李国江
中铁隧道集团二处有限公司 河北燕郊 065201
摘要：长大公路隧道通风问题是公路中很重要的一个问题，大量的尾气、粉尘，甚至是火灾风险，让通风技术显得尤为重要。本文以红谷隧道为例，分析对比隧道各种通风方式，最终选用纵向通风，通过计算各个车速下稀释CO、烟雾、异味以及应对火灾工况的需风量，来得到隧道需风量，再根据规范要求选用合适的射流风机及台数布置，在安装过程中采用更好的吊式安装方案，使得风机安装具有更好的抗变形防破坏抗锈蚀能力，同时最大限度的利用了自然风和活塞风，节能减排效果更好。
关键词：公路隧道；纵向通风；射流风机；安装
Study on Ventilation Technology of Highway Tunnels
（Erchu Co.，Ltd. of China Railway Tunnel Group，Sanhe 065201，Hebei，China）
Abstract：The ventilation problem of long highway tunnel is a very important problem in highway. A lot of exhaust gas，dust and even fire risk make ventilation technology particularly important. In this paper，we take Honggu tunnel as an example to analyze and compare the various ventilation modes of the tunnel，and finally chooses the longitudinal ventilation. through the calculation of the various speeds of dilute CO，smoke，odor and deal with the fire conditions required quantity of air，to get the amount of air required for a tunnel，then according to the specification of appropriate jet ventilator units and layout，better hanging the installation scheme adopted in the installation process，the ventilator installed anti corrosion damage has better anti deformation ability，and maximize the use of natural wind and the piston wind，better effect of energy saving and emission reduction.
Keywords：Highway tunnel；Longitudinal ventilation；Jet ventilator；Installation
引言
经过半个多世纪的发展，我国目前公路隧道数量和里程均已位居世界首位，隧道作为公路的最特殊部分，不像露天部分及桥梁部分，其内部独有的半封闭性使得运营管理难度也相对最大。首先面临的就是通风问题，对于短隧道而言，自然风足够解决通风问题，而对于距离长、交通流量大的市政公路隧道来说，其巨大车流量带来了大量的尾气、粉尘，甚至是火灾风险，因此，如何解决长大隧道的通风问题，成为设计、建设、运营重点关注的重点。下面我们就红谷隧道为例来提出一种解决方案。
1通风方式
公路隧道对运营通风的要求较高，可供选择的通风方式也较多，选择时主要考虑因素是隧道的长度和交通流量，还应适当考虑当地气象、环境、地形等条件。通风方式通常分为两种：自然通风和机械通风。
1.1自然通风
自然通风是通过气象因素形成的隧道内空气流动，以及机动车从洞外带入新鲜空气来实现隧道内外空气交换。这种通风方式不需要任何机械设备，利用出入口的自然压差或活塞风，一般适用于单向隧道，双向隧道长度短时也可以适用，但当隧道过长时双向行驶的汽车带来的交通风力会让自然通风效率过低。
1.2机械通风
机械通风是通过风机作用使空气沿着预定路线流动来实现隧道内外空气交换。
1、纵向通风。
新鲜空气从隧道一段引入，有害气体与烟尘从另一端排出。在通风过程中，隧道内的有害气体与烟尘沿纵向流经全隧道。
纵向通风方式的优缺点主要表现在：（1）能充分利用车辆的活塞作用；（2）不需要额外风渠，可减少隧道衬砌断面；（3）隧道断面即用作风道，可以减少通风阻力；（4）多台射流风机操纵灵活，可以根据实际通风需要运转不同的台数；（5）机械设备较简单，安装容易，维修、保养方便，不影响正常运转；（6）由于设置在车道正上方，检修不方便。
2、全横向通风。
用通风孔将隧道分成若干区段，新鲜空气从隧道一侧的通风孔横向流经隧道断面空间，将隧道内的有害气体和烟尘稀释后从另一侧通风孔进入风渠排出洞外，各通风区段的风流基本上不流至相邻的通风区段。
全横向通风方式的优缺点主要表现在：（1）适用长度不受限制；（2）工作时产生的噪音小；（3）火灾情况应对时排烟方便；（4）对洞口环保有利；（5）需要设置专用的通风通道，造价高；（6）对活塞风利用不好。
3、半横向通风
半横向通风是介于纵向和横向之间的一种通风方式，新鲜空气从隧道一端或两端引入，有害气体和烟尘则经由隧道断面以外的风渠排出隧道；反之，由风渠向隧道内送入新鲜空气亦然。
半横向通风方式的优缺点主要表现在：（1）工作时产生的噪音小；（2）火灾情况应对时排烟方便；（3）对洞口环保有利；（4）需要设置专用的通风通道，造价高；（5）对活塞风利用不好。
1.3通风方式选择
根据隧道条件，可以采用一种或多种通风方式组合构成更合理的通风方式。目前我
国隧道运营通风以各种纵向通风方式及其各种组合为主。红谷隧道虽然是双向隧道，然而是双洞设置，各个洞都是单向行驶，可以利用自然通风，考虑到有阻塞工况和火灾工况，通风方案的比选确定，红谷隧道采用纵向通风方式和纵向排烟方式，污染空气和烟气直接从洞口排出。
2通风布置
2.1隧道参数
（1）隧道通风区段长度：北线 2415m，南线 2480m；
（2）设计速度：主线 50km/h；匝道 30km/h；
（3）道路净空高度：4.5m，射流风机安装在隧道道加高段；
（4）车道数及车道宽：双向六车道，匝道单车道，行车道宽 3.5m；
（5）隧道最大纵坡：主线 5%；匝道 6%。
（6）隧道断面面积：主线 61㎡，匝道 47㎡。
2.2需风量计算
1、隧道通风标准
表1 隧道主要污染物通风设计标准
3、防排烟设计标准
隧道防排烟按同时仅一处火灾进行设计，火灾发热量按 20MW 计算，主隧道和匝道内临界风速分别为 2.5m/s 和 2.7m/s。
4、风速标准
正常交通风速应小于 10.0 m/s，隧道换气风速不应小于 2.5m/s。
5、声环境质量标准
隧道内噪声标准≤90dB（A）；隧道外噪声标准昼间≤70dB（A），夜间≤55dB（A）。
6、环境空气质量标准
本隧道外环境区域执行《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中的二级标准：CO 日平均：4mg/m3，小时平均：10mg/m3；NO2 日平均：0.08mg/m3，小时平均：0.2mg/m3。
7、交通参数
根据交通量预测，取高峰小时交通量比为0.1。由于交通量分配的随机性，双向隧道单向交通量考虑5％的随机量。预测高峰小时交通量和车型构成比例表分别见表3、表4。
表3 预测高峰小时交通量（pcu/h）
8、需风量计算
从上述数据看，显然，根据远期高峰小时交通要比近期需风量大的多，因此，只需计算远期2032年的需风量，计算各个车速下稀释CO、稀释烟雾、稀释异味、应对火灾工况的需风量，计算结果见表5。
南北主线隧道控制风量为远期 2032 年交通阻滞时（10km/h）稀释 CO 的需风量，南线隧道的需风量为 321m3/s，北线隧道的需风量为 313m3/s。
由表5数据可以看出，南北主线隧道控制风量为远期 2032 年交通阻滞时（10km/h）稀释 CO 的需风量，南线隧道的需风量为 321m3/s，北线隧道的需风量为 313m3/s。
2.3风机配置
参照《公路隧道通风设计细则》（JTG/T D70/2-2-2014）中通风机推力及台数设置，计算远期2032年通风机推力及风机台数，计算结果见表6。
表5 远期（2032年）隧道计算通风量
表6 远期2032年通风机推力及风机台数计算表
3风机安装
隧道射流风机采用的是吊式安装，在风机安装方式上有两种方案，方案一为图1、图2所示，上支架为方形结构，风机与上支架连接处为垂直方向，并设置吊式金属弹簧减振器。
图1 风机安装方式一 图2 连接处大样图
该方案风机安装方式下，风机垂直荷载全由吊式金属弹簧减振器承担，分析风机最不利的工作条件应为火灾工况下，自然风基本可以忽略，此时隧道内车辆全部撤出，风机全负荷运转。水平方向负载大小等于风机推力。方形结构由于结构缺陷，更容易变形。
方案二为图3所示。上支架为三角结构，风机与上支架连接处与垂直方向夹角为30度，并设特制耐高温橡胶减震垫。
图3 风机安装方式二
该方案风机安装方式下，风机荷载全由连接处摩擦力来承担，分析风机最不利的工作条件应为火灾工况下，自然风基本可以忽略，此时隧道内车辆全部撤出，风机全负荷运转。水平方向负载大小等于风机推力，大小约为风机自重的十分之一，远小于连接处摩擦力。同时三角支撑结构具有稳定性，抗变形能力优于方案一。
对比两种方案，方案二的优势主要表现在：（1）三角结构比方形结构抗变形能力强；（2）方案二只有一个吊架，而方案一吊架为两部分，因此方案二安装过程相对简单，省时省力且维护成本较低；（3）方案二只有10个接触点，而方案一有20个接触点，一般接触点越少，吊架连接处破坏锈蚀的可能性越低，因此方案二有更好的防破坏防锈蚀的能力。
综上所述，选用了方案二施工安装，在风机安装时，要将安装支架焊接在预埋件上，支架焊接完成后100%做承载力试验，达到实际荷载（770KG）15倍（11.7T）以上为合格，然后起吊风机就位安装在支架上，校正后用螺栓将风机机座与安装支架紧固，并在风机机座与安装支架间放置减振器。其中安装轴线与隧道轴线平行；安装高度误差不得超过±5mm，径向偏差不得超过±4mm，风机下沿离界限不得小于150mm。
风机全部安装完成后，进行系统调试及试运行，各项数据测试达到预期效果后，经验收合格投入使用。
4结论与建议
通过红谷隧道通风技术研究，我们得到了一个相对成熟且先进的通风解决方案，经运行验证，各项数据均达到了预期效果，保证了隧道良好的空气质量，从根本上保证了隧道行车的安全性和舒适性。通过采用纵向通风方式，最大程度上利用了自然风和汽车行驶时的活塞风来达到通风目的，这在节能减排的时代背景下有着尤为重要的意义，可以为以后中长公路隧道提供借鉴。
参考文献：
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[4]郑道访.公路长隧道通风方式研究[M].北京：科学技术文献出版社，2000
论文作者:李国江
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/16
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