任卫英
（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）
汾阳至石楼高速公路是山西省“三纵十二横十二环十五条连接线”中的重要一段，该项目向北与国家高速公路网青银线相接，向西与在建国家高速公路网G59呼北线（即山西省西纵高速公路离石至隰县段）十字交叉后至石楼县。该路段建成后，可实现两条国家高速公路网之间的顺畅转换，进一步补充完善晋西北区域高速公路网。同时，该路段的建设将拉近太原市与交口、石楼、永和、大宁、隰县等革命老区的联系，增强太原都市圈对其辐射带动作用，有利于推进吕梁山区集中连片特困地区扶贫开发。本文将对东山特长隧道的通风方案进行比选确定。
东山隧道左线隧道长度为7 730 m，采用坡度为+1.189（7 290 m）、-1.7（515 m）的人字坡；
右线隧道长度 为 7 810 m，采 用 坡 度 为 +1.7（510 m）、-1.189（7 220 m）的人字坡。
根据《公路隧道通风设计细则》[1]JTG/T D70/2-02—2014规定，单向交通隧道，当符合L×N≥2×106时可设置机械通风（其中L为隧道长度，N为设计小时交通量）；
同时，根据《细则》第 10.1条：长度 L＞1 000 m的高速公路隧道应设置火灾机械防烟与排烟系统。通过计算确定东山隧道需设置机械通风。《细则》中指出：火灾烟气在隧道内的最大行程不宜大于5 000 m，该项目的隧道长度大于5 000 m，最终确定东山特长隧道采用通风井送排式纵向通风方案。
2.1 隧道通风标准
2.1.1 隧道内CO的设计浓度δCO
依据《细则》5.3.1选取东山隧道正常交通情况下CO设计浓度δCO=100 cm3/m3，交通阻滞工况下隧道内CO的设计浓度δCO=150 cm3/m3。
2.1.2 烟尘设计浓度K
选用LED灯作为隧道照明方式，烟尘设计浓度K在不同车速下的取值如表1所示[1]。
表1 烟尘设计浓度K
2.1.3 机动车基准排放量取值
正常交通与交通阻滞工况时，烟尘的基准排放量为1.091 m2/(veh·km)；
正常交通时CO的基准排放量为0.003 8 m2/(veh·km)，阻滞工况下CO的基准排放量为 0.008 2 m2/(veh·km)。
2.1.4 换气要求
《公路隧道通风设计细则》JTG/TD70/2-02—2014第5.4条规定：隧道空间最小换气频率不应低于每小时3次；
采用纵向通风的隧道，换气风速不应低于1.5 m/s。
2.1.5 火灾工况
《公路隧道通风设计细则》第10.1条规定：长度L＞1 000 m的高速公路隧道应设置火灾机械防烟与排烟系统。该项目隧道长度7 730 m，火灾最大释放率取30 MW，隧道火灾临界风速取3.5 m/s，公路隧道的火灾排烟设计应考虑火风压的影响。
2.2 技术参数
a）道路等级 高速公路，双洞隧道，每洞两车道单向行驶。
b）通风计算行车速度 东山隧道内的设计车速为100 km/h。隧道内车辆正常行车速度下限取V=40 km/h；
阻滞情况下阻滞段外行车速度分别取40 km/h和30 km/h。
c）隧道摩阻系数 λ=0.02。
d）自然风速 vn=2.5 m/s。
e）隧道净空断面积 Ar=67.31 m2。
f）断面周长 Cr=32.06 m。
g）断面当量直径 Dr=8.4 m。
h）隧道夏季的设计气温，取25℃。
2.3 交通量参数
该隧道预测交通量见表2，车型折算系数如表3所示，隧道汽柴比如表4所示，车型分布情况如表5所示，交通量方向不均衡分布系数D的标准值取0.55，高峰小时交通量占年平均日交通量的12%。按照汽车车型折算系数和汽柴油车比例，将其换算成实际交通量。
表2 隧道混合交通量 veh/h
表3 车型折算系数
表4 汽柴比
表5 车型分布情况
公路隧道通风主要考虑对烟尘、一氧化碳及空气中的异味进行稀释，同时针对正常运营工况、火灾及交通阻滞等异常工况进行全面考虑[2]。
3.1 稀释CO的需风量[1]
隧道内CO排风量：
稀释CO的需风量：
3.2 稀释烟尘的需风量[1]
隧道内烟雾排放量：
稀释烟尘的需风量：
3.3 换气工况的需风量
隧道内稀释空气中异味的需风量Qreq(ac)由隧道长度L、隧道内轮廓断面积Ar及换气频率共同确定，公式如下：
由于东山隧道采用纵向通风方式，因此还需满足换气风速vac大于1.5 m/s的规定，此要求下换气工况的需风量需同时满足：
3.4 火灾工况的需风量
隧道内火灾工况下的排烟需风量Qreq(f)由临界风速vc和隧道内轮廓断面积Ar确定，公式如下，经计算得出东山隧道左、右洞火灾工况下的需风量分别为434 m3/s、438 m3/s。
3.5 需风量的优化
3.5.1 重载LNG货车需风量计算
LNG车属于单一燃料汽车，我国对其尾气检测时执行的是汽油车尾气检测标准，不对烟尘颗粒物（PM）排放量进行控制，LNG车通风计算时应执行汽油车需风量计算方法，无需按照柴油车标准计算烟尘颗粒物（PM）排放量。
3.5.2 区域路网重载LNG货车比例调查点
依据并延续《工可》中的OD调查点分布情况，对工可中确定的9个OD调查点和3个交通观测点进行LNG比例调查。为使调研数据更加准确，项目组扩大了调查范围，对与该项目平行或竞争的G20青银高速、G5京昆高速、G2211长延高速、G2516京吕高速进行LNG比例调查，优化后的调查点共16个。
3.5.3 区域路网重载LNG货车调查比例
图1为部分站点的调查照片。
图1 罗村调查点和汾孝互通调查点
通过对16个调查点进行12 h观测，重载LNG占整个重载货车的比例统计，16个观测点的现状比例均不低于40%，即使不考虑未来15年LNG车预期增长率，按现状比例情况，选取LNG占整个重载货车比例35%是非常保守的。
3.6 左、右洞需风量计算结果
独立隧道需风量计算时，按照行车速度以每10 km/h为一档，分别计算稀释烟尘的需风量、稀释CO的需风量、稀释空气中异味的需风量和火灾工况时的需风量，取其最大值作为隧道最终实际需风量。东山隧道左、右洞各工况下的需风量计算结果如表6～表9所示。
表6 东山隧道右洞各工况下需风量计算结果 m3/s
表7 东山隧道左洞各工况下需风量计算结果 m3/s
表8 东山隧道右洞需风量 m3/s
表9 东山隧道左洞需风量 m3/s
东山隧道右线需风量不大，主要通风需求为稀释空气异味，若采用全射流风机通风，隧道内设计风速均小于8.0 m/s，风速合适，满足通风要求。左线近期风速为6.5～9.2 m/s，远期最高风速为11.5 m/s，同时，左线主要通风需求为稀释烟尘，加之该项目中大车混入率高，若不采用分段通风，风速较高，容易加重粉尘污染，使隧道内卫生环境更差，达不到隧道安全卫生标准，故应采用分段纵向通风方式。
4.1 东山隧道选用地上风机房
4.1.1 采用地上风机房的特点
a）机电设备安装环境干燥，设备的维护保养容易，检修方便。
b）需长期人员驻守，且生活环境艰苦，巡检和维修路途遥远。
c）风机房施工简单，地面风机房估价在900万元左右。
d）可结合原有乡村道路，增加永久性施工便道。
4.1.2 采用地下风机房的特点
a）地下风机房较为潮湿，容易漏水，不利于机电设备维护保养，机电设备寿命短。
b）地下风机施工复杂，难度大。
c）地下风机房人员检修路途短，可快速抵达风机房。
d）采用地下风机房约需2 000万元左右。
该项目东山隧道附近无自然保护区，斜井井口附近2 km内有村道，施工便利，斜井井口地形较为平坦，因此根据上述地上风机房和地下风机房优缺点的比较，同时结合斜井地面在地形、征地、环境保护、运营维护方面有建地上风机房的客观条件，该次设计采用有人职守的地上风机房。
4.2 东山隧道采用斜井
东山隧道的通风井采用斜井通风，长度为1 422 m。斜井和竖井方案比较：斜井可结合施工进程，便于辅助主洞内出渣运输，具有施工周期短，难度低等优点。因此从施工难度考虑，结合了施工造价，选择了斜井通风方式。
4.3 通风方案
东山隧道所在区域无自然保护区，结合实际地形地貌、通风需求和施工进度要求，提出如下通风方案。
左线一斜井分两段轴流风机送排风+射流风机通风；
右线全射流纵向通风，布置如图2所示。
图2 东山隧道通风方案系统图
隧道左线设一个通风斜井，同时为隧道右线设置联络排烟道，用于火灾工况下排烟需要，经联络风道分段，隧道右线被划分为2个防火分区。
东山隧道左右线隧道对应不同控制指标的设计需风量详见表10、表11。
表10 东山左线隧道对应不同控制指标的设计需风量 m3/s
表11 东山右线隧道对应不同控制指标的设计需风量 m3/s
东山隧道通风斜井主要参数如表12。
表12 东山隧道斜井主要参数表
东山隧道轴流风机主要参数如表13。
表13 东山隧道轴流风机主要参数表
东山隧道左线各项参数计算结果，详见表14，表中为隧道内行车速度100 km/h下的参数，其他速度下不再详细计列。轴流风机选型时考虑了通风和防排烟系统的漏风量，取漏风附加系数为10%.
表14 东山隧道左线通风计算结果表
依据规范，在隧道最终风机配置时考虑一定的备用风机。正常运营工况下风机长期开启，火灾工况下需要一定的冗余度，因此计算时需考虑正常工况和火灾工况下备用风机数量。计算时若正常工况和火灾所需射流风机台数在1～6组间，尽量备用一组，阻滞工况由于发生概率低且危害程度较小，出于节能考虑不再备份；
计算所需射流风机台数大于6组时，可考虑所需台数15%的备用量。结论如表15～表17。
表15 东山隧道左线近期各种工况下风机台数 台
表16 东山隧道左线远期各种工况下风机台数 台
表17 东山隧道右线隧道风机需求量 台
射流风机的功能是为了辅助通风和调压，右线为下坡方向，考虑了火风压的影响，射流风机设置台数如表18。
表18 东山隧道射流风机数量表 台
a）在进行通风方案研究时，除了土建工程一次完成外，其余通风设备分期购置和安装，避免了一次设备投入费用过大，造成设备闲置，又为结合未来实际汽车排污水平，进一步优化设备配置留有空间。
b）在确定隧道通风方案时，不仅考虑到尽可能减少近期通风主体工程的费用和通风设备的投资，而且重视降低后期运营成本。
c）公路隧道通风方案设计除满足交通运营通风外，还满足了火灾发生时的通风需求，即把正常运营和火灾时的通风看作是整个通风系统的两种不同工况。
d）在进行通风方案研究时，除将重点放在通风方案的研究上外，还将通风方案和通风技术设计相结合，尽可能完善设计。在隧道通风方案设计中，卫生标准和允许烟雾透过率是所有通风方案的约束条件，充分利用双洞单向交通的汽车交通风。
对东山特长隧道进行隧道通风设计方案的确定，采用通风井送排式纵向通风方案，对每个分段内的通风分别进行计算，同时在通风计算中结合重载LNG车比例，对需风量进行优化，达到了方案合理、施工期短、施工难度小、总体投资低的目的。
猜你喜欢东山斜井风量雪后晚晴四山皆青惟东山全白赋最爱东山晴后雪二绝句作文小学中年级(2023年1期)2023-02-12东山果事中国三峡(2022年6期)2022-11-30国外斜井TBM项目数据统计隧道建设(中英文)(2021年6期)2021-07-05何来胜《李白忆东山(其一)》杭州师范大学学报(社会科学版)(2021年1期)2021-03-08藤县挂榜岭和东山的史事文史春秋(2019年11期)2020-01-15斜井防跑车装置优化设计及应用山东工业技术(2016年15期)2016-12-011000MW机组一次风量测量装置技术改造广西电力(2016年1期)2016-07-18后卸式斜井箕斗多点卸载的设计与应用中国资源综合利用(2016年9期)2016-01-22煤矿主通风机风量的测定方法及优缺点分析山西煤炭(2015年4期)2015-12-20复杂地段副斜井井筒施工方法的选择人间(2015年21期)2015-03-11