公路长大隧道通风技术研究

【摘要】在整个隧道的建设中，通风方案的优劣及通风运营效果的好坏，将直接关系到隧道的工程造价、运营环境、救灾功能及运营效益.本文介绍了公路隧道通风设计中应重视的问题，探讨了火灾通风计算应该考虑的内容，结合实例分析了公路长大隧道通风技术。

【关键词】公路 长大隧道 通风技术

中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着我国高等级公路建设的蓬勃发展 ,山岭重丘区的高等级公路 ,越来越多以隧道的形式穿越高山峻岭 ,其中不但有中、短隧道 ,更有长隧道、特长隧道、隧道群及技术含量较高的连体隧道等。就目前情况看 ,公路隧道的施工更多地是采用新奥法进行的 ,开挖基本上仍然采用钻爆的方法 ,出渣多采用无轨运输。在隧道施工中 ,对短隧道来讲 ,通常采用自然通风就可以解决洞内施工环境问题 ,而对中长隧道 ,特别是特长隧道 ,施工通风就是一项必须着重解决的难题。

二、公路隧道通风设计中应重视的问题

1、交通量预测

交通量的大小是确定道路是否需要建设以及建成什么等级的控制因素。交通量的确定应该是一个严谨的科学推导过程。但由于主观或客观原因往往造成交通量预测不准确。一方面，在工程可行性研究阶段，为了工程立项，往往夸大交通量，导致通风土建、设备、运营费用的浪费。另一方面，在一些经济发达地区，由于近些年经济发展较快，也出现了交通量的增长远远超出了原先的预测，导致通风设备不够或通风方式已不适宜。

2、交通量与行车速度的关系

《公路隧道通风照明设计规范》[1] 规定设计交通量为混合车高峰小时交通量，计算行车速度为洞内线形行车速度。在很多隧道的通风计算中，就直接按给出的交通量和行车速度取值，实际上这种做法是不对的。根据交通工程学有关知识，车流密度、交通量和实际行车速度有一个对应关系：当车流密度与交通量较小时，车速可以达到最大值，即洞内线形行车速度；当车流密度、交通量逐渐增大，车速就随之逐渐减小，直至达到一个合理速度，这时交通量最大；当车流密度继续增大，交通量反而减小，车速也减小，直至形成阻塞。因此在通风计算中必须根据交通量科学地计算实际行车车速。因此，在通风计算中，前期车速可以取到80 km/h，后期车速只能取到60 km/h。

3、稀释空气中异味的需风量计算

稀释空气中的异味是从提高行车舒适性角度考虑的。《公路隧道通风照明设计规范》[1]规定：隧道空间不间断换气频率，不宜低于每小时5次；交通量较小或特长隧道，可采用每小时3~4次。

另外，在较长的下坡隧道需风量计算中，往往稀释空气中异味的需风量最大。例如沪蓉国道主干线宜昌至恩施高速公路龙潭隧道右线，远期车速60 km/h时稀释CO的需风量为277.5 m³/s、稀释烟雾的需风量为319.5 m³m3/s、火灾工况下的需风量为173.8 m³/s，而换气频率每小时取4次时需风量达到590.9m³/s，如果将稀释空气中异味的需风量作为控制需风量，就会大大增加通风工程费用。

还应该注意的问题是，稀释空气中异味的需风量计算只与隧道长度、截面面积相关，与交通量的大小无关。如果将稀释空气中异味的需风量作为控制需风量，那么不管交通量怎样变化，控制需风量是一样的，这就意味着隧道内的机械通风设备要满负荷不停运转下去。这明显不合理。

三、 火灾通风计算应该考虑的内容

1、必须满足火灾发生时的通风需求

由于隧道火灾的随机性，通常很难提前预防。加之隧道环境封闭，灭火救灾困难，一旦发生火灾，损失巨大。可以肯定地说，防火救灾是目前公路隧道通风的难点，而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而，在研究通风方案时，对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、送排风口的间距和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等，都要逐一详细研究。而对这些问题研究，在通风设计的初期，往往考虑不够，正确的做法应该是分阶段分层次进行，将隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑，逐步深入。

2、通风结构的优化研究

特长隧道多采用竖井送排式分段纵向通风。其中竖井的结构构造近几年已形成了一个相对固定的模式，但通风结构的优化研究远远不够，特别是缺少细部优化。事实上竖井纵向位置、竖井与隧道正洞相对关系、送排风口间距、竖井与隧道正洞的连接形式、导流叶片的形状尺寸、竖井断面、上下联络风道形状尺寸、轴流风机进出口联络通道形状尺寸、轴流风机组合形式、送排风塔组合形式等等，不但很值得研究，而且有很大的效益可挖。文献[5]、[6]在这方面做了有益的尝试，取得了一些成果。

四、黄竹山隧道工程概况：

黄竹山隧道位于京台高速公路宁德市境内，与福州境交接。

A5合同段起于古田县绊洋乡淮溪村，起点桩号YK91+100，路线穿淮溪隧道(长2976.5米)至上党村，穿黄竹山隧道(长8649.55米，其中宁德市境4403.06米，福州市境4246.5米)，路线终点位于宁德、福州市交界处的黄竹山隧道内，终点桩号K98+793.731，与福州市境A1合同段相接，其中通风斜井位于福州市境A1合同段。我部负责施工的宁德段须独头掘进4403.06米，无斜井，最大通风距离4.4Km，通风难度较大。

主要设计参数

黄竹山隧道进口段4403.05m、单向掘进；具体的参数详见表1.

表1 隧道施工主要参数表

1、通风参数计算和通风机选择

（1）通风量计算

作业机械消耗风量。运渣车运营通风交通量，如下：

N =2×(S1／V1)／TZ +1 (1)

其中，N 为运渣车辆台数，辆；S1为隧道掘进长度，km；V1为车辆洞内行走速度，km／h；TZ为装渣时间，min。运渣车辆功率为200 kW，每1 kW 配3 m³／min风量。Q =P×N × W =2 940m³／min。考虑内燃机械施工时间的差异及车辆使用年限等因素，修正系数取1．1。

2 940×1．1=3 234 m³／min。

洞内风速：3 234／60／106=0．51 m／s>0．15 m／S(排尘风速)。当开挖长度为2 700m～3 200m时，需通风量为3 234m³／min。

（2）最小风速确定风量

Q=60×V 最小×S最大：60×0．15×120=1 080 m³／min(2)

（3）同时在洞内作业最多人数

开挖+衬砌十找平层及边墙基础+底板施工+电缆槽=40+50+15+20+20=145人。

Q =k×m× q=1．1×3×145=478 m³／min。

（4）阻力计算

对最大输送距离进行风阻计算：

SD-N010风机：h摩(1．5 rn)=314．5 Pa，

h局(1．5 m)=29．6 Pa；

SD-1250风机：h摩(1．8 In)=329．2 Pa，

h局(1。8 ITI)=44．6 Pa。

总风阻值分别为：h总(1．5 m)=314．5+29．6：344．1 Pa，

h总(1．8 m)=329．2+44．6=373．8 Pa。满足风机风阻要求。

2、通风设备及动力

根据计算结果，出口配置SDF-1250，SD-N010各1台；进口因输送距离长、多个衬砌台车作业，漏风率难以控制，因此2 850 m～3 200 m时采用2台SDF-1250风机同时工作，如该段漏风率控制在20％以下，可减少1台。

五、通风方案设计

1、进、出口通风设计

当开挖长度小于650 1TI时采用SD-NOIO风机同时高速运转。当开挖长度在650 m～2 100 m之间时采用SIGN1250风机同时低速、高速运转。当开挖长度在2 100 m～2 850 m之间时采用SD-N010，SD-N1250风机同时高速运转。当开挖长度在2 850 m～ 3 200 rn之间时采用2台SD-N1250风机高、低速同时运转。

2、通风方式修改

以上通风方案进口开挖长度在1 300 m～1 500m之间时通风效果较差。因此进口开挖长度在1 500 m～2 100 m之间时通风方式适当调整：采用混合式通风，SD-N1250风机往洞外抽，SD_N01O风机往洞掌子面供风，两风机间距离错开60 rn，以加快空气循环速度、减少漏风率。风机及配套供电变压器随综合洞室开挖往前移动，通过方案调整较好解决该段通风问题。

结论

公路隧道通风是长大公路隧道建设中必须认真研究和解决的重要问题。本文提出通风设计中存在的一些问题，并探讨了解决这些问题的基本思路，旨在引起同行们的重视，加强公路隧道通风基础理论和应用技术的研究，使我国公路隧道的通风设计工作更为完善。

【参考文献】

[1] 夏永旭.我国长大公路隧道通风中的几个问题，公路，2003.5

[2] 夏永旭、王永东、赵峰.秦岭终南山公路隧道通风方案讨论，长安大学学报（自然科学版），Vol.22(2002).5