北嶺隧道地下風(fēng)機(jī)房及風(fēng)機(jī)聯(lián)控方案探討

林同龍

(福州海峽建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，福州 350004)

北嶺隧道為特長隧道， 原隧道通風(fēng)方案采用分段縱向通風(fēng)(排煙)模式，按照射流風(fēng)機(jī)+通風(fēng)豎井+地面風(fēng)機(jī)房方案進(jìn)行送風(fēng)和排風(fēng)， 因地面風(fēng)機(jī)房位于國家森林公園中，屬于生態(tài)敏感區(qū)，且地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，為國網(wǎng)電網(wǎng)覆蓋末端盲區(qū)，就近電網(wǎng)無法增容擴(kuò)容，無法滿足地面風(fēng)機(jī)房及軸流風(fēng)機(jī)一級用電負(fù)荷要求，需另行架設(shè)兩回路10 kV 的外供電專線，專線線路需穿越森林保護(hù)區(qū)，受用地指標(biāo)控制及環(huán)保要求影響， 及民眾環(huán)保意識理念不斷提升， 地面風(fēng)機(jī)房及外供電專線走廊占用地報(bào)批及征收工作持續(xù)受阻， 停滯不前， 無法滿足地面風(fēng)機(jī)房實(shí)施條件，已嚴(yán)重影響工程按期建成通車，由于民眾對完善城區(qū)北向交通路網(wǎng)，緩解交通壓力及日常出行便利有相當(dāng)迫切的需求，若工程未按期建成通車，將產(chǎn)生消極、負(fù)面的社會影響， 同時也將對城區(qū)北翼經(jīng)濟(jì)組團(tuán)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生不利影響。 鑒此，對原隧道通風(fēng)替代方案研討，以及減少占用地、消除社會環(huán)境影響、施工難度及風(fēng)險、維護(hù)管理、工程造價等方面綜合研究有相當(dāng)緊迫性需求，且目前隧道地下風(fēng)機(jī)房的各項(xiàng)技術(shù)研究已日趨成熟，突破了各項(xiàng)施工技術(shù)壁壘， 本項(xiàng)目調(diào)整通風(fēng)方案為地下風(fēng)機(jī)房已具備了實(shí)施條件， 現(xiàn)僅結(jié)合本項(xiàng)目地勘資料及隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范， 對本隧道地下風(fēng)機(jī)房方案、通風(fēng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)機(jī)供電方式、風(fēng)機(jī)聯(lián)控方案等各方面進(jìn)行探討。

1 工程概況

北嶺隧道屬于特長隧道，隧址區(qū)位于國家森林公園，為城區(qū)北向交通路網(wǎng)的重要組成部分，以客、貨運(yùn)機(jī)動車通行為主，按照二級公路兼城市主干路公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用雙洞六車道，設(shè)計(jì)時速為60 km/h，其中隧道右洞全長7983 m，采用縱向上坡0.6%，下坡-0.727%的人字坡；左洞全長7915 m，采用縱向上坡0.6%，下坡-0.728%的人字坡，隧道全縱向通風(fēng)方案采用射流風(fēng)機(jī)+豎井送排式組合模式，在隧道右洞右側(cè)設(shè)置2 座通風(fēng)豎井，用于隧道左右洞基本段送風(fēng)和排風(fēng)。

2 地下風(fēng)機(jī)房方案

2.1 隧道通風(fēng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)

本隧道以客、貨運(yùn)機(jī)動車通行為主，隧道內(nèi)空氣污染物以機(jī)動車排放的CO 和煙霧為主， 按照公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則， 以2000 年度為基準(zhǔn)年，CO 基準(zhǔn)排放量為0.007 m3/輛·km，煙霧基準(zhǔn)排放量為2.0 m3/輛·km，按年遞減率2%計(jì)算：2025 年度及以后，CO 排放量為0.003～0.004 m3/輛·km，煙霧基準(zhǔn)排放量為1.1～1.2 m3/輛·km，計(jì)算如表1。 根據(jù)項(xiàng)目工程可行性研究報(bào)告中預(yù)測交通車流量測算隧道空氣污染物含量， 為確保各隧道營運(yùn)工況下CO、煙濃度符合公路隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)要求，采用不間斷換氣稀釋隧道內(nèi)空氣中異味，換氣頻率按不低于3 次/h，換氣風(fēng)速按不小于2.5 m/s 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，計(jì)算如表2。

表1 污染物排放量計(jì)算

表2 通風(fēng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

2.2 地下風(fēng)機(jī)房土建方案

擬建地下風(fēng)機(jī)房位于隧道右洞右側(cè)與通風(fēng)豎井之間，原通風(fēng)豎井位置不變，風(fēng)機(jī)房位置地質(zhì)圍巖為III 級，為凝灰熔巖，無斷裂帶，地質(zhì)穩(wěn)定。 總體地下風(fēng)機(jī)房方案包含2 座排風(fēng)機(jī)房、2 座送風(fēng)機(jī)房、1 間設(shè)備房、主洞連接送排風(fēng)道、豎井聯(lián)絡(luò)送排風(fēng)道及相關(guān)配套運(yùn)輸、人行通道等設(shè)施。 其中左洞送風(fēng)機(jī)房通過送風(fēng)道與左洞吊頂送風(fēng)道相連，通過聯(lián)絡(luò)送風(fēng)道與左洞豎井連接，左洞排風(fēng)機(jī)房通過排風(fēng)道與左洞主洞相連， 通過聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道與左洞豎井連接； 右洞送風(fēng)機(jī)房通過送風(fēng)道與右洞吊頂送風(fēng)道相連，通過聯(lián)絡(luò)送風(fēng)道與右洞豎井連接，右洞排風(fēng)機(jī)房通過排風(fēng)道與右洞主洞相連， 通過聯(lián)絡(luò)排風(fēng)道與右洞豎井連接；各風(fēng)機(jī)房之間設(shè)置設(shè)備運(yùn)輸通道及人員通道，風(fēng)機(jī)房用于安裝4 臺軸流風(fēng)機(jī)(3 備1)，設(shè)備房用于安裝高低壓柜、變壓器、風(fēng)機(jī)變頻起動控制柜、PLC 等機(jī)電設(shè)施，地下風(fēng)機(jī)房土建方案見圖1。

圖1 隧道地下機(jī)房土建方案圖

2.3 隧道整體通風(fēng)方案

本隧道通風(fēng)方案采用分段縱向通風(fēng)， 設(shè)定同時有且僅有一處火災(zāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 火災(zāi)發(fā)熱量按30 MW 考慮，火災(zāi)臨界風(fēng)速取3.0 m/s，為滿足上述通風(fēng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，射流風(fēng)機(jī)(單機(jī)功率為37 kW)按每個斷面2 臺為一組，組距150 m 布設(shè)， 其中左洞入口段0～550 m 段內(nèi)布設(shè)4 組射流風(fēng)機(jī)，基本段3058～3358 m 段內(nèi)布設(shè)3 組射流風(fēng)機(jī)，基本段3558～3646 m 段為豎井送排風(fēng)(布設(shè)4 臺單機(jī)功率220 kW 軸流排風(fēng)機(jī)及4 臺單機(jī)功率335 kW 軸流送風(fēng)機(jī))，出口段6866～7916 m 段內(nèi)布設(shè)7 組射流風(fēng)機(jī)，功率總計(jì)3256 kW； 右洞入口段0～600 m 內(nèi)布設(shè)5 組射流風(fēng)機(jī)，基本段4053～4203 m 段內(nèi)布設(shè)2 組射流風(fēng)機(jī)，基本段4403～4491 m 段為豎井送排風(fēng)(布設(shè)4 臺單機(jī)功率200 kW 軸流排風(fēng)機(jī)及4 臺單機(jī)功率220 kW 軸流送風(fēng)機(jī))，出口段6933～7983 m 段內(nèi)布設(shè)7 組射流風(fēng)機(jī)， 功率總計(jì)2716 kW，隧道總體通風(fēng)方案布置如圖2。

2.4 風(fēng)機(jī)供電方案

圖2 隧道總體通風(fēng)布置圖

本隧道通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)為一級負(fù)荷， 采用兩路10 kV電源供電，隧道兩側(cè)電網(wǎng)變電站負(fù)荷容量充足，可滿足隧道用電容量需求， 第一回路10 kV 電源可由右洞入口側(cè)的電網(wǎng)變電站引入，由1# 橫道變電所沿著隧道電纜溝敷設(shè)至2# 及3# 橫洞變電所、 風(fēng)機(jī)設(shè)備房、4# 橫洞變電所直到5# 橫洞變電所；第二回路電源由左洞入口側(cè)的電網(wǎng)變電站引入， 由5# 橫道變電所沿著隧道電纜溝敷設(shè)至4# 橫洞變電所、 風(fēng)機(jī)設(shè)備房、3# 及4# 橫洞變電所直到1# 橫洞變電所變電站負(fù)荷容量充足， 采用兩回路10 kV電源高壓和低壓互備高可靠雙保險模式， 滿足隧道一級負(fù)荷用電需求， 其中射流風(fēng)機(jī)的低壓供配電系統(tǒng)由隧道內(nèi)橫道變配電所采用0.4 kV 放射式供電方式，射流風(fēng)機(jī)起動及運(yùn)行由風(fēng)機(jī)軟起動控制柜控制； 軸流風(fēng)機(jī)的供配電系統(tǒng)由地下風(fēng)機(jī)設(shè)備房采用0.4 kV 點(diǎn)對點(diǎn)供電方式， 軸流風(fēng)機(jī)起動及運(yùn)行由風(fēng)機(jī)變頻起動控制柜進(jìn)行控制。

2.5 風(fēng)機(jī)聯(lián)控方案

隧道風(fēng)機(jī)控制采用本地控制和遠(yuǎn)程控制結(jié)合模式，遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)由隧道監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成，隧道監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由設(shè)置在橫洞和風(fēng)機(jī)設(shè)備房內(nèi)工業(yè)級交換機(jī)通過8 芯光纜進(jìn)行環(huán)形組網(wǎng)，通過交換機(jī)下設(shè)PLC，由PLC 控制風(fēng)機(jī)軟啟動柜及變頻啟動控制柜實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)聯(lián)動工作。 在遠(yuǎn)端管養(yǎng)中心設(shè)置風(fēng)機(jī)控制服務(wù)器，可通過通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控，即可實(shí)現(xiàn)地下風(fēng)機(jī)房無人值守管理模式，亦可實(shí)現(xiàn)各隧道營運(yùn)工況下，快速按照預(yù)先設(shè)定通風(fēng)方案實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)聯(lián)動工作，滿足隧道通風(fēng)需求，風(fēng)機(jī)聯(lián)控方案如圖3。

3 兩種風(fēng)機(jī)房方案對比

3.1 風(fēng)機(jī)裝機(jī)總功率對比

風(fēng)機(jī)裝機(jī)總功率對比見表3。

圖3 風(fēng)機(jī)聯(lián)控方案圖

表3 風(fēng)機(jī)裝機(jī)總功率對比

3.2 有關(guān)因素對比

有關(guān)因素對比見表4。

表4 有關(guān)因素對比

3.3 預(yù)算造價對比

預(yù)算造價對比見表5

表5 預(yù)算造價對比

按照上述地下風(fēng)機(jī)房等相關(guān)方案， 與原地表風(fēng)機(jī)房相關(guān)方案進(jìn)行全方位綜合對比分析， 采用地下風(fēng)機(jī)房方案，存在施工難度大、風(fēng)險高等不利因素，但在運(yùn)營維護(hù)管理、地表征地面積、環(huán)保影響等方面有著顯著優(yōu)勢。 隧道整體通風(fēng)方案布設(shè)射流風(fēng)機(jī)數(shù)量和軸流風(fēng)機(jī)數(shù)量不變，僅需調(diào)整部分射流風(fēng)機(jī)安裝位置及左洞軸流送、排風(fēng)機(jī)功率，總裝機(jī)功率增加220 kW，測算相關(guān)費(fèi)用增加約200 萬元；風(fēng)機(jī)房土建方案造價增加約3900 萬元，風(fēng)機(jī)房供電專線減少約3500 萬元，地表征地費(fèi)用減少約100萬元，綜合測算總工程造價增加約500 萬元。

4 結(jié)語

因本隧道地處生態(tài)敏感區(qū)，隨著整體環(huán)保意識提升，提倡建設(shè)綠色公路要求， 地表風(fēng)機(jī)房及外供電專用線路走廊，用地審批及征遷難度大，本文僅對地面風(fēng)機(jī)房實(shí)施條件受限情況下， 對替代方案暨地下風(fēng)機(jī)房方案及風(fēng)機(jī)聯(lián)控等方案進(jìn)行探討，經(jīng)綜合分析對比，雖然地下風(fēng)機(jī)房方案在風(fēng)機(jī)總裝機(jī)功率、施工難度、工程造價等方面高于原地表風(fēng)機(jī)房方案，但地下風(fēng)機(jī)房地表征收面積小，對周邊環(huán)境影響小， 后期運(yùn)營維護(hù)便捷， 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制管理，無人值守管理模式，節(jié)約維護(hù)人工成本等方面優(yōu)勢效果顯著，具有可操作性。