公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造綜述

姚毅 丁平 張博

摘要：公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)隧道正常運(yùn)營(yíng)和火災(zāi)工況下的人員逃生有著至關(guān)重要的作用，它稀釋隧道內(nèi)有害氣體及煙霧濃度，保持隧道內(nèi)空氣潔凈。隨著交通量日益增大和人們對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)安全要求的不斷提高，一些修建較早的隧道由于設(shè)備老舊、安全標(biāo)準(zhǔn)較低已不能滿(mǎn)足正常運(yùn)營(yíng)要求。本文借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)對(duì)公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造的措施、方法做綜合論述。

關(guān)鍵詞：公路隧道 通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隧道通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用是保證隧道在正常運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)工況下的人員安全，稀釋隧道內(nèi)有害氣體及煙霧濃度，將其控制在一定范圍內(nèi)。歐洲早期修建的隧道主要為單洞雙向交通（如瑞典），其通風(fēng)方式也大多為橫向通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)成本較高，由于其基礎(chǔ)條件限制，發(fā)生火災(zāi)時(shí)也難以組織有效的人員逃生。有些單向交通隧道在運(yùn)營(yíng)初期車(chē)輛較少，設(shè)計(jì)通風(fēng)量滿(mǎn)足日常運(yùn)營(yíng)要求，但隨著交通量日益增大，隧道內(nèi)空氣質(zhì)量變差，為火災(zāi)工況下的人員安全埋下隱患[1]。目前歐洲各國(guó)在公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造方面有較豐富的經(jīng)驗(yàn)和大量工程實(shí)例，我國(guó)通風(fēng)系統(tǒng)改造卻主要集中在礦井巷道方面[2]，盡管這兩種結(jié)構(gòu)形式類(lèi)似，但技術(shù)要求和方法卻存在較大差異，本文主要論述公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)改造。

1.通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造主要步驟、方法

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是隧道通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造的第一步，通過(guò)對(duì)原有隧道進(jìn)行人員安全的定性或定量分析，找出原有通風(fēng)系統(tǒng)的不足，再根據(jù)現(xiàn)有條件提出不同的改進(jìn)方法，就這些不同方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理性、適用性的綜合對(duì)比，確定最佳方案[3]。

公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造，關(guān)鍵在于提高隧道內(nèi)縱向風(fēng)速[4]，其主要方法如下：

（1）只增大隧道內(nèi)空氣縱向流動(dòng)速率，如安裝風(fēng)機(jī)；

（2）增大空氣縱向速率的同時(shí)增大隧道內(nèi)的空氣流量，例如通過(guò)送風(fēng)管向隧道內(nèi)注入高壓空氣；

（3）只增加或減少隧道內(nèi)空氣量，如利用多點(diǎn)排煙方式抽取隧道內(nèi)煙霧。

這三種方法在選擇時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況，如隧道內(nèi)可利用空間、技術(shù)可行性、造價(jià)等。

1.1增大隧道內(nèi)縱向風(fēng)速

增大隧道內(nèi)縱向風(fēng)速最簡(jiǎn)單的方法就是安裝風(fēng)機(jī)，就公路隧道而言可將風(fēng)機(jī)安裝在隧道頂部，根據(jù)需風(fēng)量計(jì)算所需的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，然后安裝，這種方法運(yùn)營(yíng)成本較高，而且保養(yǎng)維修時(shí)需要封閉隧道，影響其服務(wù)水平。

有的公路隧道和城市隧道由于凈空限制或者考慮到風(fēng)機(jī)保養(yǎng)維護(hù)，不安裝在頂部，風(fēng)機(jī)可以安裝在隧道兩側(cè)，兩側(cè)空間不足時(shí)就要考慮像緊急停車(chē)帶那樣對(duì)隧道內(nèi)壁進(jìn)行擴(kuò)挖。外國(guó)學(xué)者通過(guò)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擴(kuò)挖隧道安裝風(fēng)機(jī)時(shí)，由于存在拐角，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的紊流，不利于行車(chē)安全，也不利于空氣流動(dòng)。此時(shí)需要用導(dǎo)流板導(dǎo)流以減少風(fēng)力損失，其缺點(diǎn)在于土建費(fèi)用高。也有學(xué)者設(shè)想將風(fēng)機(jī)做成香蕉狀的弧形，這種形式可以很好解決紊流問(wèn)題，但制作風(fēng)機(jī)有較大技術(shù)難點(diǎn)。

1.2增大隧道內(nèi)空氣流速和流量

第二種方法是通過(guò)高壓風(fēng)管向隧道內(nèi)注入空氣，這種方法適宜于橫向交通隧道，因?yàn)椴恍枰~外再設(shè)置專(zhuān)用風(fēng)道，可利用原有設(shè)備。需要注意的是由于車(chē)流的影響，需要對(duì)風(fēng)管的入射角度進(jìn)行調(diào)整，就理論而言，風(fēng)管越和隧道軸線平行效果越好，但角度過(guò)小時(shí)，風(fēng)力與洞壁的摩擦阻力增大，反而不利于隧道內(nèi)通風(fēng)。

1.3增大或減少隧道內(nèi)空氣流量

多點(diǎn)排煙式通風(fēng)系統(tǒng)是這種通風(fēng)方式的典型代表，主要應(yīng)用于火災(zāi)工況下的隧道通風(fēng)。通過(guò)設(shè)置在隧道頂部的排煙孔將煙霧抽離，降低其內(nèi)部有害煙氣濃度，為人員逃生創(chuàng)造條件。

從改造角度出發(fā)這種方法對(duì)正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)效果不大，因而主要適用于原有通風(fēng)方式為橫向通風(fēng)的隧道，單獨(dú)設(shè)置排煙通道成本較高。這種方法的缺陷在于只適用于洞口壓差不超過(guò)50-100Pa的隧道，目前地鐵車(chē)站采取多點(diǎn)排煙通風(fēng)方式，鑒于此，采用這種方法也較適合城市內(nèi)交通隧道。

沒(méi)有一種任何方法是通用的，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，考慮洞口壓差、技術(shù)可行性、安裝和維修造價(jià)、對(duì)使用者的影響等做出最優(yōu)選擇。

2.其他輔助方法及措施

隧道通風(fēng)的主要目的是滿(mǎn)足正常運(yùn)營(yíng)和人員逃生時(shí)的安全條件，當(dāng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施不滿(mǎn)足實(shí)際需求時(shí)就要額外增加其他設(shè)備及方法，具體如下：

2.1平行通道

平行通道是單洞雙向交通隧道或者相距較遠(yuǎn)單向交通隧道的輔助設(shè)施，它平行于交通隧道，每隔一段距離通過(guò)橫通道和隧道連接，當(dāng)隧道較長(zhǎng)，特別是雙向交通隧道中部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，無(wú)論通風(fēng)系統(tǒng)如何升級(jí)、優(yōu)化，火災(zāi)下游總會(huì)有一部分車(chē)輛始終處于危險(xiǎn)狀態(tài)。平行通道給車(chē)輛逃離危險(xiǎn)提供便利，但通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要保證通道內(nèi)始終不受煙氣侵襲。

2.2屏蔽門(mén)（帷幕）和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)

屏蔽門(mén)（帷幕）和自動(dòng)噴淋系統(tǒng)是隧道通風(fēng)系統(tǒng)的另一補(bǔ)充措施。屏蔽帷幕主要是在隧道內(nèi)每隔一段距離設(shè)置的隔離構(gòu)造物，當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，距離最近的帷幕會(huì)自動(dòng)垂下，配合通風(fēng)系統(tǒng)阻止煙氣向隧道兩端擴(kuò)散。這種方法目前大多還停留在理論階段，地鐵車(chē)站使用了屏蔽門(mén)[5]，但其功能和形式跟公路隧道大不相同。屏蔽門(mén)（帷幕）最大問(wèn)題是如果其附近恰好有汽車(chē)存在，對(duì)這部分的人員逃生將十分不利。

自動(dòng)噴淋系統(tǒng)主要是在隧道內(nèi)一定區(qū)域設(shè)置噴水裝置，當(dāng)這一區(qū)域的車(chē)輛發(fā)生火災(zāi)時(shí)該系統(tǒng)自動(dòng)噴水將火撲滅，其作為輔助措施可以有效減小通風(fēng)系統(tǒng)的需風(fēng)量、風(fēng)速要求。但如何使著火汽車(chē)恰好在噴淋系統(tǒng)前，以及該系統(tǒng)所增加的投資也是需要考慮的。

本文針對(duì)公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造進(jìn)行了綜合論述，實(shí)際工況下要根據(jù)安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性對(duì)各種方法和輔助措施進(jìn)行優(yōu)化和組合，最終確定適用合理方案！

參考文獻(xiàn)：

[1]吳怡青.城市道路隧道通風(fēng)工程改造設(shè)計(jì)的體會(huì)[J].2011.

[2]辛兵.礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造[J].同煤科技，2010（1）：41-43.

[3]Stacey， C. and S.A.P. Ltd. REFURBISHMENT， RISK AND RESPONSIBILITY –DECISIONS WHEN UPGRADING TUNNEL FIRE PROVISIONS. in 6th International Conference‘Tunnel Safety and Ventilation.'Messecenter Graz -Tagungszentrum.2012.

[4]Sturm P. J.B.M.B.M. and A. Graz University Of Technology. THE INFLUENCE OF PRESSURE GRADIENTS ON VENTILATION DESIGN – SPECIAL FOCUS ON UPGRADING LONG TUNNELS.in 6th International Conference ‘Tunnel Safety and Ventilation.Messecenter Graz -Tagungszentrum.2012.

[5]王靜偉，羅輝，王迪軍.屏蔽門(mén)對(duì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響及分析[M].2006.