互通立交盖下复杂高大空间通风排烟研究

王黛，叶俊

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 510000）

随着城市的不断发展，高速公路增加上盖花园，盘活两侧土地成为一种新态势。车辆行驶过程中排放有害气体让盖下空间的通风排烟成为一个新的问题。当隧道内的有害气体浓度超过隧道的卫生控制标准时，必须采取相应的技术措施，以保障隧道的运营环境。许多学者已经对隧道的通风排烟作了大量研究。有人提出了正常运营工况下采用自然通风的单向行驶公路隧道长度限值计算方法；也有人采用热压原理分析计算了阻滞工况下有害气体的浓度；或者参考国内外最新成果，提出我国城市隧道污染物控制的浓度标准。

本文以实际工程为例，分析互通立交盖下复杂高大空间污染物浓度和火灾烟气影响，以期为后续类似工程提供经验参考。

1 工程概况

该互通立交采用上盖式结构，将立交主线、部分匝道、收费广场等覆盖在一个相对封闭空间内，盖下面积12.67万m2，最大断面面积超过3500m2，为国内首例将立交、收费广场、匝道等交通枢纽设置在相对封闭空间内的设计案例，既不同于传统的隧道，又有别于城市地下空间。

本工程给通风和排烟设计带来如下困难：（1）导致盖下空间内主线桥上桥下空间竖向连通；主桥与匝道、收费广场横向联通。（2）由于各个空间的连通，将直接导致主桥、匝道与收费广场内的气流难以独立组织。正常工况下，汽车行驶过程引起的交通风无法形成有效的动力风，盖下CO、汽车尾气等污染物无法通过交通风排出，而必须增加机械动力设备进行排除。火灾工况下，烟气四处扩散，使安全的无烟区域变成烟气区，对各个空间均存在干扰和不利影响。

2 通风排烟设计

基于ANSYS FLUENT软件，对盖下空间正常工况CO浓度和火灾工况气流运动规律进行模拟计算。本文将对比研究盖下为一整个大空间和按行车方向分成4个相对独立空间时空气流动规律。

2.1 一整个大空间

隧道为一整个大空间时正常工况CO浓度分布结果，从图1中可以看出主桥隧道与两侧匝道隧道空间内CO浓度均处于较低水平，隧道空间内大部分区域CO浓度均低于150ppm，CO浓度分布结果差别不大。主要原因是将整个隧道分成一个联通的大空间时，汽车尾气污染物可以向道路以外的空间扩散，一定程度上稀释了CO的浓度。

图1 整个大空间隧道正常工况CO浓度分布

当整个隧道之内的空间为一个连通的大空间火灾工况时，若火灾发生在东侧匝道附近，计算得到的一氧化碳污染物浓度分布如图2（a）所示。可以发现，燃烧产生的污染物从火源处逐渐扩散到主桥及西侧匝道空间。这说明发生在东侧匝道空间内的火灾会影响整个空间的行车安全。若火灾发生在主桥，计算得到的一氧化碳污染物浓度分布如图2（b） 所示。可以发现，燃烧产生的污染物从火源处逐渐扩散到主桥顶部。若火灾发生在西侧匝道，计算得到的一氧化碳污染物浓度分布如图2（c）所示。可以发现，燃烧产生的污染物从火源处逐渐扩散到主桥顶部及东侧匝道内。

图2 东侧匝道、主桥、西侧匝道火灾工况CO浓度分布

因此，隧道为1个连通的大空间时，正常工况下，CO浓度能满足规范要求，而一旦发生火灾，整个盖下空间都会被影响。

2.2 四个相对独立空间

根据车流行车方向，将盖下分成四个相对独立空间，每个空间内气流相互不影响。图3给出了隧道为4个相对独立的大空间时CO浓度分布结果，从图中可以看出主桥隧道与两侧匝道隧道空间内CO浓度均处于较低水平，隧道空间内大部分区域CO浓度均低于150ppm。火灾工况四个空间互相不影响，只需要排除着火隧道的烟气。

图3 四个空间隧道 CO浓度分布

综合以上分析可以发现，从火灾逃生安全的角度，若将隧道空间划分为一个整体，则存在匝道火灾严重危害主桥行车安全的问题。若将隧道空间划分为四个独立空间，正常工况下CO浓度满足规范要求，火灾工况时，不会影响其他相邻隧道空间。因此，本项目最终根据汽车行车方向，将整个空间划分为四个相对独立的空间。

图4 四个空间隧道10MW火灾工况CO浓度分布

经过充分的论证和研究，在匝道、主桥、匝道之间设置隔墙，将盖下空间分成各个分区，使不同行驶方向的车流相互不受影响。具体分区见图5。

图5 立交盖下隔墙设置情况

3 结语

该互通立交改造后，极大地方便了周边居民出行、疏散了交通、释放了土地空间。其加盖部分若为一个连通的大空间时，正常工况下，CO浓度能满足规范要求，而一旦发生火灾，整个盖下空间都会被影响。若将盖下空间划分为四个独立隧道，正常工况下CO浓度满足规范要求，火灾工况时，不会影响其他相邻隧道空间。因此，本项目最终根据汽车行车方向，将整个空间划分为四个相对独立的空间。