城市道路長隧道雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)節(jié)能方案分析

廖喜年

摘? 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化建設(shè)步伐的加快，城市道路隧道將成為未來市政工程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，然而，目前我國的大部分城市道路隧道通風(fēng)系統(tǒng)都存在非常嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問題。城市道路隧道相較于一般公路隧道的不同之處是：早晚交通量大，阻滯時(shí)間長，并且由于城市的發(fā)展，原來的郊區(qū)隧道隨時(shí)間的推移發(fā)展成為城市主要干道;而原來的城市主要干道則演變?yōu)槌鞘兄匾泵β范巍Ｔ撐耐ㄟ^工程實(shí)例分析，對城市道路隧道工程的通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，針對城市長隧道雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)的特點(diǎn)，歸納出一些實(shí)際運(yùn)用的節(jié)能技術(shù)措施和設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：城市道路;雙洞互補(bǔ);長隧道;通風(fēng)節(jié)能;方案分析;技術(shù)措施

中圖分類號 ： U453.5? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

城市道路最大的難點(diǎn)在于隧道和橋梁的設(shè)計(jì)，然而，隧道通風(fēng)的設(shè)計(jì)和節(jié)能方案是關(guān)系到隧道的整體結(jié)構(gòu)模式，對整體的造價(jià)和運(yùn)營費(fèi)用起著關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)[1]。該文主要介紹廣州市黃埔區(qū)科學(xué)城連接知識城快速通道（北段）新建油麻山隧道工程，該工程采用了一種投資較少、運(yùn)營費(fèi)用較低的雙洞互補(bǔ)通風(fēng)方式，該通風(fēng)方式適用于城市交通量較大的單向行車或雙向行車的雙洞長隧道，以及城市交通量一般的單向行車雙洞特長隧道。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

廣州市黃埔區(qū)科學(xué)城連接知識城快速通道（北段）工程位于長嶺居及油麻山片區(qū)，其中新建油麻山隧道長度約1.92 km，按左右線分洞設(shè)置。道路定位為快捷化的城市主干道路，道路等級為雙向六車道，設(shè)計(jì)速度60 km/h。單向行車雙洞道隧道建筑界限凈寬為13.0 m （檢修道0.75 m+左側(cè)路緣帶寬度0.5 m+車行道3.5 m×3 m+右側(cè)路緣帶寬0.5 m+檢修道0.75 m），隧道橫截面積100.71 m2，縱向通風(fēng)橫截面積82.90 m2，通風(fēng)斷面當(dāng)量直徑為9.03 m。鑒于一般城市道路長隧道和地質(zhì)條件的特點(diǎn)，該項(xiàng)目通風(fēng)系統(tǒng)初期采用全射流縱向通風(fēng)方式，遠(yuǎn)期采用射流+雙洞互補(bǔ)通風(fēng)方式。隧道通風(fēng)分期實(shí)施的目的在于確保使用安全的前提下，能夠節(jié)省初期投資的成本，并能夠節(jié)約運(yùn)營階段的能耗。該項(xiàng)目遠(yuǎn)期與近期的交通量之比幾乎翻倍，如果遠(yuǎn)期的通風(fēng)設(shè)施按照初期采用全射流通風(fēng)方式一次性實(shí)施，必然會(huì)造成初投資成本的增加、部分通風(fēng)設(shè)施閑置時(shí)間的增加，以及保養(yǎng)費(fèi)用的增加;同時(shí)，長期閑置的設(shè)施其使用壽命減短，到遠(yuǎn)期實(shí)際運(yùn)行時(shí)，也許無法正常使用，并造成資源浪費(fèi)。因此，該項(xiàng)目的城市道路隧道通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)測交通量，近遠(yuǎn)期采用不同的系統(tǒng)，并一次投資，分期實(shí)施和運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)選擇的依據(jù)

根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范CJJ 37—2012》13.3.2，隧道可按其封閉段長度分類，見表1。

2 通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 交通密度預(yù)測

根據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則JTG TD702-02—2014》3.3.2的條文說明：世界道路協(xié)會(huì)公路隧道運(yùn)營技術(shù)委員會(huì)（PIARC C5）2004年報(bào)告提出，在通風(fēng)設(shè)計(jì)中，用阻塞交通速度10 km/h和停滯段定義設(shè)計(jì)工況。為了避免長隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)過量，通過交通控制系統(tǒng)避免全隧道的交通阻滯或停滯是可行的，PIARC C5給出了相應(yīng)的交通量，根據(jù)PIARC C5《公路隧道汽車尾排和需風(fēng)量》平均高峰交通密度，該項(xiàng)目為雙洞6車道，分別對未來10年和20年進(jìn)行預(yù)測，見表2。

2.2 各類車輛預(yù)測

根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范CJJ 37—2012》4.2.2和4.2.3，設(shè)計(jì)交通量按交通遠(yuǎn)期20年，預(yù)測交通量四級飽和狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)，見表3。

2.3 一氧化碳（CO）和煙塵（vi）基準(zhǔn)排放量

機(jī)動(dòng)車有害氣體基準(zhǔn)排放量宜均以2000年為起點(diǎn)，按每年2.0%的遞減率計(jì)算至設(shè)計(jì)目標(biāo)年份獲得的排放量，作為隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)目標(biāo)年份的基準(zhǔn)排放量，最大折減年限不宜超過30年。則得：

2.4 隧道通風(fēng)量計(jì)算

2.4.1 計(jì)算稀釋CO計(jì)算需風(fēng)量

（1）

式中：Qco—隧道CO排放量（m2/s）;qco—設(shè)計(jì)目標(biāo)年份的CO基準(zhǔn)排放量[m2/（ven·km）]，按照表4選取;fa—考慮CO的車況系數(shù)，該市政道路按二級公路選取;fd—車密度系數(shù)，分別按60 km/s和10 km/s選取;fh—考慮CO的海拔高度系數(shù)，廣州市黃埔區(qū)按H≤400 m選取;fiv—考濾CO的縱坡—車速系數(shù)，該項(xiàng)目南行按1%，1%，-2%計(jì)算綜合值，北行按2%，-1%，-1%計(jì)算綜合值;L—隧道長度（m）;fm—考慮CO的車型系數(shù)，按表3選取;n—車型類別數(shù);Nm—相應(yīng)車型的交通量（veh/h），按表2選取。

2.4.2 按稀釋煙霧計(jì)算需風(fēng)量

按稀釋煙霧計(jì)算需風(fēng)量如公式（2）所示。

式中：Qvi—隧道煙塵排放量（m3/s）;qvi—設(shè)計(jì)目標(biāo)年份的煙塵基準(zhǔn)排放量[m2/（ven·km）]，按表4選取;fa（vi）—考慮煙塵的車況系數(shù)，該市政道路按二級公路選取;fd—車密度系數(shù)，分別按60 km/s和10 km/s選取;fh（vi）—考慮煙塵的海拔高度系數(shù)，廣州市黃埔區(qū)按H≤400m選取;fiv（vi）—考濾煙塵的縱坡—車速系數(shù)，該項(xiàng)目南行按1%，1%，-2%計(jì)算綜合值，北行按2%，-1%，-1%計(jì)算綜合值;L—隧道長度（m）;fm（vi）—考慮煙塵的柴油車車型系數(shù)，按表3選取;nD—柴油車車型類別數(shù);Nm—相應(yīng)車型的交通量（veh/h），按表2選取[2]。

3 方案分析

鑒于廣州市黃埔區(qū)的城市交通特點(diǎn)，上班高峰期為早上7：00-9：00進(jìn)城的南行方向阻滯，北行方向正常;下班高峰期為17：00-19：00出城的北行方向阻滯，南行方向正常，見表5和表6。