高原環(huán)境超長隧道運營通風(fēng)方案研究

中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710075

1 設(shè)計需風(fēng)量及通風(fēng)計算結(jié)果

對計算行車速度及以下各工況車速按10km/h為一檔，并考慮交通阻塞狀態(tài)，分別計算稀釋CO需風(fēng)量和稀釋煙塵濃度需風(fēng)量，還應(yīng)滿足隧道空間不間斷換氣頻率3次/h，且隧道內(nèi)換氣風(fēng)速不應(yīng)低于1.5m/s。此外，隧道通風(fēng)還應(yīng)滿足隧道在火災(zāi)時排煙、救援通風(fēng)要求。取較大者作為設(shè)計需風(fēng)量。姜佩隧道左線近期、左線遠期、右線近期、右線遠期最大需風(fēng)量分別為686.08m3/s、1020.28m3/s、686.08m3/s、1020.28m3/s，均由40km時速下稀釋CO濃度工況控制。

2 隧道通風(fēng)系統(tǒng)計算結(jié)果分析

姜佩隧道洞內(nèi)近期設(shè)計風(fēng)速最大為10.46m/s，遠期設(shè)計風(fēng)速最大為15.55m/s，左、右線近遠期風(fēng)速均超過10m/s的限制要求，且為滿足火災(zāi)煙霧在隧道內(nèi)的最大行程不宜大于5000m的要求，隧道左、右線需考慮設(shè)置斜（豎）井分段通風(fēng)。

3 隧道運營通風(fēng)井方案比選

結(jié)合姜佩隧道特點，通風(fēng)井設(shè)計需要考慮施工工期、土建費用、運營費用以及施工風(fēng)險及通風(fēng)效果。相同面積平導(dǎo)、無軌斜井以及有軌斜井延米造價相差不大，其中平導(dǎo)延米造價較無軌斜井低，無軌斜井較有軌斜井延米造價略低，豎井造價比斜井和平導(dǎo)造價約高出40%～60%。平導(dǎo)一般布置于地形受限嚴(yán)重區(qū)域，因此平導(dǎo)一般長度較長。與有軌斜井方案縱坡相比，無軌斜井縱坡較緩，因此長度較有軌斜井長，但是有軌斜井需要安裝軌道和運輸設(shè)備，且由于有軌斜井縱坡較大，運渣存在一定風(fēng)險，因此對主洞結(jié)構(gòu)和施工人員構(gòu)成安全威脅。豎井對主洞施工輔助功能有限，且施工難度大，可能會出現(xiàn)涌水導(dǎo)致豎井無法施作[1]。因此選擇通風(fēng)井方案需要考慮各方面因素綜合比選。

對于采用兩井三區(qū)段和單井兩區(qū)段通風(fēng)方案，考慮通風(fēng)井位于大致三等分或兩等分位置處，具體如表1所示。

表1 姜佩隧道通風(fēng)井方案研究

（1）豎井：深度達到565m，豎井口位于山頂，施工便道修筑困難，施工場地狹窄，且計算通風(fēng)面積大、豎井結(jié)構(gòu)斷面大，施工風(fēng)險極大，不利于施工開展，施工便道最長，很難輔助主洞施工，因此豎井方案不再作為比選方案。

（2）有軌斜井：考慮有軌斜井造價和輔助主洞施工效率，有軌斜井布設(shè)長度為1000m以上，其經(jīng)濟性不明顯，該項目受隧道所在區(qū)域地形和構(gòu)造影響，有軌斜井洞口地面高程較高，斜井縱坡坡度較大，施工難度較大且洞口區(qū)域地面陡峭，施工作業(yè)困難。因此，將有軌斜井方案作為比選方案。

3.1 隧道通風(fēng)方案比選

（1）通風(fēng)方案一：全射流縱向式通風(fēng)（左、右線）。按表1的設(shè)計風(fēng)量計算出姜佩隧道左線設(shè)計風(fēng)速最大為15.55m/s（需風(fēng)量為1020.28m3/s)，右線設(shè)計風(fēng)速最大為15.55m/s（需風(fēng)量為1020.28m3/s)。依據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細則》（JTG/T D70/2-02—2014）（以下簡稱《細則》），姜佩隧道左、右線近期遠期風(fēng)速均超過《細則》不大于10m/s的要求，同時結(jié)合《細則》中關(guān)于火災(zāi)排煙設(shè)計的原則“火災(zāi)煙塵在隧道內(nèi)的最大行程不宜大于5000m”的要求，隧道采用全射流縱向式通風(fēng)不合適。

（2）通風(fēng)方案二：單斜井同時對左、右洞進行送排風(fēng)。結(jié)合方案一需風(fēng)量結(jié)果及依據(jù)《細則》中關(guān)于最大風(fēng)速和火災(zāi)排煙設(shè)計的原則的要求，左、右線均采用單井送、排式通風(fēng)方式。結(jié)合現(xiàn)場踏勘并結(jié)合地形，在樁號K245+700設(shè)置1座無軌斜井，對左、右線進行送排風(fēng)。左線每段長度分別為4235m和2805m，排風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為578.95m3/s，設(shè)計風(fēng)速為8.82m/s；送風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為578.95m3/s，設(shè)計風(fēng)速為8.82m/s。右線每段長度分別為4209m和2931m，排風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為655.8m3/s，設(shè)計風(fēng)速為10m/s；送風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為655.8m3/s，設(shè)計風(fēng)速為10m/s。該方案各段風(fēng)速均超過8m/s的經(jīng)濟風(fēng)速要求，故該方案不合適。

（3）通風(fēng)方案三：兩斜井（無軌）同時對左、右洞送排風(fēng)。推薦左、右線均采用1號斜井（左、右線）（無軌運輸）+2號斜井（左、右線）（無軌運輸）送排式通風(fēng)方式。結(jié)合現(xiàn)場踏勘并結(jié)合地形，在樁號K243+800、K246+150分別設(shè)置1座無軌斜井，對左、右線進行送排風(fēng)。左線每段長度分別為2335m、2350m和2355m，排風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為529.03m3/s，設(shè)計風(fēng)速為8m/s；送風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為529.03m3/s，設(shè)計風(fēng)速為8m/s。右線每段長度分別為2310m、2350m和2380m，排風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為442.64m3/s，設(shè)計風(fēng)速為6.75m/s；送風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為442.64m3/s，設(shè)計風(fēng)速為6.75m/s。

（4）通風(fēng)方案四：兩斜井（有軌）同時對左、右洞送排風(fēng)。推薦左、右線均采用1號斜井（左、右線）（有軌運輸）+2號斜井（左、右線）（有軌運輸）送排式通風(fēng)方式。結(jié)合現(xiàn)場踏勘并結(jié)合地形，在樁號K243+800、K246+150分別設(shè)置1座有軌斜井，對左、右線進行送排風(fēng)。左線每段長度分別為2335m、2350m和2355m，排風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為529.03m3/s，設(shè)計風(fēng)速為8m/s；送風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為529.03m3/s，設(shè)計風(fēng)速為8m/s。右線每段長度分別為2311m、2350m和2379m，排風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為442.64m3/s，設(shè)計風(fēng)速為6.75m/s；送風(fēng)段設(shè)計風(fēng)量為442.64m3/s，設(shè)計風(fēng)速為6.75m/s。隧道風(fēng)機房方案確定：由于姜佩隧道地面風(fēng)機房位置偏僻、交通不便、地形較陡峭、后期維護不便，而地下風(fēng)機房安全風(fēng)險可控，優(yōu)勢較明顯，因此推薦采用地下風(fēng)機房。

3.2 隧道通風(fēng)方案的比選論證

通過對隧道各通風(fēng)方案土建工程費、運營維護費及設(shè)備費進行經(jīng)濟比較做出相應(yīng)適當(dāng)?shù)倪x擇。姜佩隧道總費用具體如表2所示。對各通風(fēng)方案進行技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較，如表3所示。通過不同角度的比選可以看出，方案三雖然總費用略高于方案四，但在技術(shù)難度和防災(zāi)救援上有明顯優(yōu)勢[2]。經(jīng)綜合考慮，本著節(jié)能降耗、環(huán)保優(yōu)先和救災(zāi)方便的原則，姜佩隧道推薦采用通風(fēng)方案三，即兩無軌斜井同時對左、右洞實行送排風(fēng)方案。

表2 姜佩隧道總費用表

表3 姜佩隧道通風(fēng)方案技術(shù)、經(jīng)濟綜合比較表

4 結(jié)論

（1）受海拔高度系數(shù)影響，高原環(huán)境超長隧道通風(fēng)計算結(jié)果比平原地區(qū)要高，導(dǎo)致通風(fēng)井規(guī)模偏大，設(shè)計應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H氣象資料，優(yōu)化通風(fēng)計算參數(shù)。

（2）通風(fēng)井方案的選擇受地形地貌、隧址環(huán)境影響較大，設(shè)計要充分比選各種可能方案，選擇最優(yōu)推薦方案。