火山特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方案比選研究

雷 帥

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司，四川 成都 610093)

0 前 言

近年來，由于高速公路建設(shè)向西部推進(jìn)，山區(qū)高速公路隧道建設(shè)面臨規(guī)模大，地質(zhì)復(fù)雜，維護(hù)成本高等問題。隧道建設(shè)成本較高，后期運(yùn)營(yíng)成本也很高，尤其是長(zhǎng)大隧道的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本更高。普通隧道采用自然通風(fēng)和全射流縱向通風(fēng)即能滿足要求，長(zhǎng)大公路隧道通常需要對(duì)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)進(jìn)行特殊考慮，必要時(shí)可采用通風(fēng)井進(jìn)行送排風(fēng)以滿足需風(fēng)量要求，同時(shí)也有利于隧道內(nèi)火災(zāi)排煙。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響到工程建設(shè)費(fèi)用和后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。本文對(duì)寧攀高速火山隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)方案和通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探究，對(duì)方案設(shè)計(jì)過程中的一些問題提出解決方案。

1 工程概況

火山隧道進(jìn)口位于四川省涼山彝族自治州會(huì)理縣，出口位于四川省攀枝花市鹽邊縣。起止里程：ZK390+755～ZK397+900，位于鳳營(yíng)互通～新九互通區(qū)段。隧道左線長(zhǎng)7 145 m，設(shè)計(jì)縱坡0.5/2 735，-1.9/4 410；右線長(zhǎng)7 192 m，設(shè)計(jì)縱坡0.5/2 772，-1.9/4 420?；鹕剿淼揽v斷面如圖1所示。海拔高度1 791～1 870 m，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km，雙向四車道，隧道凈空面積69.3 m2，當(dāng)量直徑8.5 m。

圖1 火山隧道縱斷面

2 通風(fēng)方案

按不分段對(duì)火山隧道全線需風(fēng)量進(jìn)行初步計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。隧道最大需風(fēng)量為左線遠(yuǎn)期稀釋煙塵需風(fēng)量662 m3/s，相應(yīng)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為9.55 m/s，滿足全射流縱向通風(fēng)的風(fēng)速要求，因此，隧道可采用全射流縱向通風(fēng)。為滿足火災(zāi)煙霧在隧道內(nèi)最大行程不宜大于5 000 m的要求，需要另設(shè)排煙井進(jìn)行分段排煙。同時(shí)遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)風(fēng)速較大，射流風(fēng)機(jī)升壓力會(huì)降低，經(jīng)濟(jì)性較差，可考慮將排煙井?dāng)U大作為通風(fēng)井，采用分段通風(fēng)?？紤]到左線需風(fēng)量遠(yuǎn)大于右線，右線最大需風(fēng)量為426 m3/s，相應(yīng)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為6.15 m/s，是較為合理的風(fēng)速，因此，左右線可考慮采用不同通風(fēng)方式。由于火山隧道沿線地形兩邊高中間低，設(shè)置豎井約長(zhǎng)280 m，設(shè)置斜井則超過600 m，豎井明顯優(yōu)于斜井。

表1 火山隧道全線需風(fēng)量 單位：m3·s-1

根據(jù)以上思路，對(duì)火山隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)擬定了如下方案：①方案1：全射流縱向式通風(fēng)方案，考慮到排煙問題，另設(shè)排煙通道；②方案2：左右線各分兩區(qū)段進(jìn)行通風(fēng)，設(shè)置豎井1座，一區(qū)段長(zhǎng)約4 282 m，二區(qū)段長(zhǎng)約2 910 m，豎井長(zhǎng)約280 m；③方案3：由于左線通風(fēng)壓力較右線大，因而左線采用兩區(qū)段豎井通風(fēng)，右線采用全射流縱向式通風(fēng)，豎井兼做右線排風(fēng)井，位置及長(zhǎng)度同方案2。

3 通風(fēng)方案比選

3.1 通風(fēng)計(jì)算

方案1隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)風(fēng)機(jī)數(shù)量如表2所示。

表2 隧道射流風(fēng)機(jī)數(shù)量表

火山隧道長(zhǎng)度超過5 000 m，采用全射流縱向通風(fēng)需另設(shè)排煙井進(jìn)行火災(zāi)排煙，公路隧道火災(zāi)排煙宜按隧道全線同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)考慮，需設(shè)置排煙軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

方案2運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)工況風(fēng)機(jī)及功率計(jì)算結(jié)果見表3。方案3左線運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)參數(shù)與方案2相同，右線運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)參數(shù)與方案1相同，其運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)工況風(fēng)機(jī)及功率見表4。

表3 方案2運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)數(shù)量表

表4 方案3運(yùn)營(yíng)風(fēng)機(jī)數(shù)量表

3.2 方案比選

由以上計(jì)算結(jié)果可知，火山隧道既可以采用全射流縱向式通風(fēng)，也可以采用豎井送排縱向式通風(fēng)。采用不同通風(fēng)方式對(duì)通風(fēng)費(fèi)用影響較大，為了確定最優(yōu)的通風(fēng)方案，主要從建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)營(yíng)能耗兩個(gè)方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比，見表5。

表5 建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用對(duì)比 單位：萬元

通過比較可以看出，3種方案中，由于排煙井規(guī)模小于通風(fēng)井，方案1土建費(fèi)用最低；方案2左右線均采用分段縱向式，隧道通風(fēng)升壓力主要來源于軸流風(fēng)機(jī)，射流風(fēng)機(jī)主要為火災(zāi)排煙設(shè)置，運(yùn)營(yíng)能耗最小；方案3左線采用分段縱向式，避免了洞內(nèi)風(fēng)速過高，射流風(fēng)機(jī)效率低的問題，同時(shí)右線采用全射流縱向式則可節(jié)約通風(fēng)系統(tǒng)規(guī)模，避免浪費(fèi)。

綜合考慮建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期間費(fèi)用，方案2綜合費(fèi)用最低，故推薦方案2作為火山隧道通風(fēng)方案，通風(fēng)布置如圖2所示。

圖2 推薦方案通風(fēng)系統(tǒng)布置

4 結(jié)論及建議

對(duì)于長(zhǎng)大公路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)，不同通風(fēng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需靈活選用，以期既能達(dá)到滿意的通風(fēng)效果，又能節(jié)約投資和后期運(yùn)維成本。通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)值得不斷探討的問題，本文針對(duì)火山隧道的通風(fēng)方案比選對(duì)長(zhǎng)大隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)進(jìn)行了探討，以下結(jié)論可以為相關(guān)工程提供參考。

1)火山隧道左線行車方向有4 410 m長(zhǎng)大上坡，需風(fēng)量較大，而右線行車方向大部分為下坡，上坡段坡度較小。整體隧道而言，其需風(fēng)量左右線差異巨大，類似于單坡隧道。

2)本隧道全射流縱向通風(fēng)方式由于不需要布設(shè)通風(fēng)井及風(fēng)機(jī)房可以節(jié)約大量土建費(fèi)用，但射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)效果不如軸流風(fēng)機(jī)，后期運(yùn)營(yíng)成本較高。

3)分段縱向式通風(fēng)采用軸流風(fēng)機(jī)升壓，運(yùn)營(yíng)成本明顯優(yōu)于射流縱向式，但需設(shè)置獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，土建成本較高。

4)當(dāng)隧道左右線需風(fēng)量差異較大時(shí)，左右線可采用不同的通風(fēng)方式以節(jié)約成本。

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