特长公路隧道通风方案比选研究

姜同虎 吴 华

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引言

随着高速公路的发展，越来越多高速公路向山区延伸，长度略大于5 km的特长公路隧道越来越多，而其交通量一般不大，隧道需风量通常由换气工况控制，全射流纵向通风方案可以满足隧道正常运营情况下的通风需求；但火灾工况下烟雾的最大行程长度可能大于5 km，无法满足相关规范要求。因此，特长公路隧道的通风方案需进一步比选研究，从而满足正常运营通风以及火灾工况下烟雾排放的需求。

1 工程概况

雾岭头隧道为特长分离式公路隧道，右线长5 700 m，左线长5 680 m，隧道纵坡为1.05%的单向坡，隧道设计高程介于46.226 m～105.558 m，隧址区属中低山区，地形起伏较大，多年平均温度15.6 ℃。

雾岭头隧道的设计速度为80 km/h，根据隧道通风标准计算各工况下需风量，经比较隧道近、远期控制需风量均为换气工况，换气需风量为310 m3/s，隧道的设计风速为4.75 m/s，满足规范中设计风速小于10 m/s的要求。

根据《公路隧道通风设计细则》中规定：火灾烟雾在隧道内最大行程不宜大于5 000 m。因此，为满足雾岭头隧道内火灾工况下防灾排烟需要，需在隧道洞身部位增设排烟口。结合国内已有研究成果[1]，以及类似规模隧道工程通风设计经验，雾岭头隧道防火分区宜按两段考虑，以缩短火灾烟雾在隧道内的扩散行程，降低火灾风险。

2 隧道通风方式比选

长度大于5 km隧道需划分为两个防火区段，因此，需在隧道洞身修建通风斜竖井。按隧道通风方式可采用全射流纵向通风+斜(竖)井排烟方式、斜(竖)井送排式纵向通风方式两种方案。

方案一：全射流纵向通风+斜(竖)井排烟方式。

根据隧道需风量计算结果，并考虑地形、地质、环保等方面因素，正常运营工况下，隧道近、远期均采用全射流纵向通风方式；火灾工况下，通过在隧道洞身部位设置的斜(竖)井排烟[2]，满足烟雾最大行程要求。该方案初期机电投资和建成后的运营费用均较为经济，射流风机采用多组分级控制可适应各种运营工况条件的要求。

方案二：斜(竖)井送排式纵向通风方式。

根据隧道需风量计算结果，为减少射流风机布置台数，高效快捷的送风换气，可在雾岭头隧道洞身设置1处斜(竖)井，左线上坡隧道采取斜(竖)井送排式纵向通风，右线下坡隧道采取全射流纵向通风，同时由斜(竖)井排风道向右线引入一条排烟通道，以满足正常运营及火灾排烟通风需求。

两种方案通风方式技术经济比选见表1。

表1 雾岭头隧道通风方式技术经济比选表

通过对雾岭头隧道通风土建、机电设备、运营管理等多方面综合分析，两种方案的斜(竖)井的井位选址一致，而方案二采用送、排风井合建形式，斜(竖)井的面积相对较大，地下联络风道、排烟风道布置相对复杂，土建费用及施工难度较方案一有所增加，而且装机总功率较高，后期运营费用、养护成本较高。考虑雾岭头隧道近远期交通量相对较小，正常工况下设计风速仅为4.75 m/s，远小于规范要求，采用全射流纵向通风方案可满足隧道正常运营通风需求，火灾工况下采用斜(竖)井分段排烟，结构形式简单，通风控制便捷，风机养护成本相对较低，故推荐雾岭头隧道采用全射流纵向式+斜(竖)井排烟的通风方式。

3 隧道通风井类型比选

隧道通风井一般采用斜井、竖井两种类型，根据雾岭头隧道工程实际情况，并结合隧址区地形、地质条件，施工难度、工期要求，运营期便利性等因素，对隧道通风井类型进行比选[3](见表2)。

表2 雾岭头隧道通风井类型技术经济比选表

雾岭头隧道斜井方案中通风井长度为350 m，倾角为7.41°，纵坡竖曲线半径采用100 m，平面曲线半径采用25 m。斜井采用钻爆法施工，无轨运输出渣。

雾岭头隧道竖井方案中通风井深85 m，竖井直径为4 m，为保证施工安全，采用正井法施工。

通过对雾岭头隧道斜井、竖井方案的技术经济比选，结合地质、地形条件及隧道施工工期要求，斜井的土建费用增加不大，且施工简便、安全，可有效解决特长隧道的工期问题；竖井施工工艺、施工设备复杂，安全性差，且无法解决特长隧道工期问题。故雾岭头隧道通风井推荐采用斜井方案。

4 结语

随着公路交通事业的不断发展，长度大于5 km的隧道将越来越多，火灾工况下隧道烟雾在隧道内最大行程要求将成为特长隧道防灾救援设计的关键性因素。通过对雾岭头隧道建设期、运营期的综合经济技术比选，采用全射流纵向式通风+单斜井排烟的通风方案具有较高的推广价值。正常工况下采用全射流纵向式通风，火灾工况下采用单斜井分段排烟，结构形式简单，通风控制便捷，风机房养护成本相对较低，可为类似特长公路隧道通风方案的研究提供参考。