公路隧道地下風(fēng)機(jī)房空氣質(zhì)量環(huán)境控制方案研究

彭勁松

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

近年來(lái)，伴隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，許多深埋特長(zhǎng)高速公路隧道如雨后春筍般涌現(xiàn)。不可避免，更多的特長(zhǎng)高速公路隧道采用豎(斜)井送排式通風(fēng)方式，使得風(fēng)機(jī)房在其設(shè)計(jì)中成為不可或缺的部分，而地下風(fēng)機(jī)房作為這種通風(fēng)方式的重要組成部分則更是重中之重。然而當(dāng)采用地下風(fēng)機(jī)房時(shí)，《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 026.1－1999)中只有一條規(guī)定，即“洞內(nèi)風(fēng)機(jī)房應(yīng)設(shè)置防潮、防塵降噪和溫度調(diào)節(jié)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等設(shè)施”，實(shí)際上該條文對(duì)風(fēng)機(jī)房通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)指導(dǎo)并不明確。由此可見(jiàn)，地下風(fēng)機(jī)房的研究在我國(guó)還是起步階段，相關(guān)規(guī)范、規(guī)定對(duì)地下風(fēng)機(jī)房空氣質(zhì)量要求及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還有待完善。

1 實(shí)例工程概況

某深埋特長(zhǎng)高速公路隧道為雙洞單向行駛隧道，左右洞隧道通風(fēng)方式均采用豎井送排式縱向通風(fēng)。左右洞隧道外側(cè)各設(shè)一座豎井，豎井中間設(shè)置中隔墻，將其分隔為送風(fēng)道和排風(fēng)道。根據(jù)功能要求、地形地質(zhì)條件、外觀協(xié)調(diào)、環(huán)境保護(hù)、養(yǎng)護(hù)維修及運(yùn)營(yíng)管理等因素綜合考慮，鑒于隧道中部圍巖情況較好，埋深較大，采用地下風(fēng)機(jī)房有利于環(huán)境保護(hù)，并且養(yǎng)護(hù)維修和運(yùn)營(yíng)管理方便，故在左、右洞豎井底部均設(shè)置一地下風(fēng)機(jī)房，并在地下風(fēng)機(jī)房與隧道、豎井間設(shè)置聯(lián)絡(luò)風(fēng)道。

該地下風(fēng)機(jī)房跨度和高度較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。風(fēng)機(jī)房布置方向?yàn)轱L(fēng)機(jī)房與主隧道平行，軸流風(fēng)機(jī)與主隧道垂直，軸流風(fēng)機(jī)位于風(fēng)機(jī)房?jī)啥?，中間由一條運(yùn)輸通道與主隧道相連。這樣的布置形式可以減少聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的長(zhǎng)度、減小風(fēng)流阻力，進(jìn)而能夠降低工程造價(jià)。地下風(fēng)機(jī)房平面布置圖如圖1所示。

地下風(fēng)機(jī)房遠(yuǎn)離隧道口，在這樣一個(gè)相對(duì)封閉、狹小的空間里，陰暗潮濕，各種有害氣體聚集，不但危害工作人員身體健康，而且時(shí)間長(zhǎng)了也會(huì)影響各電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)有害成分主要為粉塵、氮氧化物和余熱余濕。風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的熱量主要來(lái)自?xún)煞矫?一是電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)散出的熱量;另一部分是由于其他各電氣設(shè)備(比如照明設(shè)備)實(shí)際消耗的電能最終都轉(zhuǎn)化為熱能所散出的熱量。并且由于地下水的存在，風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)空氣一般都比較潮濕。值得注意的是，地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，如果不能有效地控制煙氣流動(dòng)，將會(huì)對(duì)人員疏散和火災(zāi)救援非常不利。因此，地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要功能為:(1)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)排除機(jī)房?jī)?nèi)的余熱余濕，降低空氣含塵量，稀釋有害氣體濃度，保證房間內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量滿(mǎn)足人員的舒適要求和各種設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需要;(2)火災(zāi)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)房的進(jìn)行排煙，最大程度的降低生命財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 地下風(fēng)機(jī)房平面布置

2 地下風(fēng)機(jī)房通風(fēng)設(shè)計(jì)主要原則

(1)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)房的位置、大小、與各通道關(guān)系等情況靈活布置。

(2)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)要求的前提下力求簡(jiǎn)潔，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的節(jié)能措施。

(3)正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能排除房間內(nèi)余熱余濕，保證空氣環(huán)境質(zhì)量滿(mǎn)足人員的舒適要求和各種設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。

(4)當(dāng)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能迅速防、排煙和進(jìn)行事故通風(fēng)，為消防人員提供必要的新風(fēng)量，形成一定的迎面風(fēng)速，滿(mǎn)足人員安全疏散和消防救援的需要。

(5)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)采用運(yùn)行安全、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、節(jié)省空間、便于安裝和維護(hù)、高效節(jié)能且易于控制的設(shè)備。

(6)應(yīng)為通風(fēng)空調(diào)設(shè)備考慮運(yùn)輸、安裝通道及孔洞，并設(shè)置起吊設(shè)施。

3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該地下風(fēng)機(jī)房采用縱向通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟情況，通風(fēng)系統(tǒng)分為開(kāi)啟軸流通風(fēng)設(shè)備的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)、不開(kāi)啟軸流通風(fēng)設(shè)備的自然通風(fēng)系統(tǒng)和開(kāi)啟進(jìn)(排)氣扇的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。具體通風(fēng)方案如下所述。

(1)開(kāi)啟軸流通風(fēng)設(shè)備時(shí)，利用軸流風(fēng)機(jī)的機(jī)械風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)房的通風(fēng)換氣。排氣扇安裝在軸流送風(fēng)機(jī)出口端墻的上部(3號(hào)檢修門(mén)之上)，進(jìn)氣扇安裝在軸流排風(fēng)機(jī)進(jìn)口端墻的上部(1號(hào)檢修門(mén)之上)，并且進(jìn)、排氣扇可實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。關(guān)閉所有檢修門(mén)同時(shí)開(kāi)啟進(jìn)氣扇和排氣扇處的風(fēng)閥便于空氣流進(jìn)(出)。軸流風(fēng)機(jī)開(kāi)啟后，軸流送風(fēng)機(jī)出口形成正壓，軸流排風(fēng)機(jī)進(jìn)口形成負(fù)壓。通風(fēng)路線為通風(fēng)豎井→底部送風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道→軸流送風(fēng)機(jī)→送風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道→排風(fēng)扇→地下風(fēng)機(jī)房→進(jìn)風(fēng)扇→排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道→軸流排風(fēng)機(jī)→底部排風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道→通風(fēng)豎井，如圖2 所示(箭頭表示風(fēng)流方向)。

圖2 開(kāi)啟軸流通風(fēng)機(jī)通風(fēng)示意

(2)不開(kāi)啟軸流通風(fēng)設(shè)備時(shí)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的1～4號(hào)檢修門(mén)和送、排風(fēng)扇上面的風(fēng)閥，利用地下風(fēng)機(jī)房與外界大氣的自然風(fēng)壓差，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)房的通風(fēng)換氣。其通風(fēng)路線為通風(fēng)豎井→底部送(排)風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道→2(4)號(hào)檢修門(mén)→風(fēng)機(jī)房→1(3)號(hào)檢修門(mén)和風(fēng)閥→送(排)風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道→隧道。當(dāng)自然風(fēng)壓相反時(shí)，則上述通風(fēng)線路方向相反。如圖3 所示。由于地下風(fēng)機(jī)房整個(gè)空間相對(duì)于隧道來(lái)說(shuō)很小，因此，從風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)排入隧道的污濁空氣對(duì)整個(gè)隧道空氣質(zhì)量影響也很小，可以忽略不計(jì)。

圖3 不開(kāi)啟軸流通風(fēng)機(jī)通風(fēng)示意

(3)開(kāi)啟進(jìn)(排)氣扇的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)有要分為兩種工況，即正常運(yùn)營(yíng)階段和火災(zāi)救援階段。①當(dāng)沒(méi)有開(kāi)啟軸流風(fēng)機(jī)且自然風(fēng)壓較小，自然風(fēng)流不能滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)房通風(fēng)換氣需求時(shí)。可關(guān)閉1～4號(hào)檢修門(mén)，并開(kāi)啟進(jìn)、排氣扇實(shí)現(xiàn)對(duì)地下風(fēng)機(jī)房通風(fēng)換氣。如圖4 所示;②當(dāng)風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)發(fā)生火災(zāi)后，需及時(shí)控制煙流流動(dòng)，盡快排走風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)煙氣，可開(kāi)啟2、4號(hào)檢修門(mén)，關(guān)閉1、3號(hào)檢修門(mén)，同時(shí)開(kāi)啟進(jìn)氣扇和排氣扇(逆轉(zhuǎn))對(duì)風(fēng)機(jī)房供新風(fēng)，煙氣通過(guò)2、4號(hào)檢修門(mén)進(jìn)入底部聯(lián)絡(luò)風(fēng)道最后從豎井排出。如圖5 所示。

圖4 開(kāi)啟進(jìn)、排氣扇通風(fēng)示意(正常運(yùn)營(yíng)階段)

進(jìn)氣扇和排氣扇的規(guī)格需進(jìn)行計(jì)算確定。地下風(fēng)機(jī)房長(zhǎng)L=92 m，端頭墻面積A=121.3 m2。風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)空氣總體積V=121.3 m2×92 m=11159.6 m3。參考地鐵規(guī)范對(duì)設(shè)備管理用房換氣要求:每小時(shí)不小于6 次。但考慮到風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的軸流風(fēng)機(jī)只是間隙性開(kāi)啟，風(fēng)機(jī)房是無(wú)人值守的，并借鑒國(guó)內(nèi)其他類(lèi)似工程設(shè)計(jì)，該風(fēng)機(jī)房按3 次/h 的換氣頻率計(jì)算需風(fēng)量:Q=11159.6×3=33478.8 m3/h。

圖5 開(kāi)啟進(jìn)、排氣扇通風(fēng)示意(火災(zāi)救援階段)

選用KS－122 型進(jìn)(排)氣扇可以滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)房通風(fēng)換氣要求，其性能參數(shù)如下表1。

表1 進(jìn)、排氣扇性能參數(shù)表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析，本地下風(fēng)機(jī)房通風(fēng)換氣方案是可行的，其最大的特點(diǎn)就是:(1)很好地利用了軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械風(fēng)壓和自然風(fēng)壓，達(dá)到節(jié)約能源的目的;(2)送、排風(fēng)扇協(xié)調(diào)配合，氣流組織較好，能有效地實(shí)現(xiàn)排除風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)余濕余熱的作用，同時(shí)兼顧了火災(zāi)救援的要求;(3)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，安裝方便，成本較低，以后的檢修也比較容易。然而，設(shè)計(jì)全面高效的風(fēng)機(jī)房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要根據(jù)風(fēng)機(jī)房自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置，節(jié)能意識(shí)更需要貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中。本文僅對(duì)此作了一些初步的探討，希望為以后類(lèi)似工程提供有價(jià)值的參考。

［1］JT026.1－1999 公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［2］GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］郭春.深埋特長(zhǎng)高速公路隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.西南交通大學(xué)，2008

［4］JTG D70－2004 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］劉文勝.哈爾濱地鐵設(shè)備管理用房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比選［J］.地下工程與隧道，2006(3)