城市立交互通隧道縱向通風方案優化

邢文典，王明年，李 珂，李 博

(1.西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031；2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都 610031)

[通信作者]王明年，教授，博導。

隨著我國隧道修建技術的進步以及人們環保意識的增強，城市隧道等地下交通形式越來越為人們廣泛運用。國內已建成的大型城市立交互通隧道有廈門的萬石山地下立交隧道，在建的有廈門東坪山立交隧道和海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道以及重慶的朝天門兩江隧道。目前國內對于城市立交互通隧道的通風方案進行了一定研究，劉宏[1]等對大型地下立交通風技術進行了相關研究，提出了當大型地下互通式立交左右洞隧道通風負荷差異較大時，可設置洞內空氣交換站的縱向式通風方案降低功耗；王中正[2]等對深圳市過境高速公路連接線工程進行了正常營運和火災工況下的風機配置。但上述研究主要針對實現清潔空氣有效利用的方法或存在依托工程互通形式較為簡單的問題。

1 工程概況

廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道下穿蔡尖尾山，海景路與疏港通道交叉處通過設置A、D兩條匝道解決廈成高速與港區之間的交通轉換，通過設置B、C兩條匝道解決廈門本島與港區之間的交通轉換。廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道如圖1所示，隧道參數見表1。

圖1 海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道

由圖1可知廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道的特點是主隧道分支匝道及匝道內部枝生匝道，其網絡形式復雜，不僅東西向單向雙線主隧道與南北向單向雙線主隧道交通互通，匝道之間亦有交通分流匯流情況。目前尚無類似工程的通風方案研究，本文旨在建立立交互通隧道的通風控制標準，并對原縱向式通風方案進行優化。

表1 隧道參數

2 通風計算方法

2.1 通風計算體系

廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道主匝道互通網絡復雜，根據匝道連接節點將互通隧道劃分區段如圖2所示。

圖2 城市立交互通隧道通風計算分段

2.2 隧道運營需風量計算

根據JTG/T D70/2-02-2014《公路隧道通風設計細則》，以滿足遠期2040年隧道運營通風為目標，計算隧道各區段運營時稀釋煙塵、CO和滿足換氣要求的需風量。隧道遠期高峰小時交通量見圖3，隧道遠期需風量計算結果見表2。

2.3 通風控制標準

由于廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道存在多匝道與主隧道相連，污染物在通風網絡內竄流，很多區段實際通風是被污染的空氣，因此城市立交互通隧道運營通風各區段設計通風量中包含的新鮮風量應滿足各區段需風量。根據廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道主匝道互通形式，將風流互通形式分為分流和匯流。下面根據新鮮風量滿足需風量的要求分別對分流和匯流兩種形式進行區段設計風量的理論推導，從而將各區段設計風量作為城市立交互通隧道運營通風控制標準(圖4、圖5)。

圖3 遠期2040年疏港通道—海景路立交流量流向(pcu/h)

表2 隧道遠期需風量 m3/s

圖4 分流示意

圖5 匯流示意

2.3.1 分流

(1)

式中：Q1為區段1的設計風量；Qreq1為區段1的需風量；C1為區段1新鮮空氣利用率；C0為區段1前區段新鮮空氣利用率。

那么區段2的設計風量應滿足：

(1-C1)·Q2≥Qreq2

(2)

即：

(3)

式中：Q2為區段2的設計風量；Qreq2為區段2的需風量；同理，區段3的設計風量應滿足：

(1-C1)·Q3≥Qreq3

(4)

即：

(5)

式中：Q3為區段3的設計風量；Qreq3為區段3的需風量。

2.3.2 匯流

(6)

(7)

(1-C1)·Q1+(1-C2)·Q2≥Qreq3

(8)

Q3=Q1+Q2

(9)

3 城市立交互通隧道縱向式通風方案優化

3.1 全射流縱向式通風方案

廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道首先采用全射流縱向式通風，風向與單向交通行車方向一致，根據隧道各區段新鮮風需風量，由2.3節分流和匯流的通風設計風量的理論推導公式，得出廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道各通風計算區段的設計通風量和設計風速如表3所示。

由表3可以得出全射流縱向式通風在滿足各隧道區段設計風量時，海景路左線二段的風速達到了10.4 m/s，超過了規范要求的風速10 m/s限值。因此，采用全射流縱向通風方案不能滿足海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道的通風設計。

3.2 分段縱向式通風初步方案

在全射流縱向通風不能滿足通風設計的前提下，將其改為分段縱向式通風設計方案，將送排風斜井布置在疏港通道，其中左線送風道里程ZK4+800，左線排風道里程ZK4+855；右線送風道里程YK4+898，右線排風道YK4+840。通風斜井布置示意圖如圖6所示。

表3 全射流縱向式通風設計風量及設計風速

廈門海滄疏港通道—海景路城市立交互通隧道分段縱向式通風初步方案各通風計算區段的設計通風量和設計風速見表4。

由表4可以得出分段縱向式通風初步方案在滿足各隧道區段設計風量時，海景路左線下游的風速依然達到了10.4 m/s，超出了規范要求的風速10 m/s限值。因此，送排風斜井布置在疏港通道的情況下，分段縱向通風方案仍不能滿足海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道的通風設計，需要修改通風方案。

3.3 分段縱向式通風優化方案

根據前面計算結果分析判斷，通風不滿足要求區段均是海景路左線下游，決定對分段縱向式通風方案進行優化，調整通風斜井位置設于海景路左線下游，右線上游。優化方案示意圖如圖7所示。

圖6 分段縱向式通風初步方案

圖7 分段縱向式通風優化方案

廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道分段縱向式通風優化方案各通風計算區段的設計通風量和設計風速見表5。

表4 分段縱向式通風初步方案設計風量及設計風速

表5 分段縱向式通風初步方案設計風量及設計風速

由表5可以得出分段縱向式通風優化方案在滿足隧道各區段設計風量的同時通風風速均滿足規范要求的單向交通隧道設計風速10 m/s限值要求。因此分段縱向通風優化方案能滿足海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道的通風設計。

基于海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道分段縱向式通風優化方案的控制標準，利用網絡通風技術，對海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道進行風機配置。

網絡通風計算通風網絡如圖8所示。風機配置參數如表6和表7所示。

圖8 優化方案通風網絡

表6 射流風機參數

表7 SDZ260參數

分段縱向式通風優化方案風機配置如圖9所示。

圖9 優化方案風機配置

對風機配置進行通風控制標準校核，檢驗風機配置的合理性和正確性(表8)。由表8可得，分段縱向式通風優化方案風機配置合理，通風優化方案可行。

表8 分段縱向式通風優化方案風機配置控制標準校核

4 結論

(1)根據廈門海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道工程特點，建立了立交互通隧道通風計算網絡模型。

(2)根據風量守恒原理和通風需風量要求，建立了城市立交互通隧道風流分流和匯流情況下的通風控制標準。

(3)對海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道通風方案進行了優化，將通風斜井位置調整到設計風速超出規范限值的區段，即調整到海景路左線下游，右線上游。優化后的分段縱向式通風方案滿足通風控制標準的同時亦滿足風速限值要求。

(4)根據分段縱向式通風優化方案，對海滄疏港通道-海景路城市立交互通隧道進行了風機配置，可以應用于實際工程。