城市立交互通隧道纵向通风方案优化

邢文典，王明年，李 珂，李 博

(1.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031；2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都 610031)

[通信作者]王明年，教授，博导。

随着我国隧道修建技术的进步以及人们环保意识的增强，城市隧道等地下交通形式越来越为人们广泛运用。国内已建成的大型城市立交互通隧道有厦门的万石山地下立交隧道，在建的有厦门东坪山立交隧道和海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道以及重庆的朝天门两江隧道。目前国内对于城市立交互通隧道的通风方案进行了一定研究，刘宏[1]等对大型地下立交通风技术进行了相关研究，提出了当大型地下互通式立交左右洞隧道通风负荷差异较大时，可设置洞内空气交换站的纵向式通风方案降低功耗；王中正[2]等对深圳市过境高速公路连接线工程进行了正常营运和火灾工况下的风机配置。但上述研究主要针对实现清洁空气有效利用的方法或存在依托工程互通形式较为简单的问题。

1 工程概况

厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道下穿蔡尖尾山，海景路与疏港通道交叉处通过设置A、D两条匝道解决厦成高速与港区之间的交通转换，通过设置B、C两条匝道解决厦门本岛与港区之间的交通转换。厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道如图1所示，隧道参数见表1。

图1 海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道

由图1可知厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道的特点是主隧道分支匝道及匝道内部枝生匝道，其网络形式复杂，不仅东西向单向双线主隧道与南北向单向双线主隧道交通互通，匝道之间亦有交通分流汇流情况。目前尚无类似工程的通风方案研究，本文旨在建立立交互通隧道的通风控制标准，并对原纵向式通风方案进行优化。

表1 隧道参数

2 通风计算方法

2.1 通风计算体系

厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道主匝道互通网络复杂，根据匝道连接节点将互通隧道划分区段如图2所示。

图2 城市立交互通隧道通风计算分段

2.2 隧道运营需风量计算

根据JTG/T D70/2-02-2014《公路隧道通风设计细则》，以满足远期2040年隧道运营通风为目标，计算隧道各区段运营时稀释烟尘、CO和满足换气要求的需风量。隧道远期高峰小时交通量见图3，隧道远期需风量计算结果见表2。

2.3 通风控制标准

由于厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道存在多匝道与主隧道相连，污染物在通风网络内窜流，很多区段实际通风是被污染的空气，因此城市立交互通隧道运营通风各区段设计通风量中包含的新鲜风量应满足各区段需风量。根据厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道主匝道互通形式，将风流互通形式分为分流和汇流。下面根据新鲜风量满足需风量的要求分别对分流和汇流两种形式进行区段设计风量的理论推导，从而将各区段设计风量作为城市立交互通隧道运营通风控制标准(图4、图5)。

图3 远期2040年疏港通道—海景路立交流量流向(pcu/h)

表2 隧道远期需风量 m3/s

图4 分流示意

图5 汇流示意

2.3.1 分流

(1)

式中：Q1为区段1的设计风量；Qreq1为区段1的需风量；C1为区段1新鲜空气利用率；C0为区段1前区段新鲜空气利用率。

那么区段2的设计风量应满足：

(1-C1)·Q2≥Qreq2

(2)

即：

(3)

式中：Q2为区段2的设计风量；Qreq2为区段2的需风量；同理，区段3的设计风量应满足：

(1-C1)·Q3≥Qreq3

(4)

即：

(5)

式中：Q3为区段3的设计风量；Qreq3为区段3的需风量。

2.3.2 汇流

(6)

(7)

(1-C1)·Q1+(1-C2)·Q2≥Qreq3

(8)

Q3=Q1+Q2

(9)

3 城市立交互通隧道纵向式通风方案优化

3.1 全射流纵向式通风方案

厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道首先采用全射流纵向式通风，风向与单向交通行车方向一致，根据隧道各区段新鲜风需风量，由2.3节分流和汇流的通风设计风量的理论推导公式，得出厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道各通风计算区段的设计通风量和设计风速如表3所示。

由表3可以得出全射流纵向式通风在满足各隧道区段设计风量时，海景路左线二段的风速达到了10.4 m/s，超过了规范要求的风速10 m/s限值。因此，采用全射流纵向通风方案不能满足海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道的通风设计。

3.2 分段纵向式通风初步方案

在全射流纵向通风不能满足通风设计的前提下，将其改为分段纵向式通风设计方案，将送排风斜井布置在疏港通道，其中左线送风道里程ZK4+800，左线排风道里程ZK4+855；右线送风道里程YK4+898，右线排风道YK4+840。通风斜井布置示意图如图6所示。

表3 全射流纵向式通风设计风量及设计风速

厦门海沧疏港通道—海景路城市立交互通隧道分段纵向式通风初步方案各通风计算区段的设计通风量和设计风速见表4。

由表4可以得出分段纵向式通风初步方案在满足各隧道区段设计风量时，海景路左线下游的风速依然达到了10.4 m/s，超出了规范要求的风速10 m/s限值。因此，送排风斜井布置在疏港通道的情况下，分段纵向通风方案仍不能满足海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道的通风设计，需要修改通风方案。

3.3 分段纵向式通风优化方案

根据前面计算结果分析判断，通风不满足要求区段均是海景路左线下游，决定对分段纵向式通风方案进行优化，调整通风斜井位置设于海景路左线下游，右线上游。优化方案示意图如图7所示。

图6 分段纵向式通风初步方案

图7 分段纵向式通风优化方案

厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道分段纵向式通风优化方案各通风计算区段的设计通风量和设计风速见表5。

表4 分段纵向式通风初步方案设计风量及设计风速

表5 分段纵向式通风初步方案设计风量及设计风速

由表5可以得出分段纵向式通风优化方案在满足隧道各区段设计风量的同时通风风速均满足规范要求的单向交通隧道设计风速10 m/s限值要求。因此分段纵向通风优化方案能满足海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道的通风设计。

基于海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道分段纵向式通风优化方案的控制标准，利用网络通风技术，对海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道进行风机配置。

网络通风计算通风网络如图8所示。风机配置参数如表6和表7所示。

图8 优化方案通风网络

表6 射流风机参数

表7 SDZ260参数

分段纵向式通风优化方案风机配置如图9所示。

图9 优化方案风机配置

对风机配置进行通风控制标准校核，检验风机配置的合理性和正确性(表8)。由表8可得，分段纵向式通风优化方案风机配置合理，通风优化方案可行。

表8 分段纵向式通风优化方案风机配置控制标准校核

4 结论

(1)根据厦门海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道工程特点，建立了立交互通隧道通风计算网络模型。

(2)根据风量守恒原理和通风需风量要求，建立了城市立交互通隧道风流分流和汇流情况下的通风控制标准。

(3)对海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道通风方案进行了优化，将通风斜井位置调整到设计风速超出规范限值的区段，即调整到海景路左线下游，右线上游。优化后的分段纵向式通风方案满足通风控制标准的同时亦满足风速限值要求。

(4)根据分段纵向式通风优化方案，对海沧疏港通道-海景路城市立交互通隧道进行了风机配置，可以应用于实际工程。