談特長隧道三段式通風設計

秦 小 超

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

近年來，作為國家重點基礎建設的公路工程經歷了蓬勃發展，以大范圍、大規模、大體量為主要特征的公路建設模式已逐漸成為過去時。隨著國家綜合國力的進一步提高，公路建設正經歷著由“大”到“精”的時代轉型，經過規范多次更新和實踐重復檢驗，公路工程從設計、施工到運營、養護全生命周期實現了跨越式發展。目前，等級較高的高速公路建設已初步實現城市互聯、環線明顯，公路建設的重心向偏遠山區不斷偏移，作為主要控制性工程之一的公路隧道由于受到地形限制和需要繞避不良地質等因素，導致特長隧道占比不斷攀升，其設計與施工要求也是愈發嚴格，不僅要考慮隧道主體結構、路面、防護、排水等主體工程的地域差異化設計，還要著重考慮通風、照明、消防等運營設施的綜合設計[1]。隧道通風設計不僅很大程度上制約主體設計，還顯著影響隧道施工進度，同時對隧道運營期行車安全、救援效率等起著至關重要的作用，并且對隧道項目經濟效益有顯著影響，故而通風方案的優劣很大程度上制約特長隧道總體設計的成敗。現階段一般來說，通風方案設計與隧道主體設計由不同人員參與，從而優秀的通風方案是在與土建設計不停溝通、調整、優化的過程中形成，這個過程中勢必會受到建設條件、造價、工期等多方面因素的影響，設計中既要考慮這些因素，還要對這些因素造成的影響進行詳細的對比。結合工程案例，綜合多方因素，對特長隧道通風方案進行設計比選，為隧道設計提供高質量的前期設計準備，為隧道施工運營提供基礎性保障。

1 工程概況

某特長隧道為規劃中所屬高速公路的重要組成部分，同時是確定的先期開工點，其位于構造溶蝕剝蝕中山區，該區新構造運動發生中度隆起，長期遭受剝蝕溶蝕作用而形成，隧道圍巖主要由奧陶系馬家溝組灰巖組成，強～弱風化。在對周邊公路網現狀調查和通過數據模型預測后，得到交通組成貨車與客車比例為1.3∶1，其中以運輸能源、礦產、消費品等資源的特大貨車占比最大，根據公路等級和交通量需求，隧道按雙向四車道分離式雙洞設計，左右洞建設里程均超過6 km，左洞為6.94 km，右洞為6.98 km，設計速度為100 km/h，隧道底板最大埋深480.6 m。

2 設計方案與分析對比

公路隧道通風設計是根據公路等級、建設長度、設計速度、設計交通量、車道數、平縱線形、地形地質等因素，進行多方面深入細致的綜合分析后確定合理方案，實現隧道建成后對煙塵、明顯影響人體健康的CO等有毒氣體以及空氣中的異味進行充分稀釋的基礎工作[2]。

根據該隧道左、右洞交通流大小及主要車型等差異，綜合考慮地形地貌、通風需求和施工進度，確定設計理念。左、右洞主要差異在于稀釋煙塵為左洞主要通風需求，其近期設計風速為6.1 m/s～14.8 m/s，遠期風速已超過規范要求的10.0 m/s，而稀釋空氣異味為右洞主要通風需求，需風量不大，設計風速不大于7.0 m/s。

要實現特長隧道各通風區段盡量小的設計風速，最有效、最直接的措施是建立各個區段獨立送排風[3]，結合調查結果左洞交通方向大車尤其是特大型貨車較多，需采用分段式縱向通風方式，以期盡可能降低粉塵污染，滿足隧道內煙塵設計濃度，保障洞內環境衛生，達到隧道安全衛生標準要求。右洞與左洞相比交通量較小，設計較為簡單，采用全射流風機通風即可滿足要求。

2.1 雙豎井通風

豎井送排式縱向通風方式是通過豎井交換隧道內外的空氣，在排出污染氣體的同時送入新鮮氣體，進而加大縱向通風方式的適用長度[4]。

方案A：左洞兩豎井分三段軸流風機送排風+射流風機通風，豎井布置見圖1。

由圖1可見，隧道左洞長度為ZK，右洞長度為YK，結合現場勘察結果，在合理位置于左洞設置兩處豎井用于隧道通風，豎井編號為1號、2號，雙豎井將隧道分為L1段、L2段和L3段共三段進行通風設計，三段長度均不足3.0 km，為滿足火災工況下排煙需要，通過豎井排風道給右洞設置聯絡排風道，將右洞劃分為3段較為獨立的防火分區，實現正常通風要求和隧道防災減災需要雙管齊下。

經計算此方案遠期三段式通風設計風速均不足10.0 m/s，可以較好的滿足隧道在不同工況下的通風需求。此方案優缺點較為明顯，優點主要是豎井長度較短，軸流風機功率較小，缺點也較為突出，由于豎井進口位置較為偏遠，現場地形較為復雜，所需施工便道較長，增加輔助工程量，同時豎井功能上只能用于通風，雖然必不可免的增加施工開挖面，但無法做輔助正洞建設的施工井，從而隧道主體工期較長。

2.2 雙斜井通風

斜井送排式縱向通風方式原理與豎井送排式縱向通風方式相同，通過斜井交換隧道內外的空氣，既排出隧道內污染氣體，也送入新鮮氣體。

方案B：左洞兩斜井分三段軸流風機送排風+射流風機通風，斜井布置見圖2。

由圖2可見，在左洞設置兩處斜井將隧道分為三段實現分段通風，斜井編號為3號、4號，L1段、L2段和L3段分段情況與方案A一致，同時在右洞布設聯絡排風道。

經計算方案B與方案A的射流風機數量和通風計算結果相同，也能夠較好的滿足隧道在不同工況下的通風需求。與方案A的主要區別在于斜井比豎井長度長很多，風阻明顯比豎井大，后期運營成本必然較方案A要高，但雙斜井既可作為運營通風井，也可作為施工工作井輔助隧道主洞建設，增加多個施工工作面，可有效縮短工期。

2.3 斜、豎井通風

方案C：左洞一豎井、一斜井分三段軸流風機送排風+射流風機通風，豎井布置見圖3。

由圖3可見，隧道左線布設5號豎井、6號斜井兩處通風井，同樣為右洞布設聯絡排風道，與方案A、方案B通風分段設計相同，斜井和豎井將隧道分為L1段、L2段和L3段三段進行通風，并且右洞被分為三個防火分區，較合理的滿足正常交通工況和火災、交通阻滯等異常交通工況的通風需求。

經相同的計算方法，可知斜、豎井配合通風與雙豎井、雙斜井的通風計算結果相同，射流風機數量也一致。相比方案A、方案B，此設計方案采取折中，兼顧方案A、方案B各自的優點，同時一定程度上削弱了兩者存在的缺點，在各方面條件允許的情況下，達到節約造價和提高施工效率的平衡，是較為合理的設計方案。

3 結語

“十三五”規劃收官之年，隧道建設已成為公路建設中尤為重要的一環，優秀的隧道設計與施工很大程度上決定著公路建設與運營的品質。本文結合工程案例，以新規范為主要依據，通過對比通風效果，并綜合考慮布設斜、豎井作為通風井，同時適當條件下輔助隧道正洞施工對工程規模、建設工期、造價控制等的影響，對比提出在施工環境較為良好的基礎上，特長隧道三段式通風采用一斜井、一豎井，并設置聯絡排風道的設計方案，可以較好的滿足隧道通風要求，同時兼顧隧道防災減災要求及工程造價節約與建設工期優化理念，為類似特長隧道通風設計提供設計經驗予以借鑒，推動現代化隧道建設。