十天高速西秦嶺隧道通風(fēng)方式研究

譚建德

（甘肅省公路建設(shè)管理集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州730030）

十天高速西秦嶺隧道通風(fēng)方式研究

譚建德

（甘肅省公路建設(shè)管理集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州730030）

西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道是十天高速甘肅段全線的控制性工程，該隧道為上下行分離的雙洞四車(chē)道隧道。該隧道左線全長(zhǎng)為5464m，右線5700m，隧道左右線長(zhǎng)度稍大于《細(xì)則》給出的采用全射流縱向通風(fēng)的單向交通隧道的適用長(zhǎng)度（5000m），按照常規(guī)方案，應(yīng)采用豎井送排式通風(fēng)方案?；谏鲜銮闆r，本論述從降低隧道通風(fēng)系統(tǒng)土建費(fèi)用和節(jié)省運(yùn)營(yíng)電費(fèi)的角度考慮，建議該隧道采用首期建設(shè)費(fèi)用低、運(yùn)營(yíng)管理容易且經(jīng)濟(jì)效益顯著、方式靈活的雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)方案，近期關(guān)閉兩洞換氣通道，左右線采用純射流縱向通風(fēng)方案；遠(yuǎn)期開(kāi)啟換氣通道，實(shí)施雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)。

特長(zhǎng)公路隧道；全射流縱向通風(fēng)；雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)；換氣通道

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.10.020

0　引言

十堰至天水高速公路（編號(hào)為G7011）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)十天高速）是福州至銀川國(guó)家高速公路（G70）的橫向聯(lián)絡(luò)線，該聯(lián)絡(luò)線東起湖北省十堰市，西至甘肅省天水市，走向與316國(guó)道大致相同，自東向西依次連接了福銀高速（G70）、包茂高速（G65）、京昆高速（G5）和連霍高速（G30）四條國(guó)家級(jí)高速公路，途經(jīng)湖北、陜西、甘肅三省，全線規(guī)劃總里程約833km。西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道是十天高速甘肅段全線控制性工程，為上下行分離的雙洞四車(chē)道隧道，最大埋深達(dá)680m，穿越軟巖大變形和斷裂破碎帶，地質(zhì)情況極為復(fù)雜，施工難度極大。隧道左線起止樁號(hào)為ZK549+656-ZK555+120，全長(zhǎng)5464m，右線起止樁號(hào)為ZK549+664-ZK555+364，全長(zhǎng)5700m，雙洞單向交通，設(shè)計(jì)隧道內(nèi)行車(chē)速度80km/h。預(yù)測(cè)2025年高峰小時(shí)交通量1082輛/h，2033年2032輛/h。隧道平均設(shè)計(jì)標(biāo)高，左線876.6m、右線877.4m。特長(zhǎng)公路隧道的通風(fēng)方式直接關(guān)系到隧道基建投資額及后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，因此長(zhǎng)大公路隧道應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的通風(fēng)規(guī)劃和通風(fēng)調(diào)查。本論述結(jié)合西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道的交通量、工程造價(jià)及運(yùn)營(yíng)管理等情況，對(duì)其適用的通風(fēng)方式進(jìn)行探討。

1　需風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)可行性研究報(bào)告給出的交通量預(yù)測(cè)情況及交通結(jié)構(gòu)情況，以2025年以前作為近期通風(fēng)階段，2033年以后為遠(yuǎn)期通風(fēng)階段，依據(jù)實(shí)際情況選擇西秦嶺隧道需風(fēng)量計(jì)算所需的各參數(shù)量值，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTJ/TD70/2-02-2014）計(jì)算確定西秦嶺隧道左右線各工況下的需風(fēng)量，見(jiàn)表1、表2所示。

表1　西秦嶺隧道左線各工況下的需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果一覽表

從表1可以看出，西秦嶺隧道左線近、遠(yuǎn)期各正常行車(chē)工況下（30km/h～80km/h）稀釋CO所需新鮮風(fēng)量均大于稀釋煙霧所需新鮮風(fēng)量，但二者均較小，且車(chē)輛在隧道內(nèi)高速行駛時(shí)需風(fēng)量較小；交通阻滯工況下稀釋CO和煙霧的需風(fēng)量相對(duì)正常行駛工況明顯增加，換氣需風(fēng)量最大，西秦嶺隧道左線進(jìn)、遠(yuǎn)期的控制風(fēng)量均為換氣需風(fēng)量，近期285.90m3/s，遠(yuǎn)期為381.21m3/s。

表2　西秦嶺隧道右線各工況下的需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果一覽表

從表2可以看出，西秦嶺隧道右線近、遠(yuǎn)期各正常行車(chē)工況下（30km/h~80km/h）稀釋CO所需新鮮風(fēng)量均小于稀釋煙霧所需新鮮風(fēng)量，究其原因是右線為長(zhǎng)上坡路線。西秦嶺隧道右線近期控制風(fēng)量取值為311.65m3/s（換氣），遠(yuǎn)期控制需風(fēng)量取值為598.18m3/s（煙霧）。

2　西秦嶺特長(zhǎng)隧道近期通風(fēng)方式

公路隧道的機(jī)械通風(fēng)方式，一般分為全橫向、半橫向和縱向。根據(jù)2000年底的統(tǒng)計(jì)，全世界已建3.0km以上的公路隧道400多座，20世紀(jì)80年代以前建成的多為全橫向式和半橫向式通風(fēng)，以瑞士、奧地利和意大利為代表。而20世紀(jì)80年代以后，關(guān)于公路隧道通風(fēng)方式基本分為兩大派。歐洲各國(guó)仍然以半橫向、全橫向居多，而亞洲以日本為代表，全為分段縱向。日本甚至認(rèn)為，加靜電除塵器的分段縱向通風(fēng)方式，適合任何交通形式和任何長(zhǎng)度的公路隧道。近年，歐洲各國(guó)的通風(fēng)理念也有所改變，雙洞單向交通，分段縱向通風(fēng)方式，逐漸成為主流。國(guó)內(nèi)的公路隧道通風(fēng)方式，也經(jīng)歷了由最初的全橫向、半橫向向分段縱向逐漸過(guò)渡的過(guò)程。

中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部2014年08月頒布實(shí)施的《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTJ/TD70/2-02-2014）第4.1.2的條文說(shuō)明中給出了采用全射流縱向通風(fēng)的單向交通隧道的適用長(zhǎng)度為5000m以?xún)?nèi)。事實(shí)上，上述規(guī)定目前實(shí)際工程中已有所突破，如今國(guó)內(nèi)外人士對(duì)全射流縱向通風(fēng)已經(jīng)有了新的觀念和認(rèn)識(shí)，很多公路隧道通風(fēng)實(shí)踐中也業(yè)已突破了上述規(guī)定。新疆西天山南北公路通道上的西天山隧道長(zhǎng)16000m，近期擬采用全射流通風(fēng)方式；2014年通車(chē)的張涿高速分水嶺隧道右線長(zhǎng)6844.4m，近遠(yuǎn)期均采用全射流通風(fēng)方式；國(guó)道主干線公路戶(hù)寧段（GZ40）秦嶺Ⅱ號(hào)隧道下行線全長(zhǎng)6144m，近遠(yuǎn)期均采用全射通風(fēng)。國(guó)外也有全射流縱向通風(fēng)方式隧道適用長(zhǎng)度突破5000的應(yīng)用實(shí)例，意大利奧斯塔隧道，全長(zhǎng)7.6km（單洞），采用全射流縱向通風(fēng)方式；挪威Fodness隧道長(zhǎng)度6.5km左右，采用全射流通風(fēng)。

《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》4.2.1條規(guī)定，單向交通的隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速不宜大于10m/s，特殊情況不應(yīng)大于12m/s。由《細(xì)則》規(guī)定和上述突破標(biāo)準(zhǔn)要求的工程實(shí)例來(lái)看，洞內(nèi)風(fēng)速是否超標(biāo)是全射流縱向通風(fēng)方式能否采用的關(guān)鍵，而非隧道長(zhǎng)度，當(dāng)然防災(zāi)救援也是能否采用全射流縱向通風(fēng)方式的重要因素。由表1和表2可知，西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道左右線近期控制風(fēng)量分別為285.90m3/s和311.65m3/s，洞內(nèi)風(fēng)速分別為4.55m/s和4.96m/s，遠(yuǎn)小于《細(xì)則》的要求，雖隧道排煙區(qū)段長(zhǎng)度稍大于《細(xì)則》要求，但人員逃生和疏散可借助車(chē)行和人行橫通道進(jìn)行。因此十天高速西秦嶺隧道左右線近期可采用全射流縱向通風(fēng)方式。

3　西秦嶺特長(zhǎng)隧道遠(yuǎn)期通風(fēng)方式

西秦嶺特長(zhǎng)隧道左線遠(yuǎn)期的控制需風(fēng)量只有381.21m3/s，洞內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速為6.07m/s，小于規(guī)范允許風(fēng)速10m/s，因此西秦嶺隧道左線遠(yuǎn)期依然可采用全射流縱向通風(fēng)方式。西秦嶺隧道右線遠(yuǎn)期控制風(fēng)量為598.18m3/s洞內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速為9.537m/s，與規(guī)范允許風(fēng)速10m/s十分接近，從右線洞內(nèi)衛(wèi)生條件及運(yùn)營(yíng)安全考慮，西秦嶺隧道右線已不適宜采用全射流縱向通風(fēng)方式。針對(duì)西秦嶺特長(zhǎng)隧道遠(yuǎn)期左右線控制風(fēng)量及洞內(nèi)風(fēng)速情況，根據(jù)國(guó)內(nèi)外特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，結(jié)合本工程特點(diǎn)，西秦嶺隧道左右線遠(yuǎn)期較為可行的通風(fēng)方案為：右洞通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用斜井分段送排+射流風(fēng)機(jī)組合分段縱向式通風(fēng)方案，隧道左洞通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)日常運(yùn)營(yíng)采用全射流縱向式通風(fēng)，在與右洞排風(fēng)口對(duì)應(yīng)位置增設(shè)排煙口與右洞排風(fēng)道相連，發(fā)生火災(zāi)時(shí)采用分段排煙方案。

《細(xì)則》條文7.9.1規(guī)定：吸塵式縱向通風(fēng)方式可用于特長(zhǎng)公路隧道。條文說(shuō)明7.9.1作如下解釋“如果在隧道內(nèi)部合適位置（一處或數(shù)處）設(shè)置吸塵裝置濾除汽車(chē)尾排有害氣體中的煙塵，就可以取消或減少豎井，增加縱向通風(fēng)方式的適用長(zhǎng)度”。由細(xì)則條文及國(guó)外的一些文獻(xiàn)來(lái)看，當(dāng)按稀釋煙霧濃度指標(biāo)計(jì)算得到的隧道需風(fēng)量大于按照稀釋CO濃度指標(biāo)計(jì)算得到的隧道通風(fēng)需風(fēng)量時(shí)，同時(shí)稀釋煙霧的需風(fēng)量為控制需風(fēng)量，隧道就滿(mǎn)足了采用吸塵式縱向通風(fēng)方式的必要條件。由表2可知，西秦嶺隧道右線遠(yuǎn)期控制風(fēng)量為時(shí)速80km/h時(shí)稀釋煙霧的需風(fēng)量，該控制工況下稀釋煙霧需風(fēng)量與稀釋CO需風(fēng)量比值高達(dá)4.604，完全適合吸塵式縱向通風(fēng)方式。故西秦嶺隧道左右線遠(yuǎn)期可采用吸塵式縱向通風(fēng)方式（右線）+全射流縱向通風(fēng)（左線）的方式。

雙洞互補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)式因其不依賴(lài)豎井或斜井，充分利用負(fù)荷較低側(cè)隧道線路富余風(fēng)量的先進(jìn)理念逐漸成為一種較有競(jìng)爭(zhēng)力的特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方式。西秦嶺隧道右線遠(yuǎn)期需風(fēng)量為598.18m3/s（稀釋煙霧），左線遠(yuǎn)期需風(fēng)量291.13m3/s（CO工況），其右左線通風(fēng)負(fù)荷比為2.055，針對(duì)西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道左右線遠(yuǎn)期通風(fēng)負(fù)荷嚴(yán)重不均衡的情況，西秦嶺特長(zhǎng)隧道遠(yuǎn)期可采用雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)方案。

西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道遠(yuǎn)期各通風(fēng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表3。由該表知，與分段送排+射流風(fēng)機(jī)組合分段縱向式通風(fēng)方案相比，雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)可以節(jié)約初期投資6776.8萬(wàn)元，與吸塵縱向通風(fēng)方案相比節(jié)約初期投資2526萬(wàn)元。經(jīng)上述分析西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道近期左右線采用全射流縱向通風(fēng)方式，遠(yuǎn)期采用雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)方案。

4　結(jié)論

（1）目前采用全射流縱向通風(fēng)方式的單向交通隧道的適用長(zhǎng)度已突破了我國(guó)《細(xì)則》中關(guān)于適用長(zhǎng)度的最新規(guī)定，適用長(zhǎng)度已接近7000m。基于《細(xì)則》對(duì)單向交通的隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速不宜大于10m/s的規(guī)定，西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道左右線近期可采用全射流縱向通風(fēng)方式。

（2）西秦嶺特長(zhǎng)隧道右線遠(yuǎn)期洞內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速為9.537m/s，與《細(xì)則》允許風(fēng)速10m/s十分接近，從洞內(nèi)衛(wèi)生條件及運(yùn)營(yíng)安全方面考慮，西秦嶺隧道右線已不適宜采用全射流縱向通風(fēng)方式。經(jīng)過(guò)對(duì)西秦嶺特長(zhǎng)公路隧道遠(yuǎn)期各通風(fēng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，建議遠(yuǎn)期采用首期建設(shè)費(fèi)用低、運(yùn)營(yíng)管理相對(duì)容易且經(jīng)濟(jì)效益較為顯著的雙洞互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)方案。

表3　西秦嶺隧道遠(yuǎn)期各通風(fēng)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

（3）西秦嶺特長(zhǎng)隧道左右線間設(shè)置雙洞換氣風(fēng)道后，通風(fēng)方式更加靈活。近期關(guān)閉換氣風(fēng)道，雙洞可分別采用全射流縱向通風(fēng)，遠(yuǎn)期交通量增大時(shí)，可開(kāi)啟雙洞換氣通道，采用互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)?？梢哉f(shuō)，該通風(fēng)方案兼容全射流縱向通風(fēng)方案，可操作性強(qiáng)。

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［2］JTGB01-2014.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民交通出版社，2014.

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U453.5

A

2016-7-25

譚建德（1976-），男，漢族，青海格爾木人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事高等級(jí)公路項(xiàng)目建設(shè)管理工作。