公路运输

特长公路隧道双洞互补式通风物理模型试验

王亚琼，夏丰勇，谢永利，等

摘要：目的：随着我国公路建设迅猛发展，4～7 km特长公路隧道大量出现，采用传统通风方式很难适应发展的需求。针对双洞特长公路隧道，提出了双洞互补式通风方案，在上下行隧道之间设置2条换气横通道，进行隧道内空气交换，有效缓解上下行隧道通风负荷差异大的问题，从而使2条隧道内空气质量都能满足通风要求。依托大别山特长公路隧道工程，建立双洞互补式通风物理模型试验系统，分析2条换气横通道换气风量不同时隧道内流场分布规律，并论证该通风方式的可行性。方法：双洞互补式通风基本原理：当隧道左右线需风量之和不大于2条隧道的最大允许通风量之和时，可以在左右线隧道之间开设2条通风联络风道，将左右隧道联系起来构成一个通风网络，达到隧道内空气交换的目的。利用该原理确定左右线隧道的设计风量QL和QR；再根据公路隧道通风基本理论，计算隧道内污染物浓度，为确保左右线隧道内污染物浓度均不超过限制值，从而计算双洞互补式换气横通道位置的合理设置范围（Lm～Ln）。基于大别山公路隧道双洞互补式通风方案，根据相似理论，建立了1∶10的物理模型试验系统。为保证公路隧道通风物理模型与隧道原型力学相似，试验采用等效摩阻理论，在适当部位安装阻力隔栅代替相应长度的模型，经过试验测试，最终确定每条隧道设阻力隔栅14个，隔栅间距为3.6 m，模型长度为72 m。横通道长4 m，在每个通风横通道中间安装2台轴流通风机，满足双洞互补模型试验换气系统的要求。隧道通风模型整体布设 10个测试断面，每个断面分别设置 2个STP520风压计与1个风速计。通过模型试验调节1，2号风机频率，进而调节风机风量，并利用测试系统测量模型各断面的风速和风压，研究换气风量变化时隧道各区段的风速场和静压场的变化规律。结果：通过模型试验结果分析可知，（1）固定1号风机频率（即固定风量）时，随着2号风机频率逐渐增大，即2号换气横通道风量增加时，上行隧道内送风量增加，使得上行隧道内送风段、排风段和短道内风速均增加；同时下行隧道内排风量增加，使得下行隧道排风段风速增加，短道回流风量增加，送风段风速减小。（2）随着2号风机频率增大，2号换气横通道换气风量相应增加，下行隧道排风段风量增加，因此下行隧道排风段污染物浓度降低，通过 2号换气横通道进入上行隧道送风段空气的污染物浓度降低，进而上行隧道送风段污染物浓度降低，同时上行隧道送风动力增加，也使得上行隧道排风段风量有小幅增加，因此上行隧道排风段污染物浓度也略有降低；然而2号换气风量增加，使得下行隧道排风量增加，短道回流风量增加，送风段风量减小，因此下行隧道送风段污染物浓度随之增加。（3）固定2号风机频率（即固定风量）时，随着1号风机频率逐渐增大，即1号换气横通道风量增大时，上行隧道内排风量增加，使得上行隧道排风段风速增加，其短道回流风量增加，送风段风速减小；同时下行隧道内送风量增加，下行隧道内送风段、排风段及其短道内风速均增加。（4）随着1号换气横通道风量的增加，上行隧道排风段风量增加，因此上行隧道排风段污染物浓度降低，通过1号换气横通道进入下行隧道送风段空气的污染物浓度降低，进而使得下行隧道送风段污染物浓度降低，并且下行隧道送风动力增加，也使得下行隧道排风段风量有小幅增加，因此下行隧道排风段污染物浓度也略有降低；然而1号换气风量增加，使得上行隧道短道回流风量增加，其送风段风量减小，因此上行隧道送风段污染物浓度会增加。结论：

互补式通风系统将2条隧道内的风流联系起来构成了一个整体，当其中某个区段的换气风量变化，则2条隧道各区段的流动都会发生变化。增大送入上坡隧道换气横通道的风量，下行隧道出口处污染物浓度降低，上行隧道出口处污染物浓度升高；增大送入下坡隧道换气横通道的风量，上行隧道出口处污染物浓度降低，下行隧道出口处污染物浓度升高。因此，双洞互补式通风方式是可行的，通过横通道使下坡富余的新鲜空气进入上坡隧道，降低上坡隧道污染物浓度；使上坡污染空气进入下坡隧道，降低上坡隧道的风速，在隧道内部实现换气，从而达到“同流合污”的通风目的。

来源出版物：中国公路学报， 2014， 27(6)： 84-90

入选年份：2016