城市長隧道通風方案分析

任濤

上海市政交通設(shè)計研究院有限公司 上海 200030

引言

城市交通隧道通風方式主要取決于隧道長度、交通流量預測和交通方式等因素，不同的通風方式直接影響整個工程的經(jīng)濟性和運行后的通風效果及運營成本。本文中科技八路隧道工程，采用射流通風+豎井的縱向通風方式，并提出三種方案進行比選分析，從風機配置、運營風機控制、維修養(yǎng)護、隧道內(nèi)的通風效果等比較。

1 工程概況

科技八路東西向，是聯(lián)系中心城區(qū)及外圍區(qū)域的主要交通干道之一，主線定位為城市快速路，設(shè)計速度80km/h，本次實施的快速通道改造工程，西起河池寨立交，東至太白路唐延路，全長約6.2km?？萍及寺分骶€隧道為雙跨結(jié)構(gòu)矩形隧道，全長約3827.4m，暗埋段總長約3326m。北線由東向西，設(shè)兩個與主線隧道平行的入口匝道及一個出口匝道；南線由西向東，設(shè)兩個出口匝道及一個入口匝道。南北線隧道標準橫斷面面積為45.84m2。

2 隧道需風量計算及通風方案選擇

2.1 需風量計算

根據(jù)JTG/T D70/2-02-2014 《公路隧道通風設(shè)計細則》，在海拔高度3000m以下地區(qū)，公路隧道通風設(shè)計標準主要稀釋對象限于衛(wèi)生標準（CO、NO2）、安全標準（煙塵）和舒適性標準（空氣中的異味），衛(wèi)生標準以稀釋機動車排放的一氧化碳（CO）為主，必要時考慮稀釋二氧化氮（NO2）。

本隧道定位于城市快速路，其設(shè)計車速為80km/h，隧道稀釋CO、稀釋煙霧濃度通風量需按設(shè)計速度以下每工況車速10km/h為一檔分別計算，并計算交通阻滯和換氣的需風量，取較大者作為隧道設(shè)計需風量。按上述設(shè)計標準及計算原則，結(jié)合各段各預測目標年的交通量、組成及隧道各段的長度、設(shè)計縱坡及橫斷面積，計算了各設(shè)計年限的需風量。本隧道正常行車及交通阻滯時的需風量均由稀釋CO控。以隧道北線為例，各路段需風量及隧道總需風量情況如表1所示。

表1 北線隧道需風量（m3/s）

由表1可知，隧道正常行車時，需風量均由20km/h車速下稀釋CO控制，北線遠期需風量為265.66m3/s；交通阻滯時，隧道需風量由稀釋CO控制，北線遠期需風量為363.34m3/s。

2.2 隧道通風方式

公路隧道通風方式的選擇涉及隧道長度、交通量大小、行車方向、火災安全要求、隧道周圍環(huán)境評價以及施工方法等等。采用不同的通風方式，氣流流動狀況不同，其污染物濃度和空氣壓力分布各具特點，同時影響到整個工程的經(jīng)濟性和運行后的通風效果、運營成本。公路隧道通風方式有橫向式、半橫向式和縱向式通風?？v向式通風采用行車道作為通風空間，在單向行車隧道中可充分利用活塞風作用，減少能量消耗；且近二十年來國內(nèi)學者已經(jīng)解決了縱向通風的火災煙霧控制問題和人員的安全疏散問題，其安全性得以提高。因此，縱向式通風已經(jīng)成為國內(nèi)高速公路隧道的主流通風方式?？萍及寺匪淼乐骶€為單向行駛的隧道，長3326m，綜合考慮通風建設(shè)投資的影響，南北隧道采用縱向通風方案[1]。

2.3 隧道污染物排放方式

目前，城市隧道污染物的排放方式主要有以下三種方式：

方式一，新鮮空氣從隧道入口流入，沿著隧道縱向不斷稀釋沿程產(chǎn)生的廢氣，從隧道出口集中排出。隧道越長、通行車輛越多，在洞口集中排放的污染廢氣總量會越大，對洞口周邊環(huán)境影響也越大；方式二，新鮮空氣從隧道入口流入，沿著隧道縱向不斷稀釋沿程產(chǎn)生的廢氣，由設(shè)立在隧道出口處的豎井風塔高空集中排出，從而減少污染廢氣對隧道出口周邊環(huán)境的影響。該方式需根據(jù)具體情況考慮設(shè)置風塔，以保證高空排放對地面環(huán)境的影響在允許范圍之內(nèi)。方式三，間隔一定距離，在隧道頂部設(shè)置豎井，新鮮空氣由隧道入口流入，沿著隧道縱向不斷稀釋沿程產(chǎn)生的廢氣，并沿程從豎井分散排放，從而降低污染廢氣在洞口對周邊環(huán)境造成的影響。

科技八路隧道兩線路面沿途主要途經(jīng)居民區(qū)、商業(yè)用地、行政辦公用地，需要同時滿足交通性和景觀性要求，且主線車流量較大，如隧道內(nèi)所有污染空氣全部從各自的洞口集中排出，勢必會對洞口周邊城市環(huán)境造成影響，通風方案上均考慮采用沿途排放污染物以減少洞口污染的集中排放。

因此，污染物的排放考慮采用方式三，即沿途分散排放方式。

2.4 運營通風方案的提出

根據(jù)前面分析，科技八路隧道采用射流通風+豎井的縱向通風方式。根據(jù)隧道的外部環(huán)境、匝道分布、地面交通及綠化帶布置，提出了三種通風方案。

方案一：豎井設(shè)機械風口分散排放方案，隧道沿線布置內(nèi)設(shè)軸流風機的豎井，使隧道內(nèi)污染物沿途在城市道路路面綠化隔離帶中分散排放。

方案二：豎井自由敞開+豎井設(shè)機械風口分散排放方案，該方案在丈八東路以東，隧道沿線布置大小不一的敞口豎井；丈八東路以西布置內(nèi)設(shè)軸流風機的豎井，使隧道內(nèi)污染物沿途在城市道路路面綠化隔離帶中分散排放。

方案三：豎井自由敞口分散排放方案，隧道沿線布置大小不一的敞口豎井，使隧道內(nèi)污染物沿途在城市道路路面綠化隔離帶中分散排放。方案三豎井平面布置如圖1所示

圖1 方案三敞口豎井平面布置圖

各方案通過計算分析，得到方案一、方案二及方案三在滿足通風效果前提下，隧道內(nèi)射流風機和豎井軸流風機的配置，

表1 北線射流風機及軸流風機配置表

根據(jù)南北線計算結(jié)果，可以得到：

（1）從風機配置來看，方案一需要射流風機56臺，軸流風機42臺；方案二需要射流風機54臺，軸流風機25臺；方案三需要射流風機70臺。方案一所需風機最多，方案三最少。

（2）從運營風機控制來看，方案一和方案二均需針對不同的行車工況，進行隧道內(nèi)的射流風機和豎井軸流風機的組合開啟；發(fā)生阻塞的位置不同，開啟豎井的位置不同，豎井軸流風機的工作方式也不同，通風控制復雜；其中方案一的控制復雜程度又明顯大于方案二。而方案三僅在隧道中設(shè)置了射流風機，僅需針對不同行車工況控制射流風機的開啟，控制簡單。

（3）從維修養(yǎng)護來看，方案一和方案二豎井設(shè)置風亭對軸流風機有保護作用，但增大了維修養(yǎng)護難度；但若不設(shè)置豎井風亭，隧道內(nèi)的行車環(huán)境和風機的養(yǎng)護條件又惡化。而方案三僅在主隧道中設(shè)置射流風機，風機的維修養(yǎng)護相對簡單。

（4）從隧道內(nèi)的通風效果來看，三種方案均能達到細則規(guī)定的通風效果。方案一和方案二在隧道出口開啟了一定數(shù)量豎井的軸流風機排風，隧道出口風速較低，出口排出的污染物量少。而方案三隧道出口風速相對較大，出口排出的污

染物量相對較多。但在正常行車工況下，污染物已從沿線以及不同行車工況下風機的開啟方案。三方案以北線為例，計算結(jié)果匯總情況如表1、表2。豎井排出較多，隧道出口污染物濃度均在30ppm以下。

表2 北線不同行車工況的風機開啟表

（5）從對沿線景觀影響來看，方案一與方案二豎井設(shè)置分散，而方案三設(shè)置相對集中，方案三對沿線景觀影響小。

綜上所述，從風機配置、運營風機控制、維修養(yǎng)護、通風效果及對沿線景觀影響綜合比較，建議科技八路隧道采用通風方案三[2]。

3 結(jié)束語

通過對三種運營方案的網(wǎng)絡(luò)計算分析，從風機配置、運營風機控制、維修養(yǎng)護、隧道內(nèi)的通風效果、對沿線景觀影響綜合比較，建議科技八路隧道采用“射流風機+豎井自由敞口”的通風方案。經(jīng)過計算，得出了推薦采用方案的風機配置和不同行車工況下的風機開啟情況，為該通風方案的運營通風設(shè)計和控制提供了依據(jù)。