谈公路隧道通风设计

余 伟

(惠州市道路桥梁勘察设计院，广东惠州 516001)

近年来，我国公路交通事业迅猛发展，随着高速公路向山区延伸，公路隧道工程建设也日益增多，已经出现了许多中长隧道甚至特长公路隧道。在整个公路隧道的建设中，通风方案的优劣及运营效果的好坏，将直接关系到隧道的救灾工程、运营环境等。我国逐步重视公路隧道的通风设计问题，交通部近年相继发布了相关规范[1]，这对我国的公路隧道运营通风设计起到了很好的规范和指导作用。但在具体通风设计中还存在许多需要进一步探讨的问题。

笔者近年来从事多座隧道的设计工作，对隧道通风设计工作也尤为重视。下面结合某高速公路隧道的通风设计工作，在总结经验的基础上，提出公路隧道通风设计理念、方法和步骤。

1 公路隧道通风设计理念和步骤

1.1 设计的指导思想

通风方案设计与决策涉及多方面的因素，在决策中确定合适的指导思想[2]，又决定了设计方法与设计参数的选取。一般来讲，隧道通风设计应遵循以下原则:

1)标准原则。

标准和规范是设计人员必须遵循的法则，从原则上来讲应严格执行。

2)安全原则。

以人为本，安全第一，以防为主，防治结合。

3)实用原则。

实用性主要体现系统的设计目标，包括安全、环保、运营三个方面的因素。

4)可靠原则。

可靠性反映系统对不同运营工况的适应能力。

5)求实原则。

设计方案应与工程特点相结合。

6)经济原则。

设计应追求高性价比设计原则。

7)环保原则。

环保问题是非常关键的问题。

8)满意原则。

一方面是指用户、建设地政府和群众对设计方案的满意程度，另一方面是指设计方案自身方面的满意程度。

1.2 通风设计的步骤

1.2.1 通风方式的选择

根据规范[1]要求和工程类比情况，采取合适的通风方式。要根据本工程具体情况，按照现行规范及本工程的特点，有必要的话需要进行专题研究和论证。

1.2.2 通风计算参数、技术标准及交通量预测

通风计算参数的选取、技术标准的采用和交通量的合理预测决定了通风方式的规模和数量。一般隧道可按照规范进行合理选取，特长或者特大隧道有必要进行论证或者试验确定，以取得相对合适的技术参数。交通量的预测应在工程前期调查分析的成果的基础上进行。

1.2.3 计算原理的采用和过程

一般隧道建议采用规范[1]提供的相关原理进行计算，对于特长或特大隧道，建议针对通风中的关键性技术进行多学科参与的专题研究。

1.2.4 计算结果的采用和通风规模的确定

根据计算结果，采用性能可靠、耐久性好的通风设备，一般隧道最好采用适用性好的设备，特长或特大隧道可根据计算结果也可以根据设计要求采用特种设备。

2 典型公路隧道通风设计

2.1 工程概况

广河高速公路龙门山坳隧道左洞长794 m，右洞长855 m，单洞三车道，为典型公路隧道[3]。计算行车时速为120 km/h，隧道衬砌内轮廓[4]净宽 16.01 m，隧道拱高 7.81 m(左洞)及 8.19 m(右洞)。

2.2 通风方式的选择

公路隧道的通风方式主要有自然通风、纵向射流通风、半横向通风及全横向通风。本隧道为小于1 000 m的中隧道，推荐采用纵向射流通风。

2.3 通风计算参数及交通量

2.3.1 通风计算参数选择

根据相关规范[1]规定，本隧道按照全纵向射流通风计算，本路段隧道运营通风计算参数见表1。

表1 隧道通风计算参数表

2.3.2 交通量预测

根据本工程工况阶段对本路段交通组成及交通量分析结果，本隧道交通量预测结果如下:2015年为6 444 pcu/d，2025年为52 000 pcu/d，2029 年为62 048 pcu/d，2034 年为67 535 pcu/d。

2.4 通风技术标准

2.4.1 隧道内CO允许设计浓度δ

1)正常运营时，隧道内CO设计浓度δ=300 ppm。

2)交通阻滞时，隧道内各车道以怠速行驶，平均行车速度为10.0 km/h，经历时间不超过20 min，阻滞段长度不大于1 000 m，洞内阻滞段的平均CO设计浓度可取300 ppm。

2.4.2 隧道内烟雾允许设计浓度K

当计算行车速度为100 km/h时，K=0.006 5 m－1;行车速度为80 km/h 时，K=0.007 m－1;行车速度为 40 km/h 时，K=0.009 m－1;行车速度为 10 km/h 时，K=0.012 m－1。

2.4.3 稀释空气中异味

隧道空间不间断换气频率为每小时5次，并保证隧道内换气风速Vr≥2.5 m/s。

2.4.4 火灾工况

火灾时排烟风速按Vr=2 m/s～3 m/s取值。

2.5 通风机计算基础参数

通风机计算基础参数见表2。

表2 射流风机选型

2.6 计算原理及过程

2.6.1 稀释隧道污染空气所需新风量

1)计算稀释CO所需的新风量。

CO排放量:

稀释CO所需的新风量:

2)计算稀释烟雾所需新风量。

烟雾排放量:

稀释烟雾的需风量:

2.6.2 计算隧道所需的升压力Δp

计算系数:ζe:0.6，λr:0.02，vn:2.5 m/s)。

2)通风阻抗力:

3)交通通风力:

其中，Am=(1－γ1)·Acs·ξcs+γ1·Ac1·ξc1(汽车等效阻抗面积Am的计算参数:小型车正面投影面积Acs为2.13，小型车空气阻力系数ξcs为0.5，大型车正面投影面积Ac1为5.37，大型车空气阻力系数 ξc1为 1.0)。

4)隧道内所需升压力:

2.6.3 计算风机数量i

1)每台射流风机的升压力:

其中，射流风机位置摩阻损失折减系数η=0.87。

2)计算风机台数:

2.7 计算结果

根据上述计算原理及有关基础数据和交通量预测情况，分别取得2015年，2025年，2029年，2034年左右洞在正常行车、交通阻滞状况下所需要的数量，见表3。

表3 隧道营运通风风机表

根据隧道风机选择原则:隧道内射流风机不宜太多，否则可能布置困难;射流风机也不宜太少，否则隧道内风速调节困难，火灾时控制困难。因此，采用目前使用较多的SDS-125T-4PD1和SDS-90T-4PD1两种型号的风机进行比较选择。

根据规范[2]进行通风计算，按照规范规定长度大于1 500 m且交通量较大的隧道应该考虑排烟措施，排烟分区长度取1 000 m，本隧道单洞最长为855 m，小于1 500 m，故该隧道可不考虑火灾通风工况。

2.8 风机的选择与布置

根据计算结果，龙门山坳隧道按交通阻塞工况控制。全线隧道的风机型号布置尽量一致的要求，定隧道每组断面上布设2台125型射流风机，射流风机布置在距洞口200 m处及380 m(右洞第二组)的位置上[5]。

风机横断面布置见图1。

3 结语

虽然设计中采取了相对合理的分析和计算，但采用的通风设计方案是否适当或周全，长期效果如何，运营过程是否可控，仍需进一步的观察和研究。因此，关于隧道通风的后期维护费用及运营状况，有必要对本项设计内容展开全寿命周期成本分析、风险分析和对策研究，进行全面综合的经济技术评价。

[1]JTJ 026.1-1999，公路隧道通风照明设计规范[S].

[2]苏立勇.公路隧道通风设计问题分析[J].现代隧道技术，2005(10):29-30.

[3]JTG B01-2003，公路工程技术标准[S].

[4]JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].

[5]JTG/T D71-2004，公路隧道交通工程设计规范[S].