暗挖隧道通风方案比选研究--中国期刊网

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暗挖隧道通风方案比选研究

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：曾云峰李永国潘福钏雷黎明蒋坤伦

[导读] 摘要：为解决当前暗挖隧道比较单一的通风设计，提升隧道通风系统的科学性及合理性，分别对几种不同的通风模式各自的功能特点及适用环境进行分析对比，并结合某隧道施工工程，提出不同的通风系统设计方案，为暗挖隧道通风方案的相关研究提供参考。

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        摘要：为解决当前暗挖隧道比较单一的通风设计，提升隧道通风系统的科学性及合理性，分别对几种不同的通风模式各自的功能特点及适用环境进行分析对比，并结合某隧道施工工程，提出不同的通风系统设计方案，为暗挖隧道通风方案的相关研究提供参考。
        关键词：暗挖隧道；通风方案；比选研究
        对于隧道工程施工来说，其施工成本、运营安全会受到通风方案的影响，科学合理的通风设计方案具有十分重要的意义。通风井送排式与射流风机的结合是当前我国公路隧道比较常用的一种通风方案，纵向通风方案可以充分利用地形优势，有效减少工程量，需要的资金投入也比较少，是一种比较合理的通风方式。当前阶段，隧道通风设计工作通常考虑井位选址、竖斜井选址以及分段数量等方面内容，而缺乏对纵向通风模式的重视。近年来，互补式网络通风模式比较流行，另外还有一种没有得到广泛应用的吸尘式通风可以有效解决通风井受限问题。
        1、工程概况
        某隧道工程是特长分离式隧道，右线长度为4500米，左线长度为4380米。隧道纵坡是单向坡，隧道设计高程介于43.348米~103.664米，隧道工程位于中低山区，具有较大的地形起伏，常年平均温度是16.4℃。此隧道设计速度是70KM每小时，根据隧道通风标准计算各种情况下需风量，通过对比隧道近期和远期控制需风量都是换气工况，换气需要风量是300m³每秒，隧道设计风速是5.32米每秒，满足规范中设计风速的标准要求。
        《公路隧道通风设计细则》中明确规定：火灾烟雾在隧道内最大行程不宜超出5000米。所以，为了预防火灾发生时可以顺利排烟，需要将排烟口设置在隧道洞身部位。通过分析研究国内以往隧道工程施工案例，确定此隧道工程防火分区适合两段，确保最大程度降低烟雾在隧道内的扩散速度。
        2、几种纵向通风模式分析
        隧道纵向通风系统设计通常需要符合以下三点要求：（1）设计风量应符合规范标准，隧道内的污染物体积分数也不能超出标准要求。（2）设计风速应保证科学合理，不能过大或过小，如果风速过大，相应的阻力也就越大，从而导致经济性降低，为了保证行驶车辆的安全，应确保风速保持在10m每秒以内。（3）应进行防灾分区，让排烟距离维持在合适的范围内，火灾烟雾在隧道里面的最大行程应维持在5000米之内。
        比较简单有效的通风方案是全射流纵向通风，保证排烟行程和设计风速不超出标准要求的前提下，可以使用此种通风方案。送排式纵向通风利用增设通风井的方法完成隧道分段，分段送排风能够让设计风速得到降低，利用排风井排烟还可以将排烟行程缩短，此种通风方案可以有效解决排烟和风速问题[1]。互补式网络通风为了维持左右线通风符合的均衡，设置了两条横向风道，此种方式可以有效降低设计风速，并且不需要进行通风分段设计，在我国多条隧道中得到应用。最后一种是吸尘式通风方案，也可以降低设计风速，通过增加纵向通风方式的适用长度，减少了通风井的设计数量。此种通风方案与其他方案相比，成本投入较大，经济性较差，没有得到广泛应用。
        3、隧道通风方案比选
        隧道长度超过5000米时需要划分两个防火段，所以应在隧道洞身位置做好通风斜竖井设计。按照隧道通风方式可以采取全射流纵向通风+斜竖井排烟方案和斜竖井送排式纵向通风方案。
        3.1 全射流纵向通风+斜竖井排烟
        通过计算隧道需风量，以计算结果为依据，结合环境保护、施工现场的具体地形和地质情况，在正常施工的情况下，隧道近期和远期都采取全射流纵向通风方案。

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为了预防火灾威胁，可以在隧道洞身设计斜竖井排烟系统，并确保能够符合烟雾最大行程要求。此隧道通风方案的初期各种设备的投资以及之后的运营成本都具有比较高的经济性，可以有效降低成本投入。另外，隧道施工环境比较复杂，会对正常施工作业造成一定影响，而射流风机采用的多组分级控制系统可以有效适应各种复杂的施工环境。
        3.2 斜竖井送排式纵向通风
        根据隧道需风量计算结果，可以在此隧道洞身位置增设一处斜竖井，将斜竖井送排式纵向通风系统应用在左线上坡隧道中，右线下坡隧道则采用全射流纵向通风，同时由斜竖井排风道将一条排烟通道引向右线，这样可以有效减少射流风机使用数量，节省成本投入，同时还能够实现快速送风换气，满足正常运营情况以及火灾发生时对排烟通风的要求。
        3.3 两种通风方案对比分析
        通过全面分析此隧道工程通风系统的土地建设、机电设备和后期运营管理等方面，两种方案选择的井位位置相同，对于送、排风井合建形式来说，斜竖井具有较大的面积，排烟风道和地下联络风道的布置情况比较复杂，施工难度也比较大，需要投入更多的施工成本，除此之外，装机总功率较高，投入使用后所花费的运营和维护成本也比方案一高[2]。通过分析发现，此隧道工程的交通量比较小，在正常情况下，设计风速每秒钟只有4.63米，比标准要求小很多，为了满足隧道正常运营通风要求，可以采用全射流纵向通风方案，斜竖井分段排烟具有比较简单的形式结构，可以更加方便的控制通风，并且不需要太高的设备维护成本，比较适合火灾工况，因此，建议此隧道工程采取全射流纵向式与斜竖井排烟相结合的通风方案。
        4、隧道通风井类型比选
        斜井和竖井是比较常用的两种隧道通风井类型，根据此隧道工程的实际情况，对工期要求、地质条件、施工地形和施工难度等方面进行全面分析，根据分析结果选择适合的隧道通风井类型[3]。斜井和竖井都有各自的优缺点，斜井的优点：施工过程使用钻爆法，无轨运输，施工设备和具体的操作都比较简单，具有较好的安全性，并且斜井还可以作为施工辅助导洞，有利于增加施工工作面，可以有效缩短施工工期。斜井的缺点：长度较长，需要更高的土建投入成本，通风沿程阻力比较大，使轴流风机功率增大，所需要的通风费用较高。竖井的优点：长度短，需要的土建成本较低，通风沿程阻力较小，不需要太大的轴流风机功率，有效降低了运营通风费用。竖井的缺点：采用正井法施工，垂直运输，需要较多的辅助设备支持，施工设备数量多并且复杂程度高，从而对施工进度造成很大阻碍，也不具备较好的安全性。
        通过对此隧道工程斜井和竖井方案的操作性和所需成本进行比较，综合考虑地形、地质和施工进度等内容，可以看出斜井所需的土建费用较低，并且具体操作过程也比较简单，安全性较高，能够有效缩短施工工期，促进工程进度的加快。竖井施工流程及所需设备都比较复杂，安全性较差，并且对于工程施工进度没有太大帮助。因此，建议此隧道通风系统采用斜井方案。
        结语
        通过对某隧道工程通风方案施工过程和所需成本的比较，推荐采取全射流纵向式通风与单斜井排烟相结合的通风设计。正常情况下采取全射流纵向式通风，而火灾工况下则采取单斜井分段排烟，此种通风方案具有诸多优势，比如简单的形式结构，便于施工，所需的施工成本和后期运营成本较低，可以帮助施工企业节省大量资金投入。
        参考文献：
        [1]唐锐,向龙,王俊,等.基于远,近期合建的折多山公路隧道总体设计方案研究[J].隧道建设(中英文),2019,39(1):340-345.
        [2]张浩、施成华、彭立敏，等.浅埋多连拱隧道下穿管廊施工方案比选研究[J].地下空间与工程学报, 2020,126(1):153-160.
        [3]李建高,刘亚飞.高黎贡山隧道1~#高地温斜井降温处理技术研究及比选[J].隧道建设(中英文),2020,243(10):114-121.