财经类苍岭隧道营运通风方式的初步论证Word文档下载推荐.docx
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通风对防灾是有利还是不利，如何辩证地解决这个问题与国家的经济发展水平和技术手段息息相关，从国外公路隧道通风发展历程充分显示了这点。
1．横向通风方式（包括全横向和半横向通风）
隧道断面内设专门通风道和排风道，清鲜空气可通过隧道断而上通风道/排风道，进行横向道排风。
当通风气流全部为横向流动时，称全横向通风。
当仅有送风道或排风道，气流部分从送风道或排风道流动，部分通过隧道纵向流动排出洞外时称半横向通风。
横向通风气流主要为横向流动，故发生火灾时排风道成为排烟道，烟雾沿隧道方向蔓延要小一些，防火要好。
这个观点在早期的欧州国家隧道工程中根深蒂固。
横向通风因在隧道断面要多增加通风道排风道，以及配套通风设施，故土建投资亦是高昂的，因不能或/仅部分使用隧道汽车活塞风（交通风），而通风效率低下，耗能大，营运费用开支大。
在80年代以前几乎所有的长度大于3km公路隧道均采用横向通风方式（或半横和全横通风以及组合）。
尤其是单管双向交通隧道均采用横向通风。
著名的有瑞士圣哥达隧道（St.Gotthard）,全长16.9km,穿越瑞士阿尔卑斯山，为单管双向行车隧道，于1980年9月5日通车。
隧道采用全横向通风方式，整个通风系统由6个通风站（4个竖井通风站+2个洞口通风站）共22个送/排风机向隧道通风，每15min可换气一次，新鲜空气从通风站向隧道洞内送风道送风，送风道每8m开口一处喷入新鲜空气，隧道拱顶排风道每16m一处设排风口排风。
因考虑紧急状况，隧道设置一条与隧道平行的服务隧道（宽2.6m，高3m），共有66处横通道与主隧道相连，供火灾时疏散与救援。
圣哥达隧道为洲际公路（通往意大利），交通量逐年增长。
据统计1989年7月29号日交通量已达37324辆，安全问题日益严重。
圣哥达隧道自1980年开通十多年来，已发生6次严重火灾。
1984年4月2日发生的严重火灾，一辆卡车燃烧毁坏，隧道吊顶电气设备受损，幸好人员及时从平行的服务水平隧道疏散，火灾迅速控制，并在五小时后重新开通。
但是，1999年3月24日发生的位于法国-意大利边界的著名的勃朗峰隧道（MontBlanc）（隧道长度11.6km，单管双车道+服务隧道，1965年7月开通）火灾却是让世界震惊的特大火灾。
其严重程度是前所未有的：
有34人伤亡。
隧道严重受损，长时间关闭。
因为单管隧道，交通不能及时恢复，交通中断。
勃郎峰隧道采用全横向通风，有一个平行的服务隧道与之相通。
事故调查报告
（1）提出：
管理系统不善及反映不迅速，应急排烟系统反应不快以及疏散避难标志不明显是造成事故难以控制的主要原因。
公路（道路）隧道是地下管状构造物，空间环境狭窄，无轨的与个性的，尽管是有序的交通流，但受驾驶者心理生理的控制，存在潜在的交通事故危险，特别是火灾危险。
火灾发生是不可避免的，关键在于减少隧道火灾发生的频率和控制灾情的发展。
八十年后期在特长隧道中尤其是在双管单向交通隧道中开始逐渐使用纵向通风方式。
二个重要的方面是基于这样的认识：
火灾主要在于有效及时的控制——包括管理方面和技术方面。
电子信息技术，自动化技术和监控技术的迅速发展，为及时了解和控制火灾程度提供必要的技术手段，勃郎峰隧道火灾事故证明了完善的反应迅速的管理系统是极为重要的；
第二方面：
新型静电除尘（烟雾）设备亦为纵向通风技术在长度方面拓展了空间，通过静电除尘技术，将洞内烟雾微尘吸除，使纵向通风段长度有传统的1.5km拓展到5km以上。
这些重要的工程实例为：
日本关越隧道，1986年开通一期单管隧道（+平行的服务隧道），隧道长10.926km，采用竖井送排式纵向通风，共2个竖井通风，中间段通风长度6km；
1990年开通二期隧道（长度11.01km），亦为竖井送排式通风。
日本第二新神户隧道（7.125km），；
东京湾海底隧道（2×
9.5km）均采用纵向通风方式，仅用一处通风竖井，纵向通风分段长度约5km。
2000年11月27日开通的世界最长的欧州洲际公路隧道（E16）—挪威Laedral隧道，单管全长24.5km，隧道采用纵向通风,仅设一个斜竖井通风。
图1.2为挪威Laedral隧道平纵断面示意图。
在长度3-6km隧道通风方面，纵向通风与横向通风的组合通风方式亦在瑞士等国家普遍使用（见表2.2.1）。
如MontTerri隧道（1x4.07km）—“横向+半横向”，Uetiberg隧道（2x4.5km）--“纵向+横向”，Gubrist隧道（2x3.3km）----“纵向+半横向”。
总之，先进的工程技术管理和管理技术手段，推动了节能的纵向通风方式的采用。
综上所述隧道营运通风，逐步向纵向通风方式发展。
国外隧道通风调查显示：
1、单管3km以上双向交通的隧道，由于行车是双向的,采用纵向通风，因排烟方向对行车一方不利，故很少使用，均以横向/半横向，或横向/半横向组合通风。
2、对于特长的单管隧道，为考虑火灾避难逃生、救援等问题，应考虑与隧道平行的服务隧道；
从工程实例看，目前长度大于10km的单管隧道均设置了服务隧道（挪威Laedral隧道除外，交通量不大）。
3、双管长度大于3km，单向行车的隧道在早期以横向通风为主，80年代开始逐渐向纵向通风方向发展。
一次建成的特长隧道如：
日本惠那山隧道（2×
8.6km）,湾海底隧道（2×
9.5km）均采用纵向通风，一些早期双管规划分期实施的长大公路隧道，因一期单管隧道开通运行需多年才开通第二管隧道，为防灾安全一期单管双向交通隧道采用横向通风，而二管隧道因交通方式变化而采用纵向通风，这些著名的隧道日本新神户隧道（2×
7.17km），意大利GranSasso隧道（第一管10.176km，第二管10.12km）。
4、组合通风在长度3-6km隧道使用，单管隧道采用“横向+半横向”组合，双管隧道采用“纵向+横向”，“纵向+半横向”组合。
2．苍岭隧道预测交通量、隧道长度、设计速度
2.1预测交通量
隧道所处于路段预测交通量是通过OD调查预测分析，预侧分析考虑了历年路网区域交通量观测站数据，历年区域经济发展数据，预测交通量考虑了作为收费公路的问题，以及作为轴道现有道路的分配问题。
大溪岭-湖雾岭隧道路交通量见表2.1.1，交通量组成表表2.1.2
表2.1.1混合交通量
交通量
97年
2000年
2005年
2010年
2015年
2020年
台州—温州
2381
3652
6416
9466
13065
16778
温州—台州
2314
3680
6428
9535
13096
16824
表2.1.1小车当量交通量
3283
5186
9046
13253
18160
23154
3329
5226
9064
13349
18203
23218
交通量高峰事故0.098（≈0.1）
表2.1.2
车辆比例（%）
平均实载吨位（t）
柴油车占有率（%）
小型货车
中型货车
大型货车
小客车
大客车
插挂车
23.0
32.0
7.56
22.12
9.44
5.68
1.87
4.89
8.95
7.46
45.41
10.16
10
30
90
40
50
2.2隧道长度/设计速度
隧道长度2×
4.11km，双管单向交通，为直线隧道，纵坡人字坡，坡度0.5/0.8%.路线设计速度100km/h，隧道照明通风设计速度80km/h。
3．需风量
3.1正常需风量
需风量分析考虑了现行规范CO、VI的卫生允许标准，考虑了因环保要求废气汽车排放量逐年下降的问题，综合确定。
Q上行=652m3/s，Q下行=612m3/s。
3.2火灾排风能力
在通风机设备选择时应考虑特殊情况下的短期超负荷能力。
竖井集中排烟风量要求Q=200m3/s·
km。
即排风机能力最大要达到上述要求。
4．通风方案考虑的其它因素
大溪岭—湖雾岭隧道营运通风方式选择时，应考虑：
1、大溪岭—湖雾岭隧道穿越的地形为台地形，平均埋深约134m，最大埋深约159m，这个埋深对设置通风道，如通风竖井而言是有利的。
2、气象条件：
根据调查隧道轴线与隧道场地（大溪岭北麓），主风方向夹角15度左右。
而20年累计年平均风速达4.5m/s，自然风对纵向通风方式对一方有利另一方不利。
3、内空断面为拱形断面，结合国情采用NATM法修建，行车道上方的拱部空间是通风可使用的主要方式。
4．通风方案选择
研究确定被认为可行的通风方式有：
1．纵向通风：
●设置一个竖井将隧道分成基本等分通风段的竖井送排式纵向通风方案；
●根据风压平衡，竖井位置偏向出口端的竖井排出式纵向通风方案；
2．半横向通风：
●设置四个通风段，均有洞内竖井送风的半横向通风方案；
●设置四个通风段分别由洞口和竖井送风的半横向通风
3．全横面通风：
●将隧道分为四个通风段分别由洞口和竖井送/排风的全横向通风。
5．通风分段和通风坚井
1．通风分段长度主要考虑通风效率问题，过长的通风分段，对横向通风和半横向通风在风道中的损失过大。
一般控制在1～1.5km。
对纵向通风而言，通风分段长度主要取决于分段末端烟雾感及能见度降低问题。
通常不超过3km。
2．通风竖井
竖井位置放置综合考虑通风分析通风最佳位置以及竖井设置中地质影响对土建修筑的难易程度，山顶地形地貌以及环保问题。
竖井直径由通风分段的通风量确定，应以通过的风速不宜超过20m/s为宜，过大的风速使风阻过大，效率降低。
6．竖井送排式通风方案（方案I）
本方案由送/排通风竖井将隧道通风段分成二段，两个通风段以基本相等设置（结合地形情况，竖井位置可适当调整），通风分段长度取L=2050m,L2=2050m，过渡短道L3=50m。
隧道内排风段（L1段）根据通风段压力平衡计算，确定设置16台内径φ900射流风机（15W），射流风机安装在隧道内空拱部行车道上方，以二台一组安装，以辅助竖井通风。
并由山顶竖井通风机进行集中送排风。
本通风系统及左右洞隧道均由一个独立的通风系统组成，通风设施包括山顶竖井送/排风机，带有隔板的圆形竖井送风/排风道，与主隧道相连的通风联络道，通风门及隧道由射流风机等。
通风竖井：
要分开实现通风/排风功能，竖井断面型式经多方案比较如双室矩形，双园管，双室中隔板分隔成送/排风道的单一园管，经技术经济比较确定以直径为φ7.5m的双室单一圆管方案。
本方案通风竖井高度约140m。
本通风系统是这样实现的：
隧道左右洞各为一个独立的通风系统。
每一个通风系统将隧道分为两个通风区段，通过山顶通风房内的大型隧道风机运转以及通过直径φ7.5m（送风/排风道分开）通风竖井，联络风道与主隧道两个通风区段相连，实现分段排风与送风。
主隧道排风区段的新鲜空气从隧道进洞口吸入，污染空气通过联络风道及竖井排风道，通过排风机运转（通风房排风道排出；
而隧道透风区段即是新鲜空气通过山顶通风房内的通风机压入并通过竖井送风道、联络风道进入隧风区段，污染空气从隧道出洞口排出。
图6.1竖井送排式通风系统布置图（左洞）
本方案的特点：
土建投资少，风机功率低，营工费用小，能充分利用汽车活塞作用，使通风效率高，防灾方面，行车方向与洞内气流排烟方向一致，对防灾有利，缺点是风道复杂，送排联动技术要求高。
国内无工程实例。
7．竖井排风式纵向通风方案（方案Ⅱ）
本方案将通风分段分成左右两个通风段，隧道左右通风段安装平衡用的射流风机以及竖井辅助通风，并由竖井顶部通风房集中排风，本方案通风段长段气流方向与行车方向一致，短段气流与行车方向相反。
本方案的论证根据通风竖井位置的不同进行了各种计算，以竖井设在左右通风段等长位置、不等长位置分别计算。
计算结果表明，左右通风段较理想位置为长段3350m，短段750m。
此时，长段需射流风机28台，短段需射流风机14台，共42台射流风机φ900，15KW）。
洞内远期最大风速达9.58m/s。
本方案的特点是由通风竖井辅助排风（单管竖井直径φ7.5m），污染空气从竖井排出，通风设施简单，初投资费用较低，营运费用较低，风机功率低，通风效率高，缺点是：
车道风速大，远期最大风速至近极限允许值（10m/s）；
短段通风段同向与行车方向不一致，防灾能力比方案I要差。
竖井排出式纵向通风方案总体布置见图7.1。
8．半横向通风
半横向通风方案为降低风压值，减少送风面积，通风段长度不能过长，根据计算分析比较，通风区段分成四段，每段风道长度1025m根据通风房的位置不同有两个方案：
1．方案Ⅲ：
两个通风段由两洞口通风房送（排）风，另两个通风段由通风竖井顶部风机房送（排）风。
（方案Ⅲ）
该方案隧道横断面送（排）通风道布置在拱部由吊顶将隧道行车道与风道隔开，由吊顶风口向隧道全长范围内送（排）风，需开凿通风竖井直径φ5.0m。
根据计算分析，需风道面积14.52m2，隧面积58.53m2净面积74.77m2故隧道横断面开挖断面比纵向通风断面大。
2．方案Ⅳ：
四个通风段均由通风竖井顶部的风机房送（排）风。
此方案开凿通风竖井两处，直径φ5.0m，由山顶两处通风房为四个通风段送（排）风。
半横向通风总体布置，见图8.1，图8.2所示。
半横向通风方案的特点是新鲜空气从送风道送入隧道，污染空气从洞口排出。
或者新鲜空气从洞口送入，污染空气从排风道排出。
出现火灾时，可以利用风道排风。
但部分气流仅沿隧道纵向流动。
本方案土建造价比纵向通风方式要大。
通风费用成本高。
9．全横向通风
全横向通风由送风道与排风道使气流横向流动。
根据大溪岭一湖雾岭隧道特点，经分析比较后，通风道与排风道的通风区段均等分成三段，长度分别为1366.7m。
送风通风区段：
一个区段由北段送风房送风，分两个通风段由开一个通风竖井顶部送风机送风。
排风通风区段：
一个区段由南洞口排风房排风，另两个区段通过连接通风竖井顶部的排风机房排风。
直径φ8.0m，中隔成送/排风道。
隧道横断面风道布置：
根据隧道施工特点送风道与排风道均设置在横顶，部位，用隔板隔开，通过通风计算分析确定横断面，其中通风道面积16.59m2，排风道面积15.03m2，车道净面积43.98m2，整个断面内空98.17m2。
横向通风总体布置，见图9.1所示。
整个通风系统由竖井通风站（通风+排风机）南北两洞口通风站及洞内送风道排风道，通风竖井及联络风道组成。
本方案对气流能横向流动，对排烟有利。
缺点是造价高，通风费用大。
10．通风方案技术经济比较
上述五个通风方案详细的技术经济比较见表10.1
技术经济比较表明：
1．纵向通风方案（方案Ⅰ~Ⅱ）初投资及营运费用均比半横向通风方案全横向通风方案低。
尽管防灾排烟方面火灾时排烟蔓延长度大，防灾能力比方案Ⅲ、Ⅳ与Ⅴ差一些。
但就竖井送排式分段纵向通风方案而言，隧道单向行车的车道内风向与行车方向一致，故对火灾烟雾蔓延问题不会象双向交通隧道那样严重。
对于竖井吸出式分段纵向通风方案而言，长段通风段3350m风向与行车方向一致，仅短段通风段750m风向与行车方向相反。
比较表10.1所述，竖井逆排式纵向通风方案初投资23948.96万元，营运费用1019.89万元/年；
半横向通方案（方案Ⅲ）初投资26198.84万元，营运费用1664.40万元/年；
全横向通风方案（方案Ⅴ），初投资35133.73万元，营运费用2511.20万元/年。
可见纵向通风方案其经济效益是十分显著的。
2．竖井送排式与竖井排风式纵向通风方案（方案I，方案Ⅱ）比较而言，吸出式方案比送排式方案①初投资低242.9万元，但营运费用高150.5万元/年，②通风竖井，风房风道构造简单，③通风控制技术简单，④通风无环流效应，但因远期车道风速大，近极限值，且短段通风段（750m），风方与行车方向不一致，防灾能力比方案I低；
⑤单调双向交通时，排风不利。
技术经济性研究提出：
大溪岭-湖雾岭隧道营运通风采用竖井送排式纵向通风方案。
11．技术成熟性
1、全横向/半横向通风：
国外已近完善的理论与实践经验。
国内70年代上海延安东路江底隧道（2.3km）及深圳梧桐山隧道（2.2km，1986年）等工程实践经验。
2、竖井吸出式纵向通风：
国外80年代后期有多座隧道经验，日本有惠那山隧道（2×
8.6km,1985年）等经验。
国内有成渝高速公路中梁山隧道（2×
3.1km），缙云山隧道（2×
2.6km）（1995年）
3、竖井道排式纵向通风：
国外数座特长隧道通风实例，如日本关越隧道（2×
10.9km）（1986-1990）第二新神户隧道（7.17km）（1985年）国内还无工程实例。
但理论上是成熟的,国外的工程亦是成功的。
国内需通过进一步展开研究解决包括技术细节的研究，模型试验研究。
12．送排式通风与防灾对策
12．1通风工况
大溪岭-湖雾岭隧道因通车初期交通量不大，根据预测交通量隧道通风初期可采用纯射流通风方式，即通风系统可按分期实施，经分析论证，通车头几年用射流通风通风方式可满足交通量。
初期可不安装竖井风机，预计在2006年左右待交通量达到射流通风不能满足要求后，再安装竖井风机，实行竖井送排式通风。
送排式通风通风是一个从射流通风—射流+送风组合通风—射流送排组合通风全部过程通风模式还包括双向交通时竖井排出式通风，其通风工况较复杂。
全部通风工况见图所示。
1．正常交通工况（图6。
2）
工况1-----L1段纯射流纵向通风
当交通量较小时（N<
=1000veh/h,Q=370m3/s）,采用纯射流通风方式，由洞内L1段（进口段）纯射流纵向通风的8组射流风机通风
工况2-----L1纯射流纵向通风+竖井送风纵向通风
当交通量中等时（N<
=1001~1345veh/h,Q=370~493m3/s）,采用该模式，开动洞内L1段的8组射流风机通风机和竖井送风机纵向组合通风。
工况3-----竖井送排式纵向通风
当交通量N>
1345veh/h至设计值N=1680veh/h时，Q>
493m3/s,采用该模式，开动全部竖井送风机/排风机纵向组合通风。
2．单洞双向交通时通风工况（图6。
3）
单洞双向交通主要发生在2种情况：
1）另一洞发生事故关闭时，实行临时单洞双向交通状态，2）另一洞内设备检修时封闭，车速控制在40~60km/h,根据组合有如下方式：
工况1—纯射流通风
即开通洞内全部射流风机通风，能维持最大交通量为N<
=400veh/h,Q=115m3/s。
（通车初期，未安装竖井风机时）
工况2---竖井排风机排出式通风
即开动竖井排风机排风（送风机和射流风机因双向交通通风效率不高关闭）。
其最大交通量N<
=1008veh/h,Q=391m3/s.因此在营运过程中，交通高峰时应避免采用单洞交通，以免洞内污染空气超标。
3．洞内发生火灾时通风工况（图6。
4）
（1）工况1---纯射流通风时（一期工程）
当未安装竖井送风机/排风机时靠洞内射流通风时，如洞内为发生火灾时其烟雾只能从一个洞口排烟。
其影响范围全隧道。
故控制风速，很重要。
（2）竖井通风机通风时当安装竖井通风机后，洞内出现火灾后，根据火灾发生所在位置（通风分段）实行如下通风：
工况2：
当火灾发生在L1段（进口段）----------采用竖井排出式通风，烟雾最大影响长度为L1范围；
工况3：
当火灾发生在L2段（出口段）----------采用洞内“竖井射流通风+送风机”通风模式排烟，烟雾最大影响长度为L2段范围。
12．2防灾对策
大溪岭—湖雾岭隧道为双管单向交通隧道，采用送排式纵向通风方式，因通风气流方向与行车方向是一致的，火灾时烟雾朝前进方向流动，本隧道平均运行设计速度80km/h，即22.2m/s，隧道平均风速约5.5m/s显然烟雾的蔓延不会造成前方车辆的安全。
防灾如何减少最低程度即是所有特长隧道防灾问题都面临的课题。
为此建议：
1．为控制火灾点当事人员的逃生，按PIARC研究报告指出不论是纵向风和横向通风风速不宜超过2.5m/s，以防止烟雾反向蔓延和不产生紊流。
2．在隧道防灾设计中要充分利用双管之间的联络，通过设置足够的横通道包括行人横通道和汽车横通道，以利疏散和救援。
3.对隧道而言，防灾的原则应以现场自救/自行疏散逃生为主，外部救援为辅的基本原则。
现场自救/自行疏散逃生设施设计作为首要因素考虑。
对双管单向交通隧道而言，以避难横通道之间分割成的区段，作为防灾设计并结合通风方式特别是纵向通风方式是解决特长隧道防灾问题的较理想的方式。
4.以减少火灾发生率，控制灾情发展为中心通过电子信息技术，交通监控技术，自动控制技术，将通风与应急管理系统（软件和硬件）有机结合起来。
13．研究结论
1．通过国内外公路隧道营运通风方式的调查，尤其是国外长度大于3Km各类型公路隧道营运通风调查表明，隧道营运通风方式有全横向（Transerval），半横向（Semi-transerval），纵向通风（Longitudinal），及其组合通风，过去以全横向或半横向为主，近20年来已逐渐向纵向通风，特别是纵向组合通风方式方向发展。
2．本研究针对大溪岭-湖雾岭隧道工程，交通及环境条件进行五个通风方案—即竖井送排式分段射流纵向组合通风，竖
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