中铁四院集团西南勘察设计有限公司 云南省昆明市 650220
摘要：竹林湾隧道为G211印江至思南段公路改扩建工程最长的一条隧道，左右线长度分别为3502m和3519m，属于特长隧道，其通风系统方案为本工程设计的关键点，因此，本文对其隧道通风系统设计方案进行详细阐述。
关键词：公路隧道；特长隧道；隧道通风
1工程概况
竹林湾隧道位于贵州省铜仁市，为G211印江至思南段公路改扩建工程中的最长一条隧道，左右线长度分别为3502m和3519m，为双管隧道（单向行驶），每管隧道内设置两条行车道，道路等级为一级公路，隧道为一级公路隧道，设计时速为60km/h。此隧道属于特长隧道，隧道内的车流量较大，一旦发生火灾，会产生较大危害，因此，隧道通风系统设计应作为本隧道工程设计中的关键因素考虑。
2 主要设计标准及隧道需风量计算
2.1车行隧道内通风卫生标准
通风卫生标准根据我国现行的《公路隧道通风设计细则》确定，详见表1；此外，隧道内风速应满足稀释空气中异味的需风量要求，每小时换气次数不小于3次。
表1 通风卫生标准
2.3防排烟设计标准
隧道通风按隧道全线同一时间内发生一次火灾进行设计，隧道火灾规模按20MW考虑。
纵向排烟应根据隧道内纵坡情况，要求隧道内风速不小于阻挡烟气逆流的临界风速。
2.4交通阻滞标准
本工程按20km/h车速，阻滞段长度取1000m，阻滞段分别取隧道进口和出口阻滞计算。
2.5风速标准
隧道内换气风速不应低于1.5m/s，正常交通设计风速不宜大于10m/s。
2.6环境空气质量标准
本工程执行现行的《环境空气质量标准》GB3095-2012中二级标准：
CO：小时平均（10mg/m3），日平均（4mg/m3）
NO2：小时平均（0.20mg/m3），日平均（0.08mg/m3）
2.7设计交通量
根据《G21印江至思南改建工程交通量分析与预测》报告，远期（2038年）预测单向高峰小时交通量为1617pcu/h，隧道内车辆数及车型比例见下表：
表3 隧道内车辆数及车型比例
2）稀释空气中异味需风量
按照现行的《公路隧道通风设计细则》规定，隧道内需风量还需考虑稀释空气中的异味，其隧道空间最小换气频率不应低于每小时3次，同时，采用纵向通风的隧道，隧道内换气风速不应低于1.5m/s，计算结果汇总见下表。
表6 远期（2038年）高峰时段隧道换气次数及换气风速需风量
按照现行的《公路隧道通风设计细则》的规定应取其中的最大值作为隧道的最终需风量，则竹林湾隧道左右线计算需风量分别取175.01m3/s及256.96m3/s。
3 隧道通风系统设计
3.1 隧道通风设计方案
（1）正常运营通风方案
隧道通风模式主要包括：纵向通风、横向通风和半横向通风三种。具体通风方式的选择与隧道长度、交通流量、行车方式、洞口环保要求、气象环境等多种因素有关。目前国内外的隧道通风方式均以纵向为主，半横向通风为辅。
纵向通风是使隧道气流在行车道内纵向流动的一种通风方式，特别适用于单向行车的隧道。纵向式通风的基本特征是通风气流沿车道纵向流动，可以充分利用车辆活塞风作用。纵向通风代表形式有全射流式、洞口集中送入式、竖井集中排出式以及竖井送排式等。与另外三种纵向通风方式相比，全射流纵向通风方案具有可以充分利用车辆活塞风作用，无须修建专用的风井、风机房和风道等优点，且其投资省，能耗低、运行调节灵活。由于全射流纵向方式的诸多优点，在公路隧道中得到广泛的应用。此外，根据现行的《公路隧道通风设计细则》的规定，推荐单向交通且长度L≤5000m的隧道采用全射流纵向通风，竹林湾隧道长度仅为3000多米，远小于5000m，因此推荐竹林湾隧道采用全射流纵向通风方式。
（2）火灾工况通风方案
根据现行的《公路隧道通风设计细则》规定，公路隧道通风设计应对日常运营通风与防灾通风设施进行统筹规划，工程实践中应尽可能将日常运营风机兼作防灾风机，达到降低通风系统装机功率的目的。据此，本工程正常运营通风时采用全射流纵向通风方式，因此推荐隧道排烟方式也采用全射流纵向方式。
当隧道发生火灾时，只需开启射流风机进行纵向通风，使通风风速大于阻挡烟气回流的临界风速，即可以保证位于火灾点前方的车辆迅速向前疏散，位于火灾点后方的车辆位于新风区，不受烟气和热流的笼罩，可从隧道入口方向安全撤离。
（3）射流风机选型设计
采用全射流纵向通风方案的隧道，于隧道车行道顶部悬挂可逆射流风机，构成串、并联运行，满足正常运营通风和火灾通风要求。根据隧道断面的限界要求，本隧道采用直径为900mm（功率22kw，出口风速33.8m/s）的可逆射流风机，射流风机安装台数是按满足正常运营通风和火灾通风所需推力来配置的，隧道远期射流风机台数计算结果见下表。
表8 远期（2038年）高峰时段各工况下隧道所需射流风机台数汇总表
根据现行《公路隧道通风设计细则》的规定，射流风机需考虑备用，备用射流风机宜采用同型号风机成组备用，计算所需射流风机台数为1~6组时，可备用一组，计算所需射流风机台数大于6组时，可考虑所需台数15%的备用量。
在明确了日常运营工况和火灾工况的风机数量后，隧道所配备的射流风机数量应取其较大值，然后考虑射流风机的备用量，最终隧道所配备的射流风机数量左右线均为20台（其中16台为所需台数，4台为备用台数）。
3.2 隧道通风系统运行模式
（1）正常工况
通过以上计算可知，当汽车以40km/h~60km/h的速度同向行驶时，汽车行驶所形成的活塞风量能够将CO和烟雾的浓度稀释到允许标准之下，同时也能够满足隧道的换气次数及换气风速要求，此时不需要开启射流风机；但当车速小于40km/h时，汽车行驶形成的活塞风量不能满足隧道内需风量要求，此时需要根据CO-VI检测仪与风向风速仪开启部分射流风机；阻滞工况下，由于车速降低，隧道内行车动力下降，因此，需开启射流风机辅助通风，以满足通风量需求。
在隧道的日常运营工况下，射流风机可采取以下控制模式：当下列三个条件之一满足时开启隧道内全部射流风机以尽快满足设计要求，隧道内CO浓度＞100ppm；烟雾浓度＞0.007m-1；隧道内风速＜1.5m/s。当下列三个条件同时满足时应关闭一组射流风机：隧道内CO浓度≤70ppm；烟雾浓度≤0.006m-1；隧道内风速≥1.5m/s。每隔15分钟重新测试一次，直至所有的射流风机全部关闭。每次风机开启时间不应少于15分钟，关闭风机时应采用隔组关闭方式，直至全部关闭。
（2）火灾工况
当隧道内发生火灾时，由隧道中央控制室按照预定程序发出有关指令，开启火灾隧道内射流风机，控制烟气的流动，排烟风速大于阻挡烟气回流的临界风速，将烟气通过隧道洞口排出，人员可从隧道入口或左右线行车隧道之间的横通道进行安全撤离，同时开启安全隧道内全部射流风机对安全隧道送风，射流风机开启方向与事故隧道排烟方向相同。
4结论
本文对竹林湾特长隧道的通风方案进行了研究，主要得到了以下几个结论：
（1）全射流纵向通风方案具有可以充分利用车辆活塞风作用，无须修建专用的风井、风机房和风道等优点，且其投资省，能耗低、运行调节灵活。
（2）采用全射流纵向通风方案，正常运营工况下，根据CO-VI检测仪与风向风速仪控制开启、关闭射流风机，可充分利用汽车行驶时产生的活塞风进行通风，一般情况下，当车速在40km/h及以上时，射流风机可以不开启，运行费用低；在火灾工况下，通风系统能够有效控制烟气流动，火灾前方车辆可迅速驶离隧道，同时避免火灾后方车辆受烟气侵害。
综上所述，全射流纵向通风方向具有诸多优点，因此，在满足规范要求的前提下，公路隧道通风系统推荐采用全射流纵向通风方案。
参考文献：
[1] 公路隧道通风设计细则，JTG/T D70/2-02-2014 [S].北京，人民交通出版社，2014.
[2] 道路隧道设计规范，DG-TJ08-2033-2008 [S].上海，同济大学出版社，2008.
[3] 公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施，JTG D70/2—2014 [S]. 北京，人民交通出版社，2014.
论文作者:罗缘
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/26
标签：隧道论文; 射流论文; 风机论文; 纵向论文; 风速论文; 风量论文; 工况论文; 《防护工程》2018年第34期论文;