浅析板樟山隧道通风系统设计

周勇

（珠海市路桥管理处，广东 珠海 519000）

由于隧道交通环境的特殊性,隧道内一氧化碳浓度、烟雾浓度等指标直接影响到隧道交通的舒适性和安全性，尤其是一旦发生火灾事故，生命财产损失十分巨大。因此做好公路隧道尤其是我们这种城市主干道大交通量的隧道通风系统的设计意义非常重大。

一.工程概况

板樟山隧道位于珠海I级主干道上，设计速度车80km/h，是连接珠海市香洲与拱北的重要通道，也是20世纪90年代初我国第一条城市主干道隧道。隧道为双向四车道单向行车公路隧道，上（东线）、下（西线）行线长度均为1210米。该隧道分两期建成，其中下行（西线）隧道于1990年建成通车，上行（东线）隧道于1992年建成通车。经过二十年来的运行，隧道出现了渗漏水、裂缝等病害，机电系统老化，事故频发，急需大修升级。

二.系统现状及变更思路

大修前隧道通风系统采用半横向式通风，利用250KW轴流风机将洞内受污染空气经过隧道吊顶风道、斜井排出至半山腰处，半山腰设置隧道通风机房、变配电房、控制房等设施，我们运行管理设置岗位一个，配备十人二十四小时值班。经过二十年来的运行，通风系统设备老化，部分产品已遭淘汰，故障频发，维修成本巨大，有的甚至无法检修。六台250KW风机运行成本也大，也不符合当今低碳经济形势要求。再加上大修工程需要将吊顶拆除，风道不复存在。经全面科学综合考虑，利用大修契机变更通风方式，撤销原风机岗位及设施。

三.总体设计原则

根据国家相关技术规范和项目现状及目前国内外隧道通风设计经验，主要满足以下要求：稀释隧道内车辆行驶排出的废气（如CO气体和影响能见度的烟雾）；稀释隧道中的异味，保证合理的隧道卫生标准；火灾事故中，隧道通风系统可排出火灾产生的烟雾，并防止火灾产生热量的扩散，提供一定数量的新风，保证人员的疏散和消防扑救；控制排放和噪声，满足环保要求。

四、设计相关参数

1、隧道内轮廓基础数据隧道

通风面积：63.83 m2

隧道通风当量直径：8.15m

2、隧道内卫生标准

（1）一氧化碳（CO）允许浓度：

正常营运时：采用纵向通风方式，一氧化碳（CO）允许浓度取250ppm。

交通阻滞时：短时间（20min）以内为300ppm，计算长度1km。

（2）烟雾允许浓度：正常营运时：0.007m-1；交通阻滞时：0.009 m-1；当烟雾浓度为0.0120 m-1时,采用交通管制；进行养护时：0.0035 m-1。

（3）隧道内纵向风速 <8m/s；洞内换气次数n=4 次/小时，且风速≥2.5m/s；自然风速（设计取值）Vn=±2.0m/s；火灾工况设计控制风速 ≥2.5m/s。

本隧道通风计算中，结合车辆技术发展水平及本项目实际情况，通风计算中CO基准排放量、烟雾排放量基准排放量按自1995年起每年2.0%的速度递减。依据现阶段车流量统计及交通量预测，板樟山隧道特征年交通量、车辆折算系数、基年车型比例、未来各特征年车型比例预测值、高峰小时交通量表、新风量计算机分别见表1、2、3。其中：高峰小时交通量系数取7%上下行交通比例取0.55。

表2 车辆比例及折算系数

表3 板樟山隧道新风量计算表（m3/s）

五.通风设计方案

纵向式通风方式可充分利用行驶车辆活塞风的通风作用，降低隧道通风土建工程和设备的规模，降低能源消耗，是目前国内外高速公路隧道最常用和首选的通风方式。另外在火灾工况下，由于烟雾扩散的速度要小于车行速度，故火灾点前方的车辆可不受火灾的阻塞迅速向前疏散，火灾后方的人员可在通风系统控制下的无烟环境中安全撤离，可见纵向式通风也能很好的解决火灾排烟问题。所以纵向通风方式在公路隧道中得到广泛的应用。板樟山隧道上、下行线最大设计需风量为328.58m3/s，则设计风速为5.15m/s，满足纵向通风对风速要求。通风机全部采用射流风机。射流风机选用Φ1000mm可逆型射流风机出口风速31 m/s，叶轮流量30.0 m3/s。射流风机配置如表4。

表4 射流风机设置一览表

隧道通风控制按一氧化碳浓度、烟雾浓度指标，分正常工况、交通阻塞、污染、交通管制、养护维修和火灾工况几种类型分别计算，结果如下表。当单洞双向行车时，风机开启控制情况同于交通管制。

车辆按较高速度正常行驶，车辆带进隧道的新鲜空气满足隧道内换气要求，所以隧道换气不作为风机控制因素。射流风机两台一组，设置风机软起动设备，实行一对一启动控制。板樟山隧道通风控制见表5。

表5 板樟山隧道风机工况控制表

六.射流风机自动控制系统

1）、射流风机启动

由于风机功率大，启动电流大，对电网的冲击大，设计采用电子式电机软启动器启动风机，可实现平滑启动、正转、反转或停转。每台启动器均配置了RS485/422接口，可通过PLC通信模块上隧道局域网，实现与隧道管理所的通讯。

2）、程序控制

当每日交通量较为固定或柴油车混入率变化较小时，不考虑VI、CO浓度及交通量的变化情况，而是按时间区间（如白昼与夜晚、节日与平时等）预先编成程序来控制风机运转。

3）、手动控制

通过软启动器起、停、复位按钮，配合断路器，可实现射流风机检修或调试时的现场手动控制；或在隧道管理所使用键盘对各风机进行控制操作。由于风机启动对电网冲击大，严禁多组风机同时启动，同时不允许风机由正转立即进行反转运行，应在通风控制软件中予以设定。另外电机起闭次数不应过频，防止风机出现振荡现象。

七.火灾通风控制

受净空限制，隧道火灾时火焰向水平方向延伸，炽热气体可顺风传播很远，当隧道内有较大的纵向风流时，会使隧道全断面弥漫烟气，使人迷失方向并可能中毒死亡，隧道通风应避免或尽量减少火场高温烟气的扩散，防止炽热气体引燃火场以外的车辆，使火场扩大。所以隧道火灾工况及对策是通风设计考虑的重点，通风作业程序必须有利于人员疏散和逃生，有利消防人员从上风方向接近火场，开展灭火作业。对单洞单向交通而言，主要考虑以下两个阶段的通风。1）、人员撤离阶段。火灾隧道的纵向风速为0.5m/s，方向与行车方向相同，靠近火灾点附近的风机停止工作；2）、灭火阶段。火灾隧道的纵向风速大于临界风速，方向与行车方向相同；相邻隧道按交通管制后双向交通的需风量要求通风。

八.风机预埋件及控制箱

为确保风机安装安全，最大限度降低对土建衬砌的破坏，对风机悬挂段进行特殊加固处理：在风机中心桩号前后40cm处安装两榀I18工字钢，并用Φ25螺栓连接8#槽钢，最终通过Φ22螺栓将风机悬挂在槽钢上。风机控制箱安装在隧道侧壁预留的设备洞内，控制箱内安装有开关电气及30KW电子式软启动器（2台），已要求土建施工在此位置预埋上引金属套管至风机位置。施工时应将箱体安装牢固，保证与洞内的其它设备的安全用电距离，同时做好箱体的防护，要求防护等级不小于IP54。

九.结束语。

板樟山隧道大修工程隧道通风系统设计充分考虑了技术规范、项目现状、城市主干道等因素，既满足交通运行的舒适性、安全性，又满足运行管理的经济性。当然还有待在实际运行接受考验。

[1]《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）.

[2]胡彦杰，龙正聪.雪峰山隧道通风系统设计[J].中南公路工程,2006.01.

[3]周安宁.重庆市嘉华隧道通风系统设计[J].山西建筑,2008.01.