高楼山特长公路隧道通风方案研究

李玉平（甘肃交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

高楼山特长公路隧道通风方案研究

李玉平（甘肃交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

针对高楼山隧道特殊的工程特点，本文展开通风方案研究。首先，借助规范及以往工程设计经验计算高楼山隧道的需风量，通过计算分析得出，全射流纵向通风不能满足高楼山隧道运营通风的需要，宜采用分段式通风。其次，通过对各分段式通风方案进行定量分析比选得出，高楼山隧道钻爆法施工采用2斜井送排式与射流风机组合通风方案，TBM导洞扩挖方案采用1斜+1竖井通风方案。

特长公路隧道；需风量；运营通风；方案比选

1 前 言

从目前国内外长大隧道的设计经验来看，隧道通风所需费用一般与隧道的长度成正比，通风系统投资约占整个隧道投资的15%～25%，个别地形、地质条件复杂的长大隧道甚至可达50%；同时，对通风系统的维护管理又占隧道运营管理费的绝大部分，达到80%左右；因此，合理确定隧道的通风方式尤为重要。公路隧道的运营期机械通风方式主要有纵向式通风、半横向通风及全横向通风。纵向式通风主要适用于双洞单向交通隧道及较短的单洞双向交通隧道；半横向通风及全横向通风主要适用于单洞双向交通隧道。表1为国内目前部分长大公路隧道通风一览表。本文结合高楼山特长公路隧道的通风要求，针运营期通风方案的研究，旨在选择最优的通风方案指导施工，为本地区进口特长隧道建设提供借鉴的依据。

2 工程概况

武都至九寨沟高速公路是国家高速公路网平凉至绵阳高速公路（G8513）中的重要一段，是通达甘肃陇南市及四川省九寨沟的重要公路。拟建高楼山隧道左右洞平均长12.25km，属超特长隧道，位于文县尖山乡老爷庙至文县城关镇凡昌。高楼山区域具有“山大沟深，峰谷交错，坡陡弯急，且地下水位高”等特点，高楼山隧道具有“三高”，“一大”的地域特点，以及“两长”、“两多”、“两大”的工程特点。其中“两长”指斜井长(最长2.98km)、独头通风距离长(4.5km)。因此，本隧道的通风方案是设计阶段的关键技术重点。高楼山隧道设计参数如表2所示。

图1 高楼山隧道地质纵断面图

表1 国内目前长大公路隧道通风一览表

表2 高楼山隧道设计参数表

3 确定通风计算

3.1 通风计算参数

通风计算参数见表3。

1）设计交通量：高楼山隧道位于临江～文县，2021年、2025年、2030年、2040年交通量预测结果分别为7936、11338、16907、33583（单位为pcu/d），交通组成如表4所示。

2）高峰小时比例：高峰小时比例取值为12.7%，方向不均衡系数取值为0.60。

3.2 通风技术标准

1）隧道内CO允许设计浓度δ：①正常运营时，隧道洞内CO的设计浓度取值为δ=100ppm。②交通阻滞时，隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速vt≤30km/h，阻滞段长度不大于1000m，阻滞时间不超过20分钟，洞内CO的设计浓度δ=150ppm，其余段按正常运营考虑。

2）隧道内烟雾允许设计浓度K，见表5。

3）稀释空气中异味：根据交通量和隧道规模的特点，隧道空间不间断换气频率按每小时3次取值，同时应保证隧道内换气风速Vr≥1.5m/s。

4）火灾工况：火灾时排烟风速按Vr＝2～3m/s取值。

5）射流风机参数，见表6。

3.3 隧道需风量计算原理

1）稀释CO需风量

CO排放量Qco：

稀释CO所需的新风量Qreq(co)：

表3 隧道通风计算参数

表4 高楼山隧道交通组成（%）

表5 隧道烟雾设计浓度K（LED光源）

表6 射流风机型号

2）稀释烟雾需风量

烟雾排放量QVI：

3）稀释异味需风量

高楼山隧道长达13km，属于特长隧道，故换气频率可以定为每小时3次。因此，稀释空气中异味的需风量可用Qreq(异)=L×Ar×n/3600

采用纵向通风的隧道，换气风速不应低于1.5 m/s。在此规定下，隧道内稀释空气中异味的需风量应同时满足Qreq(异 )=1.5×Ar

4）最大需风量

在确定需风量时，根据上述的各种工况分别进行需风量计算，最后取Qreq(CO)、Qreq(VI)和中最大值作为设计通风量Q：

3.4 隧道需风量计算

根据以上计算原理进行隧道需风量计算，计算结果见表7、表8：

从表7、表8计算结果可以看出，全射流通风高楼山隧道主洞内风速达到了13.98m/s，远超过了规范关于“单向交通隧道设计风速不宜大于10m/s”的规定，且需风量较大，故不宜采用全射流纵向通风，宜采用分段式通风。

4 隧道运营通风方案研究

综合考虑高楼山隧道的通风需求以及隧道沿线地质、地形特征。对纵向全射流通风、半横向式通风、全横向式通风、竖（斜）井分段式纵向通风+全横向通风、竖（斜）井分段式纵向通风等方案从通风效果、经济指标、运营管理、防火防灾等方面进行综合比选。

图2 2斜井分段式纵向通风方案示意图

4.1 隧道运营通风方案

1）2斜井分段式纵向通风方案：设2座通风斜井，均作为左、右线共用的送、排风道，送风井与排风井之间采用隔板分割，风机房设于地下。1号斜井布置在距武都端洞口约3.0km处，2号斜井布置在九寨沟端洞口约4.5km处。三个通风区段长度分别为3.0km、4.7km、4.5km。

2）1斜+1竖井分段式纵向通风方案：设1座通风斜井、1座通风竖井，均作为左右线的送、排风道，送风井与排风井之间采用隔板分割，风机房设于地下。斜井布置在距武都端洞口约3.3km处，竖井布置在距九寨沟端洞口约4.0m处。三个通风区段长度分别为3.3km、4.9km、4.0km。

图3 1斜+1竖井分段式纵向通风方案示意图

表7 隧道左线需风量计算结果

3）两竖井分段式纵向通风方案：设2座通风竖井，均作为左右线的送、排风道，送风井与排风井之间采用隔板分割，风机房设于地下。1号竖井布置在距武都端洞口约2.5km处，2号竖井布置在距九寨沟端洞口约4.8m处。三个通风区段长度分别为2.5km、4.9km、4.8km。

表8 隧道设计风量与设计风速

图4 两竖井分段式纵向通风方案示意图

图5 2斜+1竖分段式纵向通风方案示意图

4）2斜+1竖分段式纵向通风方案：设2座通风斜井，1座通风竖井，均作为左、右线共用的送、排风道，送风井与排风井之间采用隔板分割，风机房设于地下。1号斜井布置在距武都端洞口约3.0km处，2号斜井布置在距武都端洞口约5.5km处；3号竖井布置在距九寨沟端洞口约2km处。四个通风区段长度分别为3.0km、3.7km、3.5km、2.0km。

5）1斜+2竖分段式纵向通风方案：设2座通风竖井，1座通风斜井，均作为左、右线共用的送、排风道，送风井与排风井之间采用隔板分割，风机房设于地下。1号斜井布置在距武都端洞口约3.0km处，2号竖井，布置在距武都端洞口约4.8km处；3号竖井布置在距九寨沟端洞口约2km处。四个通风区段长度分别为3.0km、4.4km、2.8km、2.0km。

图6 1斜+2竖分段式纵向通风方案示意图

4.2 隧道运营通风方案比选

从通风效果、经济指标、运营管理、防火防灾等方面对上述方案进行同等深度比较，比较结果如表9所示。

通过分析比选，以上通风方案均能较好的满足隧道的正常通风和防灾需求。方案一较其他方案土建费用居中，施工工期较短，运营费用较低。考虑到当前施工能力和水平及施工工期的安排，高楼山隧道钻爆法施工推荐采用2斜井送排式与射流风机组合通风方案，TBM导洞扩挖方案可采用1斜+1竖井通风方案，工期可满足初步计划要求。

5 结论及展望

1）通过计算分析得出，全射流纵向通风不能满足高楼山隧道运营通风的需要，宜采用分段式通风。

表9 不同方案定量比较表

2）通过对各分段式通风方案进行定量分析比选得出，高楼山隧道钻爆法施工采用2斜井送排式与射流风机组合通风方案，TBM导洞扩挖方案采用1斜+1竖井通风方案。

3）本文为设计阶段通风计算和方案比选，建议后期施工和运营中加强监测和研究，以便为今后同类工程提供可借鉴的依据。

[1]《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）

[2]《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009)

[3]《公路隧道设计细则》（JTG/T D70-2010）

[4]《公路隧道通风设计细则》（JTG/T D70/2-02-2014）

[5]王亚琼，蒋学猛，武义凯，等.公路隧道双洞互补式通风适用性分析[J].现代隧道技术.2015.03.

[6]李自强，谢文强，王明年，等.虹梯关特长公路隧道施工通风节能技术[J].现代隧道技术.2015.03.铁道科学与工程学报.2016.04.

Research on ventilation program of Gao Lou Shan extra long highway tunnel

This paper unfolds the ventilation program research aiming at the special engineering characteristics of Gao Lou Shan tunnel. First of all, Required air volume of Gao Lou Shan tunnel is calculated based on the norms and previous engineering experience,through the calculation and analysis, the total jet vertical ventilation can't meet the Gao Lou Shan tunnel ventilation needs,should adopt the sub-section ventilation. Secondly, in Gao Lou Shan tunnel,the drilling and blasting method adopts the scheme of the combination of the 2-inclined well and the jet fan,the TBM adopts 1 oblique Ventilation program through the quantitative analysis and comparison of the sub-section ventilation.

extra long highway tunnel；required air volume；operational ventilation；program comparison

U414

B

1003-8965(2017)05-0092-05