对公路隧道贯通后自然通风的探讨

摘 要：公路隧道建设是公路工程建设中的重要问题，而公路隧道的自然通风是隧道建设中需要考虑的重要因素。本文对公路隧道一般通风方式进行了介绍，并重点阐述自然通风的特点，在此基础上分析自然通风对隧道设计的影响，最后对公路隧道自然通风的影响因素展开了讨论。

关键词：公路隧道；自然通风；公路工程

公路隧道是公路上一个相对封闭的特殊路段，汽车在通过隧道时产生的各种废气（碳氧化物和氮氧化物）和小颗粒（烟雾和粉尘），在隧道相对封闭的空气中难以快速稀释，从而形成污染。为了降低隧道内污染物浓度，保持隧道内视野清晰和空气新鲜，确保人体健康和行车安全，需要采用通风的方法，将废气和烟雾等污染物浓度控制在允许的范围内。另外，当隧道内发生火灾时，进行隧道通风是确保人员逃生及救援工作的必要手段。笔者结合工作实践，就隧道贯通后自然通风这一问题做出以下总结和探讨：

1.公路隧道的一般通风方式

1.1自然通风

所谓自然通风，是不用风机设备、全部依靠汽车的活塞作用与自然风的作用，将有害气体和烟尘从隧道内排出。若隧道的自然风向与汽车行驶方向相同，自然风是助力作用，排除有害气体的的时间较快；若自然风向与汽车行驶方向相反时，自然风起阻力作用，排除隧道内有害气体需时较长。

1.2纵向式通风

纵向式通风具体有可以分为：射流式纵向式通风、有竖井的的纵向式通风、半横向式通风、全横向式通风，由于本文重点讨论的是自然式通风，故纵向式通风不做重点介绍。

2.自然通风对公路隧道设计的影响

从汽车在隧道内运行的方式来区分，公路隧道可分为单洞双向交通和双洞单向交通两种类型。在进行隧道通风时，单洞双向交通的公路隧道不能够充分利用汽车交通风，为满足隧道内的需风量，通风设备装机容量和运行数量比双洞单向交通的隧道要多，增大了通风系统的初投资和运行费用。另外，单洞双向交通公路隧道内的事故率远远高于双洞单向交通公路隧道。因此，近十多年来，双洞单向交通公路隧道有逐渐取代单洞双向交通公路隧道的趋势。国外目前正在将早期100多座单洞双向交通公路隧道，改建为双洞单向公路隧道。这对降低通风难度，节约能耗，减少事故发生都是很有帮助的。

自然风对单向交通的影响较小，一般可根据掌握的气象资料，通过计算评价自然通风的效果；但对于双向交通的隧道较为复杂，自然通风对部分行驶的汽车是助力作用，而对另部分汽车则起阻力作用，两部分汽车的比例较难确定，再加上自然风的不稳定性更使自然通风复杂化，因此对双向交通的隧道除长度很短、或已知自然风较固定且风速较大时，一般不考虑自然通风的作用。

3.公路隧道贯通后自然通风的分析

3.1单向交通隧道自然通风特点

与双向交通不同，单向交通隧道如不设通风机，则其自然通风动力就只有汽车行驶产生的交通风（活塞风），而不是自然风。有汽车行驶就有交通风，而且这种交通风还比较稳定，它的方向就是汽车行驶方向。在正常通车的情况下，绝大多数洞内车辆都以接近设计速度行驶（一级公路设计速度至少为60 km/h，高速公路设计速度至少80 km/h），所以交通风的风力较大而且风向稳定，可作为自然通风的动力源。低等级公路隧道是双向交通，两个方向的交通风互相抵消，通风只能靠自然风。高等级公路单向交通，不稳定的自然风有时与车辆行驶方向相同，有时却相反。因此在进行自然通风计算时，自然风不应作为通风动力而应作为阻力。当交通风克服自然反风后，其剩余风力还足以克服通风阻力，此时自然通风方能成立。

3.2关于公路隧道自然通风设计的讨论

自然风的发生有赖于三个因素：洞内外温差产生的热压差、隧道两端洞口的水平气压差和洞口大气自然风压。这些因素均不稳定，一年四季及一天24小时都在不断变化，即使隧道已经建成，从实测风速推算设计中可应用的计算风速也有很大难度，因此在隧道修建前的设计阶段，要合理地确定自然风速难度较大，其原因主要在于：①必须有长期观测站，才能掌握隧道所在地点的气候变化规律，而这对于大多数隧道是不可能做到的；②洞内自然风与隧道长度及坡度大小、坡形（人字坡还是单向坡）有关，不同的隧道影响不同，确定一个通用的自然风速是否合适还可商榷；③自然风不但与气候有关，而且与洞内地层关系密切，通车后洞壁温度与风流有热交换，而洞内气温严重影响空气容重进而影响热压差产生的风速，目前这方面的研究较少；④洞外自然风与地形关系极大，比如：有的地方河谷风十分稳定且风速大；有的地方又处于丘陵地带，自然风紊乱，设计时难于掌握；⑤隧道中的自然风并不稳定，一年之中大小、方向均在变化。这里面有概率与可靠度问题，当前的研究还远远不够。对于一座具体的隧道而言，其产生的自然风风速是客观存在的（虽然该风速并不稳定，处于不停的变化之中），如果进行概率分析，其保证率较大的值即可作为设计值。目前由于研究不够，使得自然风风速的取值有一定的随意性。考虑到我国是发展中国家，从经济和合理两方面出发，建议在隧道自然通风的计算中作为自然反风的风速宜取为2. 0 m/s，此值是公路规范的下限，而与铁路双线隧道相同。因此，对于隧道贯通后的自然通风，需要从以上几个因素进行考虑，而采用相应的措施和方案。

4.结束语

总之，公路隧道通风是保证隧道内行车安全、司乘人员身体健康的必要措施，然而通风设备高昂的造价以及不菲的运营费用在一定程度上制约了公路隧道的建设，影响了隧道的运营水平。如何在满足隧道内卫生标准的前提下，选用最佳的通风方式及控制方法，减少隧道通风系统初投资及通风运营控制成本已成为当前公路隧道通风十分紧迫的课题。现行的公路隧道通风设计规范中涉及的主要为常规隧道，在进行通风设计中没有任何的成功经验可以借鉴，需要我们对公路隧道的具体的运营通风情况做全面、细致研究。

作者简介：

赵国和，男，1965年2月，山西省繁峙县人，工程师，主要从事路桥隧道设计与实施工作。