高原环境超长隧道运营通风方案研究

2021-03-12

工程技术研究 2021年4期

中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710075

1 设计需风量及通风计算结果

对计算行车速度及以下各工况车速按10km/h为一档，并考虑交通阻塞状态，分别计算稀释CO需风量和稀释烟尘浓度需风量，还应满足隧道空间不间断换气频率3次/h，且隧道内换气风速不应低于1.5m/s。此外，隧道通风还应满足隧道在火灾时排烟、救援通风要求。取较大者作为设计需风量。姜佩隧道左线近期、左线远期、右线近期、右线远期最大需风量分别为686.08m3/s、1020.28m3/s、686.08m3/s、1020.28m3/s，均由40km时速下稀释CO浓度工况控制。

2 隧道通风系统计算结果分析

姜佩隧道洞内近期设计风速最大为10.46m/s，远期设计风速最大为15.55m/s，左、右线近远期风速均超过10m/s的限制要求，且为满足火灾烟雾在隧道内的最大行程不宜大于5000m的要求，隧道左、右线需考虑设置斜（竖）井分段通风。

3 隧道运营通风井方案比选

结合姜佩隧道特点，通风井设计需要考虑施工工期、土建费用、运营费用以及施工风险及通风效果。相同面积平导、无轨斜井以及有轨斜井延米造价相差不大，其中平导延米造价较无轨斜井低，无轨斜井较有轨斜井延米造价略低，竖井造价比斜井和平导造价约高出40%～60%。平导一般布置于地形受限严重区域，因此平导一般长度较长。与有轨斜井方案纵坡相比，无轨斜井纵坡较缓，因此长度较有轨斜井长，但是有轨斜井需要安装轨道和运输设备，且由于有轨斜井纵坡较大，运渣存在一定风险，因此对主洞结构和施工人员构成安全威胁。竖井对主洞施工辅助功能有限，且施工难度大，可能会出现涌水导致竖井无法施作[1]。因此选择通风井方案需要考虑各方面因素综合比选。

对于采用两井三区段和单井两区段通风方案，考虑通风井位于大致三等分或两等分位置处，具体如表1所示。

表1 姜佩隧道通风井方案研究

（1）竖井：深度达到565m，竖井口位于山顶，施工便道修筑困难，施工场地狭窄，且计算通风面积大、竖井结构断面大，施工风险极大，不利于施工开展，施工便道最长，很难辅助主洞施工，因此竖井方案不再作为比选方案。

（2）有轨斜井：考虑有轨斜井造价和辅助主洞施工效率，有轨斜井布设长度为1000m以上，其经济性不明显，该项目受隧道所在区域地形和构造影响，有轨斜井洞口地面高程较高，斜井纵坡坡度较大，施工难度较大且洞口区域地面陡峭，施工作业困难。因此，将有轨斜井方案作为比选方案。

3.1 隧道通风方案比选

（1）通风方案一：全射流纵向式通风（左、右线）。按表1的设计风量计算出姜佩隧道左线设计风速最大为15.55m/s（需风量为1020.28m3/s)，右线设计风速最大为15.55m/s（需风量为1020.28m3/s)。依据《公路隧道通风设计细则》（JTG/T D70/2-02—2014）（以下简称《细则》），姜佩隧道左、右线近期远期风速均超过《细则》不大于10m/s的要求，同时结合《细则》中关于火灾排烟设计的原则“火灾烟尘在隧道内的最大行程不宜大于5000m”的要求，隧道采用全射流纵向式通风不合适。

（2）通风方案二：单斜井同时对左、右洞进行送排风。结合方案一需风量结果及依据《细则》中关于最大风速和火灾排烟设计的原则的要求，左、右线均采用单井送、排式通风方式。结合现场踏勘并结合地形，在桩号K245+700设置1座无轨斜井，对左、右线进行送排风。左线每段长度分别为4235m和2805m，排风段设计风量为578.95m3/s，设计风速为8.82m/s；送风段设计风量为578.95m3/s，设计风速为8.82m/s。右线每段长度分别为4209m和2931m，排风段设计风量为655.8m3/s，设计风速为10m/s；送风段设计风量为655.8m3/s，设计风速为10m/s。该方案各段风速均超过8m/s的经济风速要求，故该方案不合适。

（3）通风方案三：两斜井（无轨）同时对左、右洞送排风。推荐左、右线均采用1号斜井（左、右线）（无轨运输）+2号斜井（左、右线）（无轨运输）送排式通风方式。结合现场踏勘并结合地形，在桩号K243+800、K246+150分别设置1座无轨斜井，对左、右线进行送排风。左线每段长度分别为2335m、2350m和2355m，排风段设计风量为529.03m3/s，设计风速为8m/s；送风段设计风量为529.03m3/s，设计风速为8m/s。右线每段长度分别为2310m、2350m和2380m，排风段设计风量为442.64m3/s，设计风速为6.75m/s；送风段设计风量为442.64m3/s，设计风速为6.75m/s。

（4）通风方案四：两斜井（有轨）同时对左、右洞送排风。推荐左、右线均采用1号斜井（左、右线）（有轨运输）+2号斜井（左、右线）（有轨运输）送排式通风方式。结合现场踏勘并结合地形，在桩号K243+800、K246+150分别设置1座有轨斜井，对左、右线进行送排风。左线每段长度分别为2335m、2350m和2355m，排风段设计风量为529.03m3/s，设计风速为8m/s；送风段设计风量为529.03m3/s，设计风速为8m/s。右线每段长度分别为2311m、2350m和2379m，排风段设计风量为442.64m3/s，设计风速为6.75m/s；送风段设计风量为442.64m3/s，设计风速为6.75m/s。隧道风机房方案确定：由于姜佩隧道地面风机房位置偏僻、交通不便、地形较陡峭、后期维护不便，而地下风机房安全风险可控，优势较明显，因此推荐采用地下风机房。

3.2 隧道通风方案的比选论证

通过对隧道各通风方案土建工程费、运营维护费及设备费进行经济比较做出相应适当的选择。姜佩隧道总费用具体如表2所示。对各通风方案进行技术、经济综合比较，如表3所示。通过不同角度的比选可以看出，方案三虽然总费用略高于方案四，但在技术难度和防灾救援上有明显优势[2]。经综合考虑，本着节能降耗、环保优先和救灾方便的原则，姜佩隧道推荐采用通风方案三，即两无轨斜井同时对左、右洞实行送排风方案。