摩天嶺隧道斜、豎井通風(fēng)方案比選

李宇翔

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 工程概述

1.1 隧道概況

摩天嶺隧道位于遼寧省本溪市本溪縣與桓仁縣交界處，呈近東-西向展布，為分離式隧道，地貌為剝蝕構(gòu)造中低山地貌，地勢(shì)起伏較大。隧道穿過山體最大標(biāo)高1295.44m，最低標(biāo)高在隧道出口為587.43m，相對(duì)高差708.01m。隧道進(jìn)口端山坡坡度較陡，自然坡度一般35°～45°；出口端山坡坡度較緩，自然坡度一般10°～20°。植被發(fā)育，水土保持良好[1]，隧道平縱線形情況見表1。

表1 隧道平縱線形情況

1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

摩天嶺特長隧道按照設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，隧道建筑限界主要指標(biāo)為[2-4]：建筑限界凈寬0.75+0.75+2×3.75+1+0.75=10.75m，建筑限界凈高5.0m。

2 隧道通風(fēng)方案比選

目前國內(nèi)運(yùn)營或者在建的L≥5000m的隧道一般采用分段縱向式通風(fēng)。結(jié)合國內(nèi)外發(fā)展情況和本工程特點(diǎn)，根據(jù)摩天嶺隧道平面線性、縱坡形式、交通量大小及組成，初步得出四種通風(fēng)方案，從土建建設(shè)費(fèi)用、通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用，運(yùn)營期間電費(fèi)以及工期等方面進(jìn)行綜合比選，從而得出最優(yōu)的通風(fēng)方案。

根據(jù)隧道具體情況，結(jié)合通風(fēng)需求、施工工期、施工便捷性、造價(jià)等因素，對(duì)下述四種方案進(jìn)行論證比選[5-6]。

2.1 左右線均采用單斜井兩段式縱向送排式通風(fēng)(簡稱雙斜井方案)

如圖1所示，摩天嶺隧道設(shè)置一座雙洞斜井，左、右洞各自設(shè)置單斜井(斜井分隔成送風(fēng)道、排風(fēng)道)，1#、2#斜井分別長1432m、1321m，地面設(shè)置風(fēng)機(jī)房，風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置大型軸流送、排風(fēng)機(jī)，通過斜井與每條隧道連接。將隧道左、右洞沿行車方向分成兩段進(jìn)行通風(fēng)。每條隧道通風(fēng)區(qū)段的劃分見表2。

圖1 隧道通風(fēng)示意圖(方案一)

表2 隧道通風(fēng)區(qū)段劃分表(方案一)

結(jié)合預(yù)測(cè)交通量、交通組成分析、隧道內(nèi)空斷面、縱坡、行車速度、通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算不同設(shè)計(jì)年份、不同工況、隧道各段的需風(fēng)量，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 通風(fēng)各區(qū)段需風(fēng)量、風(fēng)速、控制因素匯總表(方案一)

正常運(yùn)營工況下左右洞兩段風(fēng)速較為均勻，行車環(huán)境好。火災(zāi)工況下左洞最長排煙區(qū)段長度為2850m，右洞最長排煙區(qū)段長度為3000m，排煙效果好。通風(fēng)斜井主要參數(shù)見表4。

表4 通風(fēng)井主要參數(shù)表(方案一)

2.2 左右洞均采用單豎井兩段式縱向送排式通風(fēng)(簡稱雙豎井方案)

如圖2所示，隧道設(shè)置一座雙洞豎井，左、右洞各自設(shè)置單豎井(斜井分隔成送風(fēng)道、排風(fēng)道)，豎井深均為120m，地面設(shè)置風(fēng)機(jī)房，風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置大型軸流送、排風(fēng)機(jī)，通過豎井與每條隧道連接。將隧道左、右洞沿行車方向分成兩段進(jìn)行通風(fēng)。每條隧道通風(fēng)區(qū)段的劃分如表5。

圖2 隧道通風(fēng)示意圖(方案二)

表5 隧道通風(fēng)區(qū)段劃分表(方案二)

結(jié)合預(yù)測(cè)交通量、交通組成分析、隧道內(nèi)空斷面、縱坡、行車速度、通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算不同設(shè)計(jì)年份、不同工況、隧道各段的需風(fēng)量，計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 通風(fēng)各區(qū)段需風(fēng)量、風(fēng)速、控制因素匯總表(方案二)

正常運(yùn)營工況下左右洞兩段風(fēng)速近期較為均勻，遠(yuǎn)期風(fēng)速不均勻，行車環(huán)境一般。火災(zāi)工況下左洞最長排煙區(qū)段長度為4425m，右洞最長排煙區(qū)段長度為4435m，均小于5000m滿足規(guī)范要求。通風(fēng)豎井主要參數(shù)見表7。

表7 通風(fēng)井主要參數(shù)表(方案二)

2.3 左線采用單斜井、右線采用單豎井兩段式縱向送排式通風(fēng)(簡稱斜井加豎井方案)

如圖3所示，隧道左洞設(shè)置一座斜井(斜井分隔成送風(fēng)道、排風(fēng)道)，右洞設(shè)置一座豎井(豎井分隔成送風(fēng)道、排風(fēng)道)。地面設(shè)置風(fēng)機(jī)房，風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)置大型軸流送、排風(fēng)機(jī)，通過斜井、豎井分別與左、右洞條道連接。將隧道左、右洞沿行車方向分成兩段進(jìn)行通風(fēng)。每條隧道通風(fēng)區(qū)段的劃分如表8。

圖3 隧道通風(fēng)示意圖(方案三)

表8 隧道通風(fēng)區(qū)段劃分表(方案三)

該方案為通風(fēng)方案一與通風(fēng)方案二的結(jié)合，因此左、右洞隧道內(nèi)需風(fēng)量計(jì)算、射流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)的計(jì)算不在累述，具體數(shù)值以及計(jì)算過程可參見前文。

2.4 左右洞均采用全射流通風(fēng)方式

通風(fēng)方案四全射流通風(fēng)方式經(jīng)計(jì)算，平時(shí)通風(fēng)時(shí)隧道內(nèi)最大風(fēng)速為6.30m/s，滿足規(guī)范要求不大于10m/s,但火災(zāi)時(shí)煙氣最大行程大于5000m，不滿足《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/T D70/2-02—2014,不利于火災(zāi)時(shí)人員逃生。故不推薦全射流通風(fēng)方式，不做為方案進(jìn)行比選。

3 隧道通風(fēng)方案綜合比選

豎井施工需垂直運(yùn)輸，需要一套專門設(shè)施，主要有提升絞車、吊盤、抓巖機(jī)、吊桶、穩(wěn)車、信號(hào)和安全設(shè)施等。 豎井出渣與下料均為垂直運(yùn)輸，本身無輔助主洞施工能力。斜井優(yōu)勢(shì)在于通風(fēng)效果、排煙方便性更好，可輔助主洞施工，加快工程進(jìn)度。由于本隧道斜井本身長度較大，土建費(fèi)用遠(yuǎn)高于豎井，且對(duì)主洞加快施工工期不顯著。針對(duì)各方案進(jìn)行分析對(duì)比見表9。

表9 通風(fēng)方案對(duì)比分析表

摩天嶺隧道通風(fēng)系統(tǒng)方案二(雙豎井方案)的工程造價(jià)在三個(gè)方案中最低，同時(shí)能夠滿足通風(fēng)需求。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)過比選，幾種方案均能滿足安全和功能要求。但是由于方案二(雙豎井方案)土建費(fèi)用最低，比方案一節(jié)省約8500萬元，比方案三節(jié)省約4200萬元。同時(shí)，方案二設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)營費(fèi)用最少，綜合考慮各項(xiàng)因素，建議方案二為推薦方案。