特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方案比選研究

姜同虎 吳 華

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引言

隨著高速公路的發(fā)展，越來(lái)越多高速公路向山區(qū)延伸，長(zhǎng)度略大于5 km的特長(zhǎng)公路隧道越來(lái)越多，而其交通量一般不大，隧道需風(fēng)量通常由換氣工況控制，全射流縱向通風(fēng)方案可以滿足隧道正常運(yùn)營(yíng)情況下的通風(fēng)需求；但火災(zāi)工況下煙霧的最大行程長(zhǎng)度可能大于5 km，無(wú)法滿足相關(guān)規(guī)范要求。因此，特長(zhǎng)公路隧道的通風(fēng)方案需進(jìn)一步比選研究，從而滿足正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)以及火災(zāi)工況下煙霧排放的需求。

1 工程概況

霧嶺頭隧道為特長(zhǎng)分離式公路隧道，右線長(zhǎng)5 700 m，左線長(zhǎng)5 680 m，隧道縱坡為1.05%的單向坡，隧道設(shè)計(jì)高程介于46.226 m～105.558 m，隧址區(qū)屬中低山區(qū)，地形起伏較大，多年平均溫度15.6 ℃。

霧嶺頭隧道的設(shè)計(jì)速度為80 km/h，根據(jù)隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各工況下需風(fēng)量，經(jīng)比較隧道近、遠(yuǎn)期控制需風(fēng)量均為換氣工況，換氣需風(fēng)量為310 m3/s，隧道的設(shè)計(jì)風(fēng)速為4.75 m/s，滿足規(guī)范中設(shè)計(jì)風(fēng)速小于10 m/s的要求。

根據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》中規(guī)定：火災(zāi)煙霧在隧道內(nèi)最大行程不宜大于5 000 m。因此，為滿足霧嶺頭隧道內(nèi)火災(zāi)工況下防災(zāi)排煙需要，需在隧道洞身部位增設(shè)排煙口。結(jié)合國(guó)內(nèi)已有研究成果[1]，以及類似規(guī)模隧道工程通風(fēng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，霧嶺頭隧道防火分區(qū)宜按兩段考慮，以縮短火災(zāi)煙霧在隧道內(nèi)的擴(kuò)散行程，降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

2 隧道通風(fēng)方式比選

長(zhǎng)度大于5 km隧道需劃分為兩個(gè)防火區(qū)段，因此，需在隧道洞身修建通風(fēng)斜豎井。按隧道通風(fēng)方式可采用全射流縱向通風(fēng)+斜(豎)井排煙方式、斜(豎)井送排式縱向通風(fēng)方式兩種方案。

方案一：全射流縱向通風(fēng)+斜(豎)井排煙方式。

根據(jù)隧道需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，并考慮地形、地質(zhì)、環(huán)保等方面因素，正常運(yùn)營(yíng)工況下，隧道近、遠(yuǎn)期均采用全射流縱向通風(fēng)方式；火災(zāi)工況下，通過(guò)在隧道洞身部位設(shè)置的斜(豎)井排煙[2]，滿足煙霧最大行程要求。該方案初期機(jī)電投資和建成后的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用均較為經(jīng)濟(jì)，射流風(fēng)機(jī)采用多組分級(jí)控制可適應(yīng)各種運(yùn)營(yíng)工況條件的要求。

方案二：斜(豎)井送排式縱向通風(fēng)方式。

根據(jù)隧道需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，為減少射流風(fēng)機(jī)布置臺(tái)數(shù)，高效快捷的送風(fēng)換氣，可在霧嶺頭隧道洞身設(shè)置1處斜(豎)井，左線上坡隧道采取斜(豎)井送排式縱向通風(fēng)，右線下坡隧道采取全射流縱向通風(fēng)，同時(shí)由斜(豎)井排風(fēng)道向右線引入一條排煙通道，以滿足正常運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)排煙通風(fēng)需求。

兩種方案通風(fēng)方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選見表1。

表1 霧嶺頭隧道通風(fēng)方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選表

通過(guò)對(duì)霧嶺頭隧道通風(fēng)土建、機(jī)電設(shè)備、運(yùn)營(yíng)管理等多方面綜合分析，兩種方案的斜(豎)井的井位選址一致，而方案二采用送、排風(fēng)井合建形式，斜(豎)井的面積相對(duì)較大，地下聯(lián)絡(luò)風(fēng)道、排煙風(fēng)道布置相對(duì)復(fù)雜，土建費(fèi)用及施工難度較方案一有所增加，而且裝機(jī)總功率較高，后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、養(yǎng)護(hù)成本較高?？紤]霧嶺頭隧道近遠(yuǎn)期交通量相對(duì)較小，正常工況下設(shè)計(jì)風(fēng)速僅為4.75 m/s，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求，采用全射流縱向通風(fēng)方案可滿足隧道正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)需求，火災(zāi)工況下采用斜(豎)井分段排煙，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，通風(fēng)控制便捷，風(fēng)機(jī)養(yǎng)護(hù)成本相對(duì)較低，故推薦霧嶺頭隧道采用全射流縱向式+斜(豎)井排煙的通風(fēng)方式。

3 隧道通風(fēng)井類型比選

隧道通風(fēng)井一般采用斜井、豎井兩種類型，根據(jù)霧嶺頭隧道工程實(shí)際情況，并結(jié)合隧址區(qū)地形、地質(zhì)條件，施工難度、工期要求，運(yùn)營(yíng)期便利性等因素，對(duì)隧道通風(fēng)井類型進(jìn)行比選[3](見表2)。

表2 霧嶺頭隧道通風(fēng)井類型技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選表

霧嶺頭隧道斜井方案中通風(fēng)井長(zhǎng)度為350 m，傾角為7.41°，縱坡豎曲線半徑采用100 m，平面曲線半徑采用25 m。斜井采用鉆爆法施工，無(wú)軌運(yùn)輸出渣。

霧嶺頭隧道豎井方案中通風(fēng)井深85 m，豎井直徑為4 m，為保證施工安全，采用正井法施工。

通過(guò)對(duì)霧嶺頭隧道斜井、豎井方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，結(jié)合地質(zhì)、地形條件及隧道施工工期要求，斜井的土建費(fèi)用增加不大，且施工簡(jiǎn)便、安全，可有效解決特長(zhǎng)隧道的工期問(wèn)題；豎井施工工藝、施工設(shè)備復(fù)雜，安全性差，且無(wú)法解決特長(zhǎng)隧道工期問(wèn)題。故霧嶺頭隧道通風(fēng)井推薦采用斜井方案。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著公路交通事業(yè)的不斷發(fā)展，長(zhǎng)度大于5 km的隧道將越來(lái)越多，火災(zāi)工況下隧道煙霧在隧道內(nèi)最大行程要求將成為特長(zhǎng)隧道防災(zāi)救援設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性因素。通過(guò)對(duì)霧嶺頭隧道建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，采用全射流縱向式通風(fēng)+單斜井排煙的通風(fēng)方案具有較高的推廣價(jià)值。正常工況下采用全射流縱向式通風(fēng)，火災(zāi)工況下采用單斜井分段排煙，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，通風(fēng)控制便捷，風(fēng)機(jī)房養(yǎng)護(hù)成本相對(duì)較低，可為類似特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方案的研究提供參考。