太行山隧道通风方案的比选研究

郭 福

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原 030032）

1 隧道概况

昔榆高速公路太行山隧道穿越太行山北段，隧道的进口位于河北王家坪村西，出口位于山西茶叶洼村南。隧道为分离式双洞结构，最大间距34 m，属于特长公路隧道。隧道左线长13 915 m，单坡1.9%；右线长14 108 m，单坡1.9%。隧道横跨山西河北两省，其在河北省内约4 km，山西省内约10 km。

2 优化调整后的隧道需风量

公路隧道的通风原理：向隧道内注入新鲜空气，稀释洞内由汽车排出的废气和烟雾，使得隧道内的空气质量和烟雾透过率能保证司乘人员的身体健康和行车安全[1]。各独立隧道需风量计算按照稀释烟尘的需风量、稀释CO 的需风量、稀释空气中异味的需风量和火灾工况时的需风量分别计算后取最大值作为隧道最终实际需风量[2]。

综合优化后烟尘颗粒物（PM）年递减率仍维持初步设计的3%不变，折减年限控制在2035年。同时，根据实际调查情况，将重载LNG 货车按照汽油车计算需风量，占比按30%控制。按上述参数优化后，重新测算太行山隧道的需风量，并结合PIARC 2019 标准对太行山隧道进行各工况需风量对比后，太行山隧道近、远期各工况需风量计算采用结果如表2所示。

表1 太行山隧道概况

表2 太行山隧道近、远期各工况需风量计算结果 单位：m3/s

3 优化后的通风方案

目前特长公路隧道通风方案比选时采用送排式通风方案，从方案设计角度分析几种不同纵向通风模式的功能特点、适用条件，结合送排式通风，从全寿命周期角度，对通风井送排式方案进行比选研究[3]。原方案中，爬坡方向的隧道采用4 井分5 段通风方案，下坡方向隧道采用1 井分2 段通风方案，其中左、右线共用一竖井。隧道需风量优化后，爬坡方向的隧道可实行3 井分2 段或2 井分3 段的通风方案，下坡方向的隧道仍采用1 井分2 段通风方案。结合需风量确定分段方案后，从实际地形地质条件、通风需求、施工进度及工程造价等方面综合考虑，提出4 个方案[4]，具体如下。

3.1 优化通风方案一

右线2 斜井分3 段轴流风机送排风+射流风机通风，左线1 斜井分2 段轴流风机送排风+射流风机通风。隧道左线设置2 号斜井分为2 个通风段；右线设置1 号斜井、3 号斜井将隧道分为3 个通风段，具体设置详见图1。

图1 方案一通风平面示意图

经隧道通风计算，确定通风方案近、远期规模详见表3，各斜井设置参数见表4。

表3 方案一通风规模计算结果

表4 方案一各斜井参数表

施工工期安排：利用1 号斜井向大桩号方向施工2 840 m，工期39 个月；利用2 号斜井向大桩号方向施工2 450 m，工期37.5 个月；利用3 号斜井向大桩号方向施工1 830 m，工期34 个月；该方案控制工期为起点方向工区，工期为43.2 个月。

3.2 优化通风方案二

右线3 斜井分4 段轴流风机送排风+射流风机通风，左线1 竖井分2 段轴流风机送排风+射流风机通风。

隧道左线设置1 竖井分为2 个通风段；右线设置1号斜井、2 号斜井、3 号斜井将隧道分为4 个通风段，具体设置详见图2。

图2 方案二通风平面示意图

经隧道通风计算，确定通风方案近、远期规模详见表5，各斜井设置参数见表6。

表5 方案二通风规模计算结果

表6 方案二各斜竖井参数表

施工工期安排：利用1 号斜井施工2 760 m，工期38.7 个月；利用2 号斜井施工2 690 m，工期37 个月；利用3 号斜井施工2 290 m，工期38 个月；该方案控制工期为1 号斜井工区。

3.3 优化通风方案三

右线2 斜井+1 竖井分4 段轴流风机送排风+射流风机通风，左线1 竖井分2 段轴流风机送排风+射流风机通风，左右洞共用一个竖井。

隧道左线设置1 竖井分为2 个通风段，右线设置1号斜井、竖井、3 号斜井将隧道分为4 个通风段，具体设置详见图3。

图3 方案三通风平面示意图

经隧道通风计算，确定通风方案近、远期规模详见表7，各斜井设置参数见表8。

表7 方案三通风规模计算结果

表8 方案三各斜竖井参数表

施工工期安排：利用1 号斜井施工3 500 m，工期45.1 个月；利用3 号斜井施工3 500 m，工期46.4 个月；该方案控制工期为终点方向工区，工期为46.8 个月。

3.4 优化通风方案四

右线3 斜井分4 段轴流风机送排风+射流风机通风，左线1 斜井分2 段轴流风机送排风+射流风机通风，左右洞共用一个斜井，采用地上风机房。

隧道左线设置1 斜井分为2 个通风段；右线设置1号斜井、2 号斜井、3 号斜井将隧道分为4 个通风段，具体设置详见图4。

图4 方案四通风平面示意图

经隧道通风计算，确定通风方案近、远期规模详见表9，各斜井设置参数见表10。

表9 方案四通风规模计算结果

表10 方案四各斜井参数表

施工工期安排：利用1 号斜井施工2 150 m，工期33.9 个月；利用2号斜井施工4 590 m（2 290 m+2 300 m），工期37 个月（2 号斜井两个井的工期分别为34.7月、35.3月）；利用3 号斜井施工2 090 m，工期35.3 个月；该方案控制工期为终点方向工区，工期为35.6 个月。

4 方案比选

4.1 通风方案对比

分别对原方案及3 个优化方案共4 个方案进行土建、通风及综合等经济技术比较，具体情况详见表11。

表11 4个方案经济技术比较表

4.2 方案优缺点

a）方案一 分别设1 号（K0+810）、2 号（K3+060）、3 号（K5+510）共3 座通风斜井，3 座斜井断面积均较大，3 井均在山西境内，投资和运营均由山西方面负责。下坡方向隧道使用2 号（K3+060）斜井，为1 井2 段式通风。爬坡方向隧道使用1 号（K0+810）和3 号（K5+510）斜井，为2 井3 段式通风方案，其中1 号（K0+810）斜井完全避让了嶂石岩风景保护区；3 号（K5+510）斜井长度达到2 000 m，对通风十分不利，斜井施工工期长对主洞施工帮助小，因此不推荐。

b）方案二 分别设1 号（-K0+400）、2 号（K3+100）、3 号（K6+600）3 座通风斜井和ZK3+200 处1 座通风竖井，总计3 斜1 竖4 座通风井。爬坡方向设3 座通风斜井，1 号（-K0+400）斜井位于河北境，斜井井口和主洞河北端隧道洞口均位于嶂石岩风景保护区的试验区，并不在核心区和缓冲区范围内。另外2 座斜井在山西境内，不涉及风景保护区，山西境设1 座通风竖井，竖井直径7 m，埋深217 m。3 座斜井长度均在1.6 km 左右，面积均在40～50 m2之间，施工工期39 个月（批复为48 个月），该方案施工进度能够保障。

c）方案三 分别设1 号（-K0+400）、3 号（K6+600）共2座通风斜井，ZK3+200处1座通风竖井，总计2斜1竖3 座通风井。河北境1 号（-K0+400）斜井同方案二，井口和隧道洞口均位于嶂石岩风景保护区的试验区，并不在核心区和缓冲区范围内。山西境设ZK3+200 处1座竖井和3 号（K6+600）处1 座斜井，其中K6+600 处斜井与方案二斜井相同。ZK3+200 处竖井为左右洞共用竖井，竖井面积达到75 m2，直径达10 m，施工难度大。该方案建设期总体投资较为合理，但施工工期达到47个月，进度慢且工期控制难度大，因此不推荐。

d）方案四 分别设1 号斜井（-K0+400）、2 号斜井（K3+100）、3 号（K6+600）斜井进行排风。河北境内的1 号斜井与方案二、方案三的位置相同，1 号斜井口和隧道进口均位于风景保护区的试验区。3 号斜井的位置与方案二、方案三斜井一致。其2 号斜井由48.1 m2+44.2 m2两个小断面斜井共同组成。方案四的最大优点是在隧道中央位置设置两处斜井辅助施工，其施工进度最快，施工工期最短。

e）方案比选 方案二与方案四的最大区别在于K3+100 处的井位的成井形式，其中方案二在此处是由1 斜井+1 竖井共同组成，方案四在此处由2 个小断面斜井共同组成。

f）工期比较 方案四是由两个斜井共同出渣，其施工进度比方案三至少快3 个月，工期短。

g）施工难度 方案二中竖井半径大，竖向施工，较困难，方案四为普通无轨斜井施工，其工艺较成熟，施工难度低。

h）经济比较 方案二的总投资为22 501 万元，施工工期为38.6 个月；方案四总投资为26 505 万元，施工工期为35.5 个月。方案四比方案二投资虽多4 005 万元、但其工期少3.1 个月。但考虑建设期贷款利息，则每增加1 个月至少要多偿还5 580 万元贷款利息，方案四晚通车3.1 个月，至少需增加1.5 亿元利息。

综合考虑施工的工期、难度、经济投资，得出方案四为最优方案，因此推荐太行山隧道通风方案选择方案四。