高速公路隧道通風(fēng)及排煙設(shè)計(jì)

高速公路隧道通風(fēng)及排煙設(shè)計(jì)摘要：天水市三陽(yáng)川隧道通風(fēng)及排煙設(shè)計(jì)，對(duì)隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，計(jì)算了左右線隧道通風(fēng)需風(fēng)量，同時(shí)分析了隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)及火災(zāi)時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制策略。關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)通風(fēng)，隧道火災(zāi)，通風(fēng)計(jì)算，需風(fēng)量工程概況天水市三陽(yáng)川高速公路隧道工程，位于天水市麥積區(qū)，起到連接秦州、麥積城區(qū)、三陽(yáng)川城區(qū)及連霍高速的重要作用，是天水市“四橫三縱〃高速公路網(wǎng)的重要補(bǔ)充，對(duì)完善天水市南北向交通及對(duì)外交通具有重大意義。設(shè)計(jì)公路等級(jí)為一級(jí)公路，單向四車道標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)行車速度60km/h，左右線隧道長(zhǎng)度分別為3972m和4027m。隧道建筑限界高度5.0m，行車道寬度3.5m，左側(cè)側(cè)向?qū)挾?.5m，右側(cè)側(cè)向?qū)挾热?.75m，檢修道寬度0.75m，高度2.5m，主線隧道建筑限界凈寬13.25m。隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)本隧道為一級(jí)公路隧道，左右線長(zhǎng)度均大于3000m，屬于長(zhǎng)隧道。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TD70/2-02-2014）關(guān)于一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO?）、煙塵設(shè)計(jì)濃度的規(guī)定，本隧道正常交通時(shí)的一氧化碳（CO）設(shè)計(jì)濃度取100cm3/m3，阻滯交通時(shí)20min內(nèi)平均設(shè)計(jì)濃度為150cm3/m3。20min內(nèi)二氧化氮（NO?）平均設(shè)計(jì)濃度取1.0cm3/m3。正常交通時(shí)煙塵設(shè)計(jì)濃度K=0.007m-1，阻滯交通時(shí)煙塵允許濃度為K=0.009m-1。隧道空間最小換氣頻率不應(yīng)低于3次/小時(shí)，換氣風(fēng)速不應(yīng)低于1.5m/s，隧道內(nèi)的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速不宜大于10.0m/s。本隧道阻滯工況指阻滯段每車道長(zhǎng)度1000m，各車道平均行車速度不大于30km/h。通風(fēng)方式分類與選擇隧道通風(fēng)方式分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩大類。根據(jù)隧道長(zhǎng)度、隧道平縱指標(biāo)、地形地質(zhì)條件、交通車流量、氣象條件、環(huán)保要求和工程造價(jià)等多種因素來(lái)選擇通風(fēng)方式。隧道的機(jī)械通風(fēng)方式分為縱向通風(fēng)、半橫向通風(fēng)、全橫向通風(fēng)和組合通風(fēng)等四種方式。隨著國(guó)內(nèi)公路隧道建設(shè)發(fā)展，全射流式縱向通風(fēng)的使用范圍由原來(lái)的2km長(zhǎng)發(fā)展到4-5km，綜合本隧道的運(yùn)營(yíng)要求、環(huán)境保護(hù)、控制工程造價(jià)等綜因素，采用全射流式縱向通風(fēng)。在正常運(yùn)行時(shí)，開(kāi)啟射流風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)；阻滯、火災(zāi)時(shí)，開(kāi)啟射流風(fēng)機(jī)組織隧道內(nèi)的空氣進(jìn)行定向的排風(fēng)或排煙。通風(fēng)計(jì)算主要參數(shù)預(yù)測(cè)高峰小時(shí)交通量為近期2020年左線隧道11053pcu/d，右線隧道10611pcu/d；中期2030年左線隧道16800pcu/d，右線隧道16358pcu/d；遠(yuǎn)期2040年左線隧道24316pcu/d，右線隧道23874pcu/d。隧道當(dāng)量直徑9.04m，隧道橫斷面積82.96m2；CO基準(zhǔn)排放量0.007m3/輛?km；煙霧基準(zhǔn)排放量2.0m2/輛?km；隧道壁面摩阻損失系數(shù)入=0.02；火災(zāi)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（熱釋放量）20MW。計(jì)算結(jié)果隧道通風(fēng)主要對(duì)車輛行駛中產(chǎn)生的CO、煙塵進(jìn)行稀釋，計(jì)算設(shè)計(jì)年份稀釋CO和煙塵的需風(fēng)量、稀釋異味所需的隧道換氣通風(fēng)量，選取其中最大值作為非火災(zāi)工況的設(shè)計(jì)需風(fēng)量，考慮隧道自然通風(fēng)力，交通通風(fēng)力即活塞風(fēng)力，隧道通風(fēng)阻力，計(jì)算得到隧道總阻力。風(fēng)機(jī)及交通通風(fēng)力提供的風(fēng)量和風(fēng)壓應(yīng)滿足需風(fēng)量和克服通風(fēng)總阻力的要求。經(jīng)計(jì)算，左、右線分別需要射流風(fēng)機(jī)（葉輪直徑1120mm）10組，每組兩臺(tái)，總計(jì)40臺(tái)，風(fēng)機(jī)數(shù)量不含備用風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)布置所需的風(fēng)機(jī)數(shù)量一次性安置到位。射流風(fēng)機(jī)縱向通風(fēng)，每?jī)膳_(tái)風(fēng)機(jī)一組，吊頂布置。當(dāng)隧道內(nèi)車流量較少且車速較高時(shí)，隧道內(nèi)污染物發(fā)生量較少，開(kāi)啟隧道內(nèi)部分射流風(fēng)機(jī)將隧道內(nèi)污染物從隧道洞口排出；當(dāng)隧道內(nèi)車流量較多且隧道發(fā)生阻滯時(shí)，開(kāi)啟隧道內(nèi)全部射流風(fēng)機(jī)，將隧道內(nèi)污染物從隧道洞口排出。防排煙設(shè)計(jì)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧四處蔓延，嚴(yán)重影響人員逃生，并威脅生命安全。隧道防災(zāi)通風(fēng)就是通過(guò)有效組織氣流，將隧道內(nèi)煙氣迅速排除，創(chuàng)造一個(gè)有利于人員逃生的環(huán)境。設(shè)計(jì)火災(zāi)最大熱釋放率按20MW考慮（隧道內(nèi)不考慮通行油罐車），下降坡度最大為-3%，阻止煙霧回流的臨界風(fēng)速為2.5m/s。根據(jù)規(guī)范要求，需要設(shè)置隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)，取3m/s的排煙控制風(fēng)速。經(jīng)計(jì)算，隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)滿足防災(zāi)救援通風(fēng)要求。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)前方的車輛以正常車速迅速駛出隧道，通過(guò)設(shè)置的射流風(fēng)機(jī)縱向排煙，使火災(zāi)煙塵順流排出隧道，從而保證火災(zāi)后方的車輛處于安全狀態(tài)。隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制采用就地控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的兩級(jí)控制形式。就地控制由現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)控制柜完成，負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)的調(diào)試、檢修時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)控制。就地控制具有優(yōu)先權(quán)。射流風(fēng)機(jī)每?jī)膳_(tái)為一組，每組風(fēng)機(jī)有一個(gè)相應(yīng)的供電及控制回路，控制風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。通風(fēng)控制系統(tǒng)由煙霧傳感器、CO傳感器、控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制柜、配電系統(tǒng)及射流風(fēng)機(jī)組成。通風(fēng)控制系統(tǒng)應(yīng)與照明控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警與消防系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，煙霧傳感器和CO傳感器將各隧道內(nèi)CO濃度值和煙塵濃度值反饋給控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)CO和煙塵濃度值分析隧道所需風(fēng)量并確定風(fēng)機(jī)開(kāi)啟模式，通過(guò)預(yù)定的控制軟件經(jīng)風(fēng)機(jī)控制柜控制風(fēng)機(jī)開(kāi)啟情況。同時(shí)控制中心具備監(jiān)控設(shè)備故障、CO及煙霧濃度的功能。火災(zāi)工況時(shí)，中央控制室根據(jù)火災(zāi)位置和行車工況確定風(fēng)機(jī)開(kāi)啟和正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，順序開(kāi)啟隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)，直到洞內(nèi)形成一定的風(fēng)速，控制煙氣朝設(shè)計(jì)方向流動(dòng)。結(jié)語(yǔ)隧道通風(fēng)方式選擇由隧道長(zhǎng)度、隧道平縱指標(biāo)、地形地質(zhì)條件、交通車流量、氣象條件、環(huán)保要求和工程造價(jià)等多種因素決定，3-5km的高速公路隧道一般采用射流風(fēng)機(jī)縱向式通風(fēng)方案即可滿足通風(fēng)和排煙的要求。在隧道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，加強(qiáng)洞內(nèi)能見(jiàn)度、CO濃度和交通量的監(jiān)測(cè)，適時(shí)注意調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)量和區(qū)段，以保證隧道運(yùn)營(yíng)的安全和舒適。參考文獻(xiàn)：【1】《JTGD70/2-2014