)段長度分別為3.0km、3.7km、3.5km、2.0km。

5）1斜+2豎分段式縱向通風方案：設2座通風豎井，1座通風斜井，均作為左、右線共用的送、排風道，送風井與排風井之間采用隔板分割，風機房設于地下。1號斜井布置在距武都端洞口約3.0km處，2號豎井，布置在距武都端洞口約4.8km處；3號豎井布置在距九寨溝端洞口約2km處。四個通風區(qū)段長度分別為3.0km、4.4km、2.8km、2.0km。

圖6 1斜+2豎分段式縱向通風方案示意圖

4.2 隧道運營通風方案比選

從通風效果、經濟指標、運營管理、防火防災等方面對上述方案進行同等深度比較，比較結果如表9所示。

通過分析比選，以上通風方案均能較好的滿足隧道的正常通風和防災需求。方案一較其他方案土建費用居中，施工工期較短，運營費用較低。考慮到當前施工能力和水平及施工工期的安排，高樓山隧道鉆爆法施工推薦采用2斜井送排式與射流風機組合通風方案，TBM導洞擴挖方案可采用1斜+1豎井通風方案，工期可滿足初步計劃要求。

5 結論及展望

1）通過計算分析得出，全射流縱向通風不能滿足高樓山隧道運營通風的需要，宜采用分段式通風。

表9 不同方案定量比較表

2）通過對各分段式通風方案進行定量分析比選得出，高樓山隧道鉆爆法施工采用2斜井送排式與射流風機組合通風方案，TBM導洞擴挖方案采用1斜+1豎井通風方案。

3）本文為設計階段通風計算和方案比選，建議后期施工和運營中加強監(jiān)測和研究，以便為今后同類工程提供可借鑒的依據。

[1]《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70-2004）

[2]《公路隧道施工技術規(guī)范》(JTG F60-2009)

[3]《公路隧道設計細則》（JTG/T D70-2010）

[4]《公路隧道通風設計細則》（JTG/T D70/2-02-2014）

[5]王亞瓊，蔣學猛，武義凱，等.公路隧道雙洞互補式通風適用性分析[J].現代隧道技術.2015.03.

[6]李自強，謝文強，王明年，等.虹梯關特長公路隧道施工通風節(jié)能技術[J].現代隧道技術.2015.03.鐵道科學與工程學報.2016.04.

Research on ventilation program of Gao Lou Shan extra long highway tunnel

This paper unfolds the ventilation program research aiming at the special engineering characteristics of Gao Lou Shan tunnel. First of all, Required air volume of Gao Lou Shan tunnel is calculated based on the norms and previous engineering experience,through the calculation and analysis, the total jet vertical ventilation can't meet the Gao Lou Shan tunnel ventilation needs,should adopt the sub-section ventilation. Secondly, in Gao Lou Shan tunnel,the drilling and blasting method adopts the scheme of the combination of the 2-inclined well and the jet fan,the TBM adopts 1 oblique Ventilation program through the quantitative analysis and comparison of the sub-section ventilation.

extra long highway tunnel；required air volume；operational ventilation；program comparison

U414

B

1003-8965(2017)05-0092-05