十天高速西秦岭隧道通风方式研究

谭建德

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃兰州730030）

十天高速西秦岭隧道通风方式研究

谭建德

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃兰州730030）

西秦岭特长公路隧道是十天高速甘肃段全线的控制性工程，该隧道为上下行分离的双洞四车道隧道。该隧道左线全长为5464m，右线5700m，隧道左右线长度稍大于《细则》给出的采用全射流纵向通风的单向交通隧道的适用长度（5000m），按照常规方案，应采用竖井送排式通风方案。基于上述情况，本论述从降低隧道通风系统土建费用和节省运营电费的角度考虑，建议该隧道采用首期建设费用低、运营管理容易且经济效益显著、方式灵活的双洞互补式网络通风方案，近期关闭两洞换气通道，左右线采用纯射流纵向通风方案；远期开启换气通道，实施双洞互补式网络通风。

特长公路隧道；全射流纵向通风；双洞互补式网络通风；换气通道

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.10.020

0　引言

十堰至天水高速公路（编号为G7011）（以下简称十天高速）是福州至银川国家高速公路（G70）的横向联络线，该联络线东起湖北省十堰市，西至甘肃省天水市，走向与316国道大致相同，自东向西依次连接了福银高速（G70）、包茂高速（G65）、京昆高速（G5）和连霍高速（G30）四条国家级高速公路，途经湖北、陕西、甘肃三省，全线规划总里程约833km。西秦岭特长公路隧道是十天高速甘肃段全线控制性工程，为上下行分离的双洞四车道隧道，最大埋深达680m，穿越软岩大变形和断裂破碎带，地质情况极为复杂，施工难度极大。隧道左线起止桩号为ZK549+656-ZK555+120，全长5464m，右线起止桩号为ZK549+664-ZK555+364，全长5700m，双洞单向交通，设计隧道内行车速度80km/h。预测2025年高峰小时交通量1082辆/h，2033年2032辆/h。隧道平均设计标高，左线876.6m、右线877.4m。特长公路隧道的通风方式直接关系到隧道基建投资额及后期的运营费用，因此长大公路隧道应进行详细的通风规划和通风调查。本论述结合西秦岭特长公路隧道的交通量、工程造价及运营管理等情况，对其适用的通风方式进行探讨。

1　需风量计算

根据可行性研究报告给出的交通量预测情况及交通结构情况，以2025年以前作为近期通风阶段，2033年以后为远期通风阶段，依据实际情况选择西秦岭隧道需风量计算所需的各参数量值，根据《公路隧道通风设计细则》（JTJ/TD70/2-02-2014）计算确定西秦岭隧道左右线各工况下的需风量，见表1、表2所示。

表1　西秦岭隧道左线各工况下的需风量计算结果一览表

从表1可以看出，西秦岭隧道左线近、远期各正常行车工况下（30km/h～80km/h）稀释CO所需新鲜风量均大于稀释烟雾所需新鲜风量，但二者均较小，且车辆在隧道内高速行驶时需风量较小；交通阻滞工况下稀释CO和烟雾的需风量相对正常行驶工况明显增加，换气需风量最大，西秦岭隧道左线进、远期的控制风量均为换气需风量，近期285.90m3/s，远期为381.21m3/s。

表2　西秦岭隧道右线各工况下的需风量计算结果一览表

从表2可以看出，西秦岭隧道右线近、远期各正常行车工况下（30km/h~80km/h）稀释CO所需新鲜风量均小于稀释烟雾所需新鲜风量，究其原因是右线为长上坡路线。西秦岭隧道右线近期控制风量取值为311.65m3/s（换气），远期控制需风量取值为598.18m3/s（烟雾）。

2　西秦岭特长隧道近期通风方式

公路隧道的机械通风方式，一般分为全横向、半横向和纵向。根据2000年底的统计，全世界已建3.0km以上的公路隧道400多座，20世纪80年代以前建成的多为全横向式和半横向式通风，以瑞士、奥地利和意大利为代表。而20世纪80年代以后，关于公路隧道通风方式基本分为两大派。欧洲各国仍然以半横向、全横向居多，而亚洲以日本为代表，全为分段纵向。日本甚至认为，加静电除尘器的分段纵向通风方式，适合任何交通形式和任何长度的公路隧道。近年，欧洲各国的通风理念也有所改变，双洞单向交通，分段纵向通风方式，逐渐成为主流。国内的公路隧道通风方式，也经历了由最初的全横向、半横向向分段纵向逐渐过渡的过程。

中华人民共和国交通运输部2014年08月颁布实施的《公路隧道通风设计细则》（JTJ/TD70/2-02-2014）第4.1.2的条文说明中给出了采用全射流纵向通风的单向交通隧道的适用长度为5000m以内。事实上，上述规定目前实际工程中已有所突破，如今国内外人士对全射流纵向通风已经有了新的观念和认识，很多公路隧道通风实践中也业已突破了上述规定。新疆西天山南北公路通道上的西天山隧道长16000m，近期拟采用全射流通风方式；2014年通车的张涿高速分水岭隧道右线长6844.4m，近远期均采用全射流通风方式；国道主干线公路户宁段（GZ40）秦岭Ⅱ号隧道下行线全长6144m，近远期均采用全射通风。国外也有全射流纵向通风方式隧道适用长度突破5000的应用实例，意大利奥斯塔隧道，全长7.6km（单洞），采用全射流纵向通风方式；挪威Fodness隧道长度6.5km左右，采用全射流通风。

《公路隧道通风设计细则》4.2.1条规定，单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s，特殊情况不应大于12m/s。由《细则》规定和上述突破标准要求的工程实例来看，洞内风速是否超标是全射流纵向通风方式能否采用的关键，而非隧道长度，当然防灾救援也是能否采用全射流纵向通风方式的重要因素。由表1和表2可知，西秦岭特长公路隧道左右线近期控制风量分别为285.90m3/s和311.65m3/s，洞内风速分别为4.55m/s和4.96m/s，远小于《细则》的要求，虽隧道排烟区段长度稍大于《细则》要求，但人员逃生和疏散可借助车行和人行横通道进行。因此十天高速西秦岭隧道左右线近期可采用全射流纵向通风方式。

3　西秦岭特长隧道远期通风方式

西秦岭特长隧道左线远期的控制需风量只有381.21m3/s，洞内设计风速为6.07m/s，小于规范允许风速10m/s，因此西秦岭隧道左线远期依然可采用全射流纵向通风方式。西秦岭隧道右线远期控制风量为598.18m3/s洞内设计风速为9.537m/s，与规范允许风速10m/s十分接近，从右线洞内卫生条件及运营安全考虑，西秦岭隧道右线已不适宜采用全射流纵向通风方式。针对西秦岭特长隧道远期左右线控制风量及洞内风速情况，根据国内外特长公路隧道通风技术发展现状及趋势，结合本工程特点，西秦岭隧道左右线远期较为可行的通风方案为：右洞通风系统设计采用斜井分段送排+射流风机组合分段纵向式通风方案，隧道左洞通风系统设计日常运营采用全射流纵向式通风，在与右洞排风口对应位置增设排烟口与右洞排风道相连，发生火灾时采用分段排烟方案。

《细则》条文7.9.1规定：吸尘式纵向通风方式可用于特长公路隧道。条文说明7.9.1作如下解释“如果在隧道内部合适位置（一处或数处）设置吸尘装置滤除汽车尾排有害气体中的烟尘，就可以取消或减少竖井，增加纵向通风方式的适用长度”。由细则条文及国外的一些文献来看，当按稀释烟雾浓度指标计算得到的隧道需风量大于按照稀释CO浓度指标计算得到的隧道通风需风量时，同时稀释烟雾的需风量为控制需风量，隧道就满足了采用吸尘式纵向通风方式的必要条件。由表2可知，西秦岭隧道右线远期控制风量为时速80km/h时稀释烟雾的需风量，该控制工况下稀释烟雾需风量与稀释CO需风量比值高达4.604，完全适合吸尘式纵向通风方式。故西秦岭隧道左右线远期可采用吸尘式纵向通风方式（右线）+全射流纵向通风（左线）的方式。

双洞互补网络式因其不依赖竖井或斜井，充分利用负荷较低侧隧道线路富余风量的先进理念逐渐成为一种较有竞争力的特长公路隧道通风方式。西秦岭隧道右线远期需风量为598.18m3/s（稀释烟雾），左线远期需风量291.13m3/s（CO工况），其右左线通风负荷比为2.055，针对西秦岭特长公路隧道左右线远期通风负荷严重不均衡的情况，西秦岭特长隧道远期可采用双洞互补式网络通风方案。

西秦岭特长公路隧道远期各通风方案的技术经济比较见表3。由该表知，与分段送排+射流风机组合分段纵向式通风方案相比，双洞互补式网络通风可以节约初期投资6776.8万元，与吸尘纵向通风方案相比节约初期投资2526万元。经上述分析西秦岭特长公路隧道近期左右线采用全射流纵向通风方式，远期采用双洞互补式网络通风方案。

4　结论

（1）目前采用全射流纵向通风方式的单向交通隧道的适用长度已突破了我国《细则》中关于适用长度的最新规定，适用长度已接近7000m。基于《细则》对单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s的规定，西秦岭特长公路隧道左右线近期可采用全射流纵向通风方式。

（2）西秦岭特长隧道右线远期洞内设计风速为9.537m/s，与《细则》允许风速10m/s十分接近，从洞内卫生条件及运营安全方面考虑，西秦岭隧道右线已不适宜采用全射流纵向通风方式。经过对西秦岭特长公路隧道远期各通风方案的技术经济比较，建议远期采用首期建设费用低、运营管理相对容易且经济效益较为显著的双洞互补式网络通风方案。

表3　西秦岭隧道远期各通风方案的技术经济比较

（3）西秦岭特长隧道左右线间设置双洞换气风道后，通风方式更加灵活。近期关闭换气风道，双洞可分别采用全射流纵向通风，远期交通量增大时，可开启双洞换气通道，采用互补式网络通风。可以说，该通风方案兼容全射流纵向通风方案，可操作性强。

［1］JTG/TD71-2004.公路隧道交通工程设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［2］JTGB01-2014.公路工程技术标准［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［3］JTGD70-2004.公路隧道设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［4］JTG/TD70/2-02-2014.公路隧道通风设计细则［S］.北京：人民交通出版社，2014.

［5］曾艳华，关宝树.公路隧道全射流纵向通风方式的适用长度［J］.公路，1998（01）：38-41.

［6］肖尧.特长公路隧道通风方式探讨［J］.重庆工商大学学报（自然科学版），2014，31（08）：97-100.

［7］夏丰勇，王亚琼，谢永利.公路隧道双洞互补式通风的设计方法与试验［J］.公路交通科技，2015，32（03）：103-108.

U453.5

A

2016-7-25

谭建德（1976-），男，汉族，青海格尔木人，大学本科，高级工程师，主要从事高等级公路项目建设管理工作。