特長公路隧道通風設計方案比選

劉昌敏

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 概況

太原繞城高速公路西北段改線工程（太原西二環）位于山西省太原市西側，將直接緩解太原市環城高速公路的交通壓力。該路段共有隧道12座，特長隧道2座。其中，虎山隧道全長8 785 m，坡度為1.8%。

根據本項目工程可行性研究報告中預測的交通量，虎山隧道近期和遠期的交通量經計算，結果見表1。車型比重近期和遠期預測見表2。

表1 虎山隧道路段實際交通量計算

表2 車型比例預測 %

虎山隧道的技術參數：a）單向交通雙洞四車道；b）設計車速：80 km/h；c）設計年限：近期為 2030 年，遠期為2040年；d）隧道斷面：分離式雙洞，斷面面積62.79 m2，周長 31.95 m；e）控制風速：隧道內設計風速小于等于 10 m/s；f）防排煙設計標準：（a）火災熱釋放率 20 MW；（b）火災時排煙風速 3.0 m/s；g）夏季隧址氣溫：30℃；h）自然風速Vn：2.5 m/s（2～3 m/s）。

2 隧道需風量計算

公路隧道通風設計中，車輛有害氣體、煙塵的排放量及與之對應的交通量和基準排放量均應與各設計目標年份相匹配，計算近期和遠期的需風量時應采用相應年份的交通量和基準排放量。機動車有害氣體基準排放量宜均以2000年為起點，按每年2.0%的遞減率計算至設計目標年份的排放量，作為設計目標年的基準排放量[1]。

計算需風量時，需按照設計速度以下各工況行車速度10 m/s為一檔，分別計算稀釋煙塵、CO的需風量，同時計算換氣和火災工況下的需風量，需風量取其最大值。

隧道通風為稀釋行駛時排出的煙塵、CO及異味為目的，取最大值作為計算的通風量[2]。隧道對應不同控制指標的設計需風量見表3和表4。

表3 隧道對應不同控制指標的設計需風量（近期） m3/s

表4 隧道對應不同控制指標的設計需風量（遠期） m3/s

3 通風的計算過程

交通通風力和風機提供的風量及風壓應能夠滿足需風量的要求，并克服交通通風阻力。

3.1 自然通風力

在本項目中，自然通風力作通風阻力，洞內的風速取值2.5 m/s。

3.2 交通通風力

單向交通隧道，隧道交通通風力作為動力考慮。

3.3 隧道通風阻力

根據隧道通風阻力的計算公式計算求值。

3.4 風機的升壓力

全射流縱向通風時，風機增加風壓應與隧道內的自然通風力、交通通風力和通風阻力平衡。

4 隧道通風方案

4.1 通風設計方案

隧道若采用全射流縱向通風時，設計近期和設計遠期的風速均已經超過規范值10 m/s對最大風速的要求，因此，虎山隧道通風需采用通風井分段。

根據隧道的地形條件，工程經濟等方面的考慮，擬采用通風井送排式+射流風機的縱向通風方案，即在隧道兩側適當位置設置通風井，對隧道通風進行分段，將通風設計風速降低到規范要求值之下，并滿足火災排煙長度要求。

初步設計虎山隧道共擬定了兩個通風井方案，考慮通風井兼做輔助施工通道的要求，每個通風井方案均設置了斜井。

4.2 方案比選

4.2.1 方案一

本方案將隧道左線劃分為3段，采用3號斜井、1號斜井和射流風機縱向通風；右線分3個區段，采用1號斜井、1號豎井和射流風機縱向通風。方案示意圖見圖1。隧道各分段的需風量計算結果和斜、豎井及風道的參數如表5所示。

圖1 隧道通風設計方案示意圖(方案一)

隧道內，根據壓力是否平衡作為判斷通風段是否增加射流風機的依據。軸流風機應按照遠期進行配置，并考慮備用風機臺數。火災工況時，保證隧道內臨界風速值為3 m/s，以射流風機作為推動力，不考慮軸流風機進行驗算。經計算，左線需射流風機的數量為26臺，右線需射流風機的數量為26臺。

表5 虎山隧道分段需風量計算表（方案一）

4.2.2 方案二

根據隧道近遠期計算需風量、排煙要求及隧道的全長，將隧道左線分成2段，采用2號斜井、射流風機縱向式通風；右線分成3個區段，采用3號豎井、1號豎井和射流風機縱向式通風。方案示意圖見圖2。隧道各分段的需風量計算結果和斜、豎井及風道的參數如表6所示。

圖2 隧道通風設計方案示意圖（方案二）

表6 虎山隧道分段需風量計算表（方案二）

4.2.3 方案比較

根據風機功率計算各通風井方案通風運營服務10年、20年總電費，風機設備費在隧道建成時一次投入，總費用如表7所示。

表7 虎山隧道不同通風井方案通風能耗及設備費比較表

從表7中可看出，從土建費、設備費、施工條件、年通風運營用電費及工期等方面進行了綜合比較，方案一總費用遠低于方案二，優勢較明顯，因此，最終確定方案一作為虎山隧道通風系統的推薦方案。

5 結語

針對虎山隧道的特點，提出兩種通風方案，綜合比較計算，采用豎井+斜井分段送排式縱向通風方案。本方案具有建設投資低、通風和排煙效果好、運營成本低等優點。推薦的通風方案對類似的隧道通風設計工作有一定的參考價值。