谈特长隧道三段式通风设计

秦 小 超

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

近年来，作为国家重点基础建设的公路工程经历了蓬勃发展，以大范围、大规模、大体量为主要特征的公路建设模式已逐渐成为过去时。随着国家综合国力的进一步提高，公路建设正经历着由“大”到“精”的时代转型，经过规范多次更新和实践重复检验，公路工程从设计、施工到运营、养护全生命周期实现了跨越式发展。目前，等级较高的高速公路建设已初步实现城市互联、环线明显，公路建设的重心向偏远山区不断偏移，作为主要控制性工程之一的公路隧道由于受到地形限制和需要绕避不良地质等因素，导致特长隧道占比不断攀升，其设计与施工要求也是愈发严格，不仅要考虑隧道主体结构、路面、防护、排水等主体工程的地域差异化设计，还要着重考虑通风、照明、消防等运营设施的综合设计[1]。隧道通风设计不仅很大程度上制约主体设计，还显著影响隧道施工进度，同时对隧道运营期行车安全、救援效率等起着至关重要的作用，并且对隧道项目经济效益有显著影响，故而通风方案的优劣很大程度上制约特长隧道总体设计的成败。现阶段一般来说，通风方案设计与隧道主体设计由不同人员参与，从而优秀的通风方案是在与土建设计不停沟通、调整、优化的过程中形成，这个过程中势必会受到建设条件、造价、工期等多方面因素的影响，设计中既要考虑这些因素，还要对这些因素造成的影响进行详细的对比。结合工程案例，综合多方因素，对特长隧道通风方案进行设计比选，为隧道设计提供高质量的前期设计准备，为隧道施工运营提供基础性保障。

1 工程概况

某特长隧道为规划中所属高速公路的重要组成部分，同时是确定的先期开工点，其位于构造溶蚀剥蚀中山区，该区新构造运动发生中度隆起，长期遭受剥蚀溶蚀作用而形成，隧道围岩主要由奥陶系马家沟组灰岩组成，强～弱风化。在对周边公路网现状调查和通过数据模型预测后，得到交通组成货车与客车比例为1.3∶1，其中以运输能源、矿产、消费品等资源的特大货车占比最大，根据公路等级和交通量需求，隧道按双向四车道分离式双洞设计，左右洞建设里程均超过6 km，左洞为6.94 km，右洞为6.98 km，设计速度为100 km/h，隧道底板最大埋深480.6 m。

2 设计方案与分析对比

公路隧道通风设计是根据公路等级、建设长度、设计速度、设计交通量、车道数、平纵线形、地形地质等因素，进行多方面深入细致的综合分析后确定合理方案，实现隧道建成后对烟尘、明显影响人体健康的CO等有毒气体以及空气中的异味进行充分稀释的基础工作[2]。

根据该隧道左、右洞交通流大小及主要车型等差异，综合考虑地形地貌、通风需求和施工进度，确定设计理念。左、右洞主要差异在于稀释烟尘为左洞主要通风需求，其近期设计风速为6.1 m/s～14.8 m/s，远期风速已超过规范要求的10.0 m/s，而稀释空气异味为右洞主要通风需求，需风量不大，设计风速不大于7.0 m/s。

要实现特长隧道各通风区段尽量小的设计风速，最有效、最直接的措施是建立各个区段独立送排风[3]，结合调查结果左洞交通方向大车尤其是特大型货车较多，需采用分段式纵向通风方式，以期尽可能降低粉尘污染，满足隧道内烟尘设计浓度，保障洞内环境卫生，达到隧道安全卫生标准要求。右洞与左洞相比交通量较小，设计较为简单，采用全射流风机通风即可满足要求。

2.1 双竖井通风

竖井送排式纵向通风方式是通过竖井交换隧道内外的空气，在排出污染气体的同时送入新鲜气体，进而加大纵向通风方式的适用长度[4]。

方案A：左洞两竖井分三段轴流风机送排风+射流风机通风，竖井布置见图1。

由图1可见，隧道左洞长度为ZK，右洞长度为YK，结合现场勘察结果，在合理位置于左洞设置两处竖井用于隧道通风，竖井编号为1号、2号，双竖井将隧道分为L1段、L2段和L3段共三段进行通风设计，三段长度均不足3.0 km，为满足火灾工况下排烟需要，通过竖井排风道给右洞设置联络排风道，将右洞划分为3段较为独立的防火分区，实现正常通风要求和隧道防灾减灾需要双管齐下。

经计算此方案远期三段式通风设计风速均不足10.0 m/s，可以较好的满足隧道在不同工况下的通风需求。此方案优缺点较为明显，优点主要是竖井长度较短，轴流风机功率较小，缺点也较为突出，由于竖井进口位置较为偏远，现场地形较为复杂，所需施工便道较长，增加辅助工程量，同时竖井功能上只能用于通风，虽然必不可免的增加施工开挖面，但无法做辅助正洞建设的施工井，从而隧道主体工期较长。

2.2 双斜井通风

斜井送排式纵向通风方式原理与竖井送排式纵向通风方式相同，通过斜井交换隧道内外的空气，既排出隧道内污染气体，也送入新鲜气体。

方案B：左洞两斜井分三段轴流风机送排风+射流风机通风，斜井布置见图2。

由图2可见，在左洞设置两处斜井将隧道分为三段实现分段通风，斜井编号为3号、4号，L1段、L2段和L3段分段情况与方案A一致，同时在右洞布设联络排风道。

经计算方案B与方案A的射流风机数量和通风计算结果相同，也能够较好的满足隧道在不同工况下的通风需求。与方案A的主要区别在于斜井比竖井长度长很多，风阻明显比竖井大，后期运营成本必然较方案A要高，但双斜井既可作为运营通风井，也可作为施工工作井辅助隧道主洞建设，增加多个施工工作面，可有效缩短工期。

2.3 斜、竖井通风

方案C：左洞一竖井、一斜井分三段轴流风机送排风+射流风机通风，竖井布置见图3。

由图3可见，隧道左线布设5号竖井、6号斜井两处通风井，同样为右洞布设联络排风道，与方案A、方案B通风分段设计相同，斜井和竖井将隧道分为L1段、L2段和L3段三段进行通风，并且右洞被分为三个防火分区，较合理的满足正常交通工况和火灾、交通阻滞等异常交通工况的通风需求。

经相同的计算方法，可知斜、竖井配合通风与双竖井、双斜井的通风计算结果相同，射流风机数量也一致。相比方案A、方案B，此设计方案采取折中，兼顾方案A、方案B各自的优点，同时一定程度上削弱了两者存在的缺点，在各方面条件允许的情况下，达到节约造价和提高施工效率的平衡，是较为合理的设计方案。

3 结语

“十三五”规划收官之年，隧道建设已成为公路建设中尤为重要的一环，优秀的隧道设计与施工很大程度上决定着公路建设与运营的品质。本文结合工程案例，以新规范为主要依据，通过对比通风效果，并综合考虑布设斜、竖井作为通风井，同时适当条件下辅助隧道正洞施工对工程规模、建设工期、造价控制等的影响，对比提出在施工环境较为良好的基础上，特长隧道三段式通风采用一斜井、一竖井，并设置联络排风道的设计方案，可以较好的满足隧道通风要求，同时兼顾隧道防灾减灾要求及工程造价节约与建设工期优化理念，为类似特长隧道通风设计提供设计经验予以借鉴，推动现代化隧道建设。