公路隧道通风系统升级改造综述

姚毅 丁平 张博

摘要：公路隧道通风系统对隧道正常运营和火灾工况下的人员逃生有着至关重要的作用，它稀释隧道内有害气体及烟雾浓度，保持隧道内空气洁净。随着交通量日益增大和人们对隧道运营安全要求的不断提高，一些修建较早的隧道由于设备老旧、安全标准较低已不能满足正常运营要求。本文借鉴国内外经验对公路隧道通风系统升级改造的措施、方法做综合论述。

关键词：公路隧道 通风系统升级 风险评估

隧道通风系统的主要作用是保证隧道在正常运营及火灾工况下的人员安全，稀释隧道内有害气体及烟雾浓度，将其控制在一定范围内。欧洲早期修建的隧道主要为单洞双向交通（如瑞典），其通风方式也大多为横向通风，通风系统成本较高，由于其基础条件限制，发生火灾时也难以组织有效的人员逃生。有些单向交通隧道在运营初期车辆较少，设计通风量满足日常运营要求，但随着交通量日益增大，隧道内空气质量变差，为火灾工况下的人员安全埋下隐患[1]。目前欧洲各国在公路隧道通风系统升级改造方面有较丰富的经验和大量工程实例，我国通风系统改造却主要集中在矿井巷道方面[2]，尽管这两种结构形式类似，但技术要求和方法却存在较大差异，本文主要论述公路隧道通风系统改造。

1.通风系统升级改造主要步骤、方法

风险评估是隧道通风系统升级改造的第一步，通过对原有隧道进行人员安全的定性或定量分析，找出原有通风系统的不足，再根据现有条件提出不同的改进方法，就这些不同方法进行经济合理性、适用性的综合对比，确定最佳方案[3]。

公路隧道通风系统升级改造，关键在于提高隧道内纵向风速[4]，其主要方法如下：

（1）只增大隧道内空气纵向流动速率，如安装风机；

（2）增大空气纵向速率的同时增大隧道内的空气流量，例如通过送风管向隧道内注入高压空气；

（3）只增加或减少隧道内空气量，如利用多点排烟方式抽取隧道内烟雾。

这三种方法在选择时要根据实际情况，如隧道内可利用空间、技术可行性、造价等。

1.1增大隧道内纵向风速

增大隧道内纵向风速最简单的方法就是安装风机，就公路隧道而言可将风机安装在隧道顶部，根据需风量计算所需的风机台数，然后安装，这种方法运营成本较高，而且保养维修时需要封闭隧道，影响其服务水平。

有的公路隧道和城市隧道由于净空限制或者考虑到风机保养维护，不安装在顶部，风机可以安装在隧道两侧，两侧空间不足时就要考虑像紧急停车带那样对隧道内壁进行扩挖。外国学者通过实测和数值模拟发现，当扩挖隧道安装风机时，由于存在拐角，会产生强烈的紊流，不利于行车安全，也不利于空气流动。此时需要用导流板导流以减少风力损失，其缺点在于土建费用高。也有学者设想将风机做成香蕉状的弧形，这种形式可以很好解决紊流问题，但制作风机有较大技术难点。

1.2增大隧道内空气流速和流量

第二种方法是通过高压风管向隧道内注入空气，这种方法适宜于横向交通隧道，因为不需要额外再设置专用风道，可利用原有设备。需要注意的是由于车流的影响，需要对风管的入射角度进行调整，就理论而言，风管越和隧道轴线平行效果越好，但角度过小时，风力与洞壁的摩擦阻力增大，反而不利于隧道内通风。

1.3增大或减少隧道内空气流量

多点排烟式通风系统是这种通风方式的典型代表，主要应用于火灾工况下的隧道通风。通过设置在隧道顶部的排烟孔将烟雾抽离，降低其内部有害烟气浓度，为人员逃生创造条件。

从改造角度出发这种方法对正常运营通风效果不大，因而主要适用于原有通风方式为横向通风的隧道，单独设置排烟通道成本较高。这种方法的缺陷在于只适用于洞口压差不超过50-100Pa的隧道，目前地铁车站采取多点排烟通风方式，鉴于此，采用这种方法也较适合城市内交通隧道。

没有一种任何方法是通用的，要根据实际情况进行分析，考虑洞口压差、技术可行性、安装和维修造价、对使用者的影响等做出最优选择。

2.其他辅助方法及措施

隧道通风的主要目的是满足正常运营和人员逃生时的安全条件，当现有基础设施不满足实际需求时就要额外增加其他设备及方法，具体如下：

2.1平行通道

平行通道是单洞双向交通隧道或者相距较远单向交通隧道的辅助设施，它平行于交通隧道，每隔一段距离通过横通道和隧道连接，当隧道较长，特别是双向交通隧道中部发生火灾时，无论通风系统如何升级、优化，火灾下游总会有一部分车辆始终处于危险状态。平行通道给车辆逃离危险提供便利，但通风系统设计时需要保证通道内始终不受烟气侵袭。

2.2屏蔽门（帷幕）和自动喷淋系统

屏蔽门（帷幕）和自动喷淋系统是隧道通风系统的另一补充措施。屏蔽帷幕主要是在隧道内每隔一段距离设置的隔离构造物，当隧道内发生火灾时，距离最近的帷幕会自动垂下，配合通风系统阻止烟气向隧道两端扩散。这种方法目前大多还停留在理论阶段，地铁车站使用了屏蔽门[5]，但其功能和形式跟公路隧道大不相同。屏蔽门（帷幕）最大问题是如果其附近恰好有汽车存在，对这部分的人员逃生将十分不利。

自动喷淋系统主要是在隧道内一定区域设置喷水装置，当这一区域的车辆发生火灾时该系统自动喷水将火扑灭，其作为辅助措施可以有效减小通风系统的需风量、风速要求。但如何使着火汽车恰好在喷淋系统前，以及该系统所增加的投资也是需要考虑的。

本文针对公路隧道通风系统升级改造进行了综合论述，实际工况下要根据安全性、合理性、经济性对各种方法和辅助措施进行优化和组合，最终确定适用合理方案！

参考文献：

[1]吴怡青.城市道路隧道通风工程改造设计的体会[J].2011.

[2]辛兵.矿井通风系统改造[J].同煤科技，2010（1）：41-43.

[3]Stacey， C. and S.A.P. Ltd. REFURBISHMENT， RISK AND RESPONSIBILITY –DECISIONS WHEN UPGRADING TUNNEL FIRE PROVISIONS. in 6th International Conference‘Tunnel Safety and Ventilation.'Messecenter Graz -Tagungszentrum.2012.

[4]Sturm P. J.B.M.B.M. and A. Graz University Of Technology. THE INFLUENCE OF PRESSURE GRADIENTS ON VENTILATION DESIGN – SPECIAL FOCUS ON UPGRADING LONG TUNNELS.in 6th International Conference ‘Tunnel Safety and Ventilation.Messecenter Graz -Tagungszentrum.2012.

[5]王静伟，罗辉，王迪军.屏蔽门对隧道通风系统设计影响及分析[M].2006.