公路隧道通風(fēng)設(shè)計問題研究

摘 要：近年來，我國公路交通事業(yè)發(fā)展非常迅速，山區(qū)修建了多條高速公路，公路隧道工程建設(shè)也是越來越多，公路隧道逐步向中長隧道甚至特長公路隧道發(fā)展。在公路隧道的建設(shè)過程中，通風(fēng)方案的優(yōu)劣及運(yùn)營效果的好壞決定著隧道的救災(zāi)工程、運(yùn)營環(huán)境等。文章較為深入的分析了公路隧道通風(fēng)設(shè)計中常見的問題，并根據(jù)自己以往設(shè)計的經(jīng)驗，提出了較有針對性的建議，為改善公路隧道的通風(fēng)設(shè)計提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞：公路隧道；通風(fēng)設(shè)計；控制狀態(tài)；問題研究

中圖分類號：U453.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）12-0033-01

近年來，隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的迅猛發(fā)展，公路隧道數(shù)量日益增多。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，在2002年，修建隧道1 972座，隧道的總長度達(dá)到了835 km，包括中特長隧道21座，總長度為76 km，而且每一年新修建的隧道大約為100 km。公路隧道通風(fēng)設(shè)計的好壞直接關(guān)系著公路隧道方案的成功與否，因此它對公路隧道的影響比較大，雖然目前我國的公路隧道技術(shù)取得了一點(diǎn)進(jìn)步，但還是存在著不少的問題，需要我們研究與探討。

1 交通量預(yù)測

交通量直接決定道路是否需要建設(shè)以及建成什么等級，因此確定交通量必須通過一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)推導(dǎo)，但是實際情況是以下兩方面原因往往會造成交通量預(yù)測不準(zhǔn)確：一方面，有些單位或者企業(yè)為了在工程可行性研究階段能夠成功，通常會夸大交通量，使得通風(fēng)土建、設(shè)備、運(yùn)營費(fèi)用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，近幾年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，出現(xiàn)一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)增長的交通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最初的預(yù)測的情況，從而導(dǎo)致了通風(fēng)設(shè)備緊缺或者通風(fēng)方式已經(jīng)不合理了。后者現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)在隧道中，比如成渝高速公路的中梁山隧道，原設(shè)計的交通量為22 000 輛/d，現(xiàn)在實際交通量大于30 000 輛/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原設(shè)計的交通量了。準(zhǔn)確的預(yù)測交通量以及處理逐年增長的交通量與汽車排污量的關(guān)系都是有待深入研究的課題。

2 交通量與行車速度的關(guān)系

《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》中定義的交通量是指在混合車并且高峰時期一個小時的交通量，行車速度就是指洞內(nèi)線形行車速度，因此許多通風(fēng)設(shè)計中直接取給出的交通量以及行車速度這種做法是非常不科學(xué)的。根據(jù)交通工程學(xué)可以概括，車流密度、交通量和實際行車速度有一個“此消彼長”的關(guān)系：如果車流密度與交通量不大時，洞內(nèi)線形行車速度可以達(dá)到最大；如果車流密度、交通量慢慢增大，會降低洞內(nèi)線形行車速度達(dá)到一個合理速度，此時交通量是最大的；如果車流密度繼續(xù)往上增大時，反而會減小交通量和洞內(nèi)線形行車速度，甚至形成阻塞。所以在實際的通風(fēng)設(shè)計過程，必須根據(jù)當(dāng)時實際的交通量計算出行車的車速。某山嶺地區(qū)高速公路雙洞四車道隧道實際的通行能力（混合交通量）及平均行程速度見表1，它是根據(jù)交通工程學(xué)計算出來的。當(dāng)時前期預(yù)測的交通量大約為796 輛/h，但是二級服務(wù)水平的實際交通量卻是1 165 輛/h，預(yù)測的比實際的要小得多，洞內(nèi)線形行車速度大約為80 km/h；后期預(yù)測交通量大約在1 448 輛/h，三級服務(wù)水平的實際通行能力卻為1 434 輛/h，兩者非常接近，洞內(nèi)線形行車速度為62 km/h，因此，在計算過程中通常都是取前期車速為80 km/h，后期車速取60 km/h。

3 關(guān)于隧道內(nèi)污染空氣的稀釋標(biāo)準(zhǔn)

隧道內(nèi)污染空氣的稀釋標(biāo)準(zhǔn)會影響著隧道的通風(fēng)設(shè)計、隧道通風(fēng)方案的選擇以及投資規(guī)模，同時對隧道建成后的運(yùn)營費(fèi)用以及隧道環(huán)保都影響較大。隧道內(nèi)空氣污染物主要來源是CO、HC、NOx、顆粒物等。

隧道通風(fēng)設(shè)計中主要需要防止CO和顆粒物，因為CO對人體健康傷害最大。業(yè)界通常規(guī)定隧道內(nèi)顆粒物的稀釋標(biāo)準(zhǔn)為0.007～0.009 m-1，但是CO并沒有統(tǒng)一的稀釋標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范也是不穩(wěn)定，多次進(jìn)行了修改。

1990年，交通部《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTJ 026-90）規(guī)定在公路隧道如果是正常運(yùn)行的，那么CO的稀釋應(yīng)該為150 ppm；而如果公路隧道是阻塞運(yùn)行時，在15 min內(nèi)CO的稀釋標(biāo)準(zhǔn)值為250 ppm。

4 隧道防災(zāi)通風(fēng)中存在的問題和改進(jìn)辦法

通風(fēng)設(shè)計人員必須十分重視公路隧道的火災(zāi)事故通風(fēng)，它是隧道通風(fēng)設(shè)計中較為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)?；馂?zāi)工況時的隧道通風(fēng)可以起到防煙排煙以及控制煙氣的合理流動的作用，在發(fā)生事故時可以有效的保護(hù)人們生命財產(chǎn)安全。

由于投資以及運(yùn)營費(fèi)用等受到限制，目前隧道通風(fēng)最常用的方式是縱向通風(fēng)方式。由于縱向通風(fēng)中并沒有涉及專門的排煙通道，僅僅是利用車行通道進(jìn)行通風(fēng)和排煙，這就需要考慮如何解決防災(zāi)通風(fēng)和人員疏散的問題。

根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定公路隧道通風(fēng)設(shè)計中風(fēng)機(jī)位置的正反轉(zhuǎn)是由隧道內(nèi)火災(zāi)點(diǎn)的位置決定的，它的理論設(shè)計原則是設(shè)計出來的風(fēng)機(jī)能夠盡量縮短火災(zāi)煙霧在車道內(nèi)的行程，但是如果不結(jié)合實際情況，設(shè)計出的公路隧道在發(fā)生火災(zāi)時有可能造成人員疏散困難，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

如圖1所示，是某雙洞單向行車隧道的隧道通風(fēng)設(shè)計以及人員疏散的方案。該隧道的總長度大約為2 300 m，每條隧道分別安置了8臺射流風(fēng)機(jī)?？紤]實際的氣流情況，射流風(fēng)機(jī)的位置均靠近隧道行車出口。隧道根據(jù)氣流組織和人員疏散方案，以車行橫通道作為分界點(diǎn)劃分出三個防火排煙區(qū)段。

當(dāng)右線隧道防火排煙區(qū)段內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時：隧道中央控制室會立即收到火災(zāi)報警，馬上對隧道外及隧道內(nèi)的后續(xù)行駛車輛發(fā)出警告，同時封閉公路隧道，禁止后續(xù)車輛及對向車輛再駛?cè)胨淼?，防止更?yán)重的災(zāi)害發(fā)生，根據(jù)現(xiàn)場情況來準(zhǔn)確的判斷出火災(zāi)的具體的地理位置，并確定火災(zāi)嚴(yán)重程度，結(jié)合預(yù)定程序執(zhí)行有關(guān)指令，根據(jù)火災(zāi)的規(guī)模，運(yùn)行部分射流風(fēng)機(jī)，加速洞內(nèi)沿行車方向的風(fēng)速使其能夠達(dá)到2.5 m/s左右，從而可以有效的控制煙氣的流動，并將煙氣從洞口排出。及時有效的開展疏散人員跟車輛，引導(dǎo)他們從安全路線有序撤離。逆向運(yùn)轉(zhuǎn)相鄰隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)，可以防止火災(zāi)隧道的氣流侵入，最大限度的保證了人員和車輛的安全疏散。

5 結(jié) 語

公路隧道通風(fēng)設(shè)計是建設(shè)公路隧道中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，那些中長或者特長的公路隧道應(yīng)該更為重視這個問題。本文結(jié)合實際實例指出通風(fēng)設(shè)計中存在的一些問題，并有效分析了解決這些問題的基本思路，目的都是為了引起通風(fēng)設(shè)計者們的重視，夯實公路隧道通風(fēng)的基礎(chǔ)理論以及加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)的研究，完善我國公路隧道的通風(fēng)設(shè)計工作。

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