談特長(zhǎng)隧道三段式通風(fēng)設(shè)計(jì)

秦 小 超

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

近年來(lái)，作為國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)建設(shè)的公路工程經(jīng)歷了蓬勃發(fā)展，以大范圍、大規(guī)模、大體量為主要特征的公路建設(shè)模式已逐漸成為過(guò)去時(shí)。隨著國(guó)家綜合國(guó)力的進(jìn)一步提高，公路建設(shè)正經(jīng)歷著由“大”到“精”的時(shí)代轉(zhuǎn)型，經(jīng)過(guò)規(guī)范多次更新和實(shí)踐重復(fù)檢驗(yàn)，公路工程從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)全生命周期實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。目前，等級(jí)較高的高速公路建設(shè)已初步實(shí)現(xiàn)城市互聯(lián)、環(huán)線明顯，公路建設(shè)的重心向偏遠(yuǎn)山區(qū)不斷偏移，作為主要控制性工程之一的公路隧道由于受到地形限制和需要繞避不良地質(zhì)等因素，導(dǎo)致特長(zhǎng)隧道占比不斷攀升，其設(shè)計(jì)與施工要求也是愈發(fā)嚴(yán)格，不僅要考慮隧道主體結(jié)構(gòu)、路面、防護(hù)、排水等主體工程的地域差異化設(shè)計(jì)，還要著重考慮通風(fēng)、照明、消防等運(yùn)營(yíng)設(shè)施的綜合設(shè)計(jì)[1]。隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)不僅很大程度上制約主體設(shè)計(jì)，還顯著影響隧道施工進(jìn)度，同時(shí)對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)期行車(chē)安全、救援效率等起著至關(guān)重要的作用，并且對(duì)隧道項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益有顯著影響，故而通風(fēng)方案的優(yōu)劣很大程度上制約特長(zhǎng)隧道總體設(shè)計(jì)的成敗。現(xiàn)階段一般來(lái)說(shuō)，通風(fēng)方案設(shè)計(jì)與隧道主體設(shè)計(jì)由不同人員參與，從而優(yōu)秀的通風(fēng)方案是在與土建設(shè)計(jì)不停溝通、調(diào)整、優(yōu)化的過(guò)程中形成，這個(gè)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)受到建設(shè)條件、造價(jià)、工期等多方面因素的影響，設(shè)計(jì)中既要考慮這些因素，還要對(duì)這些因素造成的影響進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比。結(jié)合工程案例，綜合多方因素，對(duì)特長(zhǎng)隧道通風(fēng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)比選，為隧道設(shè)計(jì)提供高質(zhì)量的前期設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，為隧道施工運(yùn)營(yíng)提供基礎(chǔ)性保障。

1 工程概況

某特長(zhǎng)隧道為規(guī)劃中所屬高速公路的重要組成部分，同時(shí)是確定的先期開(kāi)工點(diǎn)，其位于構(gòu)造溶蝕剝蝕中山區(qū)，該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生中度隆起，長(zhǎng)期遭受剝蝕溶蝕作用而形成，隧道圍巖主要由奧陶系馬家溝組灰?guī)r組成，強(qiáng)～弱風(fēng)化。在對(duì)周邊公路網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)查和通過(guò)數(shù)據(jù)模型預(yù)測(cè)后，得到交通組成貨車(chē)與客車(chē)比例為1.3∶1，其中以運(yùn)輸能源、礦產(chǎn)、消費(fèi)品等資源的特大貨車(chē)占比最大，根據(jù)公路等級(jí)和交通量需求，隧道按雙向四車(chē)道分離式雙洞設(shè)計(jì)，左右洞建設(shè)里程均超過(guò)6 km，左洞為6.94 km，右洞為6.98 km，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，隧道底板最大埋深480.6 m。

2 設(shè)計(jì)方案與分析對(duì)比

公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)是根據(jù)公路等級(jí)、建設(shè)長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)速度、設(shè)計(jì)交通量、車(chē)道數(shù)、平縱線形、地形地質(zhì)等因素，進(jìn)行多方面深入細(xì)致的綜合分析后確定合理方案，實(shí)現(xiàn)隧道建成后對(duì)煙塵、明顯影響人體健康的CO等有毒氣體以及空氣中的異味進(jìn)行充分稀釋的基礎(chǔ)工作[2]。

根據(jù)該隧道左、右洞交通流大小及主要車(chē)型等差異，綜合考慮地形地貌、通風(fēng)需求和施工進(jìn)度，確定設(shè)計(jì)理念。左、右洞主要差異在于稀釋煙塵為左洞主要通風(fēng)需求，其近期設(shè)計(jì)風(fēng)速為6.1 m/s～14.8 m/s，遠(yuǎn)期風(fēng)速已超過(guò)規(guī)范要求的10.0 m/s，而稀釋空氣異味為右洞主要通風(fēng)需求，需風(fēng)量不大，設(shè)計(jì)風(fēng)速不大于7.0 m/s。

要實(shí)現(xiàn)特長(zhǎng)隧道各通風(fēng)區(qū)段盡量小的設(shè)計(jì)風(fēng)速，最有效、最直接的措施是建立各個(gè)區(qū)段獨(dú)立送排風(fēng)[3]，結(jié)合調(diào)查結(jié)果左洞交通方向大車(chē)尤其是特大型貨車(chē)較多，需采用分段式縱向通風(fēng)方式，以期盡可能降低粉塵污染，滿(mǎn)足隧道內(nèi)煙塵設(shè)計(jì)濃度，保障洞內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生，達(dá)到隧道安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。右洞與左洞相比交通量較小，設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，采用全射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)即可滿(mǎn)足要求。

2.1 雙豎井通風(fēng)

豎井送排式縱向通風(fēng)方式是通過(guò)豎井交換隧道內(nèi)外的空氣，在排出污染氣體的同時(shí)送入新鮮氣體，進(jìn)而加大縱向通風(fēng)方式的適用長(zhǎng)度[4]。

方案A：左洞兩豎井分三段軸流風(fēng)機(jī)送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，豎井布置見(jiàn)圖1。

由圖1可見(jiàn)，隧道左洞長(zhǎng)度為ZK，右洞長(zhǎng)度為YK，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，在合理位置于左洞設(shè)置兩處豎井用于隧道通風(fēng)，豎井編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)，雙豎井將隧道分為L(zhǎng)1段、L2段和L3段共三段進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)，三段長(zhǎng)度均不足3.0 km，為滿(mǎn)足火災(zāi)工況下排煙需要，通過(guò)豎井排風(fēng)道給右洞設(shè)置聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道，將右洞劃分為3段較為獨(dú)立的防火分區(qū)，實(shí)現(xiàn)正常通風(fēng)要求和隧道防災(zāi)減災(zāi)需要雙管齊下。

經(jīng)計(jì)算此方案遠(yuǎn)期三段式通風(fēng)設(shè)計(jì)風(fēng)速均不足10.0 m/s，可以較好的滿(mǎn)足隧道在不同工況下的通風(fēng)需求。此方案優(yōu)缺點(diǎn)較為明顯，優(yōu)點(diǎn)主要是豎井長(zhǎng)度較短，軸流風(fēng)機(jī)功率較小，缺點(diǎn)也較為突出，由于豎井進(jìn)口位置較為偏遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)地形較為復(fù)雜，所需施工便道較長(zhǎng)，增加輔助工程量，同時(shí)豎井功能上只能用于通風(fēng)，雖然必不可免的增加施工開(kāi)挖面，但無(wú)法做輔助正洞建設(shè)的施工井，從而隧道主體工期較長(zhǎng)。

2.2 雙斜井通風(fēng)

斜井送排式縱向通風(fēng)方式原理與豎井送排式縱向通風(fēng)方式相同，通過(guò)斜井交換隧道內(nèi)外的空氣，既排出隧道內(nèi)污染氣體，也送入新鮮氣體。

方案B：左洞兩斜井分三段軸流風(fēng)機(jī)送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，斜井布置見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，在左洞設(shè)置兩處斜井將隧道分為三段實(shí)現(xiàn)分段通風(fēng)，斜井編號(hào)為3號(hào)、4號(hào)，L1段、L2段和L3段分段情況與方案A一致，同時(shí)在右洞布設(shè)聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道。

經(jīng)計(jì)算方案B與方案A的射流風(fēng)機(jī)數(shù)量和通風(fēng)計(jì)算結(jié)果相同，也能夠較好的滿(mǎn)足隧道在不同工況下的通風(fēng)需求。與方案A的主要區(qū)別在于斜井比豎井長(zhǎng)度長(zhǎng)很多，風(fēng)阻明顯比豎井大，后期運(yùn)營(yíng)成本必然較方案A要高，但雙斜井既可作為運(yùn)營(yíng)通風(fēng)井，也可作為施工工作井輔助隧道主洞建設(shè)，增加多個(gè)施工工作面，可有效縮短工期。

2.3 斜、豎井通風(fēng)

方案C：左洞一豎井、一斜井分三段軸流風(fēng)機(jī)送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)，豎井布置見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)，隧道左線布設(shè)5號(hào)豎井、6號(hào)斜井兩處通風(fēng)井，同樣為右洞布設(shè)聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道，與方案A、方案B通風(fēng)分段設(shè)計(jì)相同，斜井和豎井將隧道分為L(zhǎng)1段、L2段和L3段三段進(jìn)行通風(fēng)，并且右洞被分為三個(gè)防火分區(qū)，較合理的滿(mǎn)足正常交通工況和火災(zāi)、交通阻滯等異常交通工況的通風(fēng)需求。

經(jīng)相同的計(jì)算方法，可知斜、豎井配合通風(fēng)與雙豎井、雙斜井的通風(fēng)計(jì)算結(jié)果相同，射流風(fēng)機(jī)數(shù)量也一致。相比方案A、方案B，此設(shè)計(jì)方案采取折中，兼顧方案A、方案B各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)一定程度上削弱了兩者存在的缺點(diǎn)，在各方面條件允許的情況下，達(dá)到節(jié)約造價(jià)和提高施工效率的平衡，是較為合理的設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié)語(yǔ)

“十三五”規(guī)劃收官之年，隧道建設(shè)已成為公路建設(shè)中尤為重要的一環(huán)，優(yōu)秀的隧道設(shè)計(jì)與施工很大程度上決定著公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的品質(zhì)。本文結(jié)合工程案例，以新規(guī)范為主要依據(jù)，通過(guò)對(duì)比通風(fēng)效果，并綜合考慮布設(shè)斜、豎井作為通風(fēng)井，同時(shí)適當(dāng)條件下輔助隧道正洞施工對(duì)工程規(guī)模、建設(shè)工期、造價(jià)控制等的影響，對(duì)比提出在施工環(huán)境較為良好的基礎(chǔ)上，特長(zhǎng)隧道三段式通風(fēng)采用一斜井、一豎井，并設(shè)置聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道的設(shè)計(jì)方案，可以較好的滿(mǎn)足隧道通風(fēng)要求，同時(shí)兼顧隧道防災(zāi)減災(zāi)要求及工程造價(jià)節(jié)約與建設(shè)工期優(yōu)化理念，為類(lèi)似特長(zhǎng)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)予以借鑒，推動(dòng)現(xiàn)代化隧道建設(shè)。