城市长隧道通风方案分析

2021-04-04任涛

建筑与装饰 2021年9期

任涛

上海市政交通设计研究院有限公司上海 200030

引言

城市交通隧道通风方式主要取决于隧道长度、交通流量预测和交通方式等因素，不同的通风方式直接影响整个工程的经济性和运行后的通风效果及运营成本。本文中科技八路隧道工程，采用射流通风+竖井的纵向通风方式，并提出三种方案进行比选分析，从风机配置、运营风机控制、维修养护、隧道内的通风效果等比较。

1 工程概况

科技八路东西向，是联系中心城区及外围区域的主要交通干道之一，主线定位为城市快速路，设计速度80km/h，本次实施的快速通道改造工程，西起河池寨立交，东至太白路唐延路，全长约6.2km。科技八路主线隧道为双跨结构矩形隧道，全长约3827.4m，暗埋段总长约3326m。北线由东向西，设两个与主线隧道平行的入口匝道及一个出口匝道；南线由西向东，设两个出口匝道及一个入口匝道。南北线隧道标准横断面面积为45.84m2。

2 隧道需风量计算及通风方案选择

2.1 需风量计算

根据JTG/T D70/2-02-2014 《公路隧道通风设计细则》，在海拔高度3000m以下地区，公路隧道通风设计标准主要稀释对象限于卫生标准（CO、NO2）、安全标准（烟尘）和舒适性标准（空气中的异味），卫生标准以稀释机动车排放的一氧化碳（CO）为主，必要时考虑稀释二氧化氮（NO2）。

本隧道定位于城市快速路，其设计车速为80km/h，隧道稀释CO、稀释烟雾浓度通风量需按设计速度以下每工况车速10km/h为一档分别计算，并计算交通阻滞和换气的需风量，取较大者作为隧道设计需风量。按上述设计标准及计算原则，结合各段各预测目标年的交通量、组成及隧道各段的长度、设计纵坡及横断面积，计算了各设计年限的需风量。本隧道正常行车及交通阻滞时的需风量均由稀释CO控。以隧道北线为例，各路段需风量及隧道总需风量情况如表1所示。

表1 北线隧道需风量（m3/s）

由表1可知，隧道正常行车时，需风量均由20km/h车速下稀释CO控制，北线远期需风量为265.66m3/s；交通阻滞时，隧道需风量由稀释CO控制，北线远期需风量为363.34m3/s。

2.2 隧道通风方式

公路隧道通风方式的选择涉及隧道长度、交通量大小、行车方向、火灾安全要求、隧道周围环境评价以及施工方法等等。采用不同的通风方式，气流流动状况不同，其污染物浓度和空气压力分布各具特点，同时影响到整个工程的经济性和运行后的通风效果、运营成本。公路隧道通风方式有横向式、半横向式和纵向式通风。纵向式通风采用行车道作为通风空间，在单向行车隧道中可充分利用活塞风作用，减少能量消耗；且近二十年来国内学者已经解决了纵向通风的火灾烟雾控制问题和人员的安全疏散问题，其安全性得以提高。因此，纵向式通风已经成为国内高速公路隧道的主流通风方式。科技八路隧道主线为单向行驶的隧道，长3326m，综合考虑通风建设投资的影响，南北隧道采用纵向通风方案[1]。

2.3 隧道污染物排放方式

目前，城市隧道污染物的排放方式主要有以下三种方式：

方式一，新鲜空气从隧道入口流入，沿着隧道纵向不断稀释沿程产生的废气，从隧道出口集中排出。隧道越长、通行车辆越多，在洞口集中排放的污染废气总量会越大，对洞口周边环境影响也越大；方式二，新鲜空气从隧道入口流入，沿着隧道纵向不断稀释沿程产生的废气，由设立在隧道出口处的竖井风塔高空集中排出，从而减少污染废气对隧道出口周边环境的影响。该方式需根据具体情况考虑设置风塔，以保证高空排放对地面环境的影响在允许范围之内。方式三，间隔一定距离，在隧道顶部设置竖井，新鲜空气由隧道入口流入，沿着隧道纵向不断稀释沿程产生的废气，并沿程从竖井分散排放，从而降低污染废气在洞口对周边环境造成的影响。

科技八路隧道两线路面沿途主要途经居民区、商业用地、行政办公用地，需要同时满足交通性和景观性要求，且主线车流量较大，如隧道内所有污染空气全部从各自的洞口集中排出，势必会对洞口周边城市环境造成影响，通风方案上均考虑采用沿途排放污染物以减少洞口污染的集中排放。

因此，污染物的排放考虑采用方式三，即沿途分散排放方式。

2.4 运营通风方案的提出

根据前面分析，科技八路隧道采用射流通风+竖井的纵向通风方式。根据隧道的外部环境、匝道分布、地面交通及绿化带布置，提出了三种通风方案。

方案一：竖井设机械风口分散排放方案，隧道沿线布置内设轴流风机的竖井，使隧道内污染物沿途在城市道路路面绿化隔离带中分散排放。

方案二：竖井自由敞开+竖井设机械风口分散排放方案，该方案在丈八东路以东，隧道沿线布置大小不一的敞口竖井；丈八东路以西布置内设轴流风机的竖井，使隧道内污染物沿途在城市道路路面绿化隔离带中分散排放。

方案三：竖井自由敞口分散排放方案，隧道沿线布置大小不一的敞口竖井，使隧道内污染物沿途在城市道路路面绿化隔离带中分散排放。方案三竖井平面布置如图1所示

图1 方案三敞口竖井平面布置图

各方案通过计算分析，得到方案一、方案二及方案三在满足通风效果前提下，隧道内射流风机和竖井轴流风机的配置，

表1 北线射流风机及轴流风机配置表

根据南北线计算结果，可以得到：

（1）从风机配置来看，方案一需要射流风机56台，轴流风机42台；方案二需要射流风机54台，轴流风机25台；方案三需要射流风机70台。方案一所需风机最多，方案三最少。

（2）从运营风机控制来看，方案一和方案二均需针对不同的行车工况，进行隧道内的射流风机和竖井轴流风机的组合开启；发生阻塞的位置不同，开启竖井的位置不同，竖井轴流风机的工作方式也不同，通风控制复杂；其中方案一的控制复杂程度又明显大于方案二。而方案三仅在隧道中设置了射流风机，仅需针对不同行车工况控制射流风机的开启，控制简单。

（3）从维修养护来看，方案一和方案二竖井设置风亭对轴流风机有保护作用，但增大了维修养护难度；但若不设置竖井风亭，隧道内的行车环境和风机的养护条件又恶化。而方案三仅在主隧道中设置射流风机，风机的维修养护相对简单。

（4）从隧道内的通风效果来看，三种方案均能达到细则规定的通风效果。方案一和方案二在隧道出口开启了一定数量竖井的轴流风机排风，隧道出口风速较低，出口排出的污染物量少。而方案三隧道出口风速相对较大，出口排出的污

染物量相对较多。但在正常行车工况下，污染物已从沿线以及不同行车工况下风机的开启方案。三方案以北线为例，计算结果汇总情况如表1、表2。竖井排出较多，隧道出口污染物浓度均在30ppm以下。