北京建筑大学      王欣

摘   要：本文就湖底隧道工程部分根据相关规范要求判定隧道应设置机械通风系统和排烟系统。借鉴类似工程实例设计施工情况，通风方案采用纵向通风方式。对隧道纵向通风的计算过程也作了简单的介绍。

关键词：隧道通风；纵向通风；射流风机

       1   工程概况

       本路段采用湖底隧道方案，隧道封闭长度1040m，为单向双孔双车道隧道，隧道净高5.2m，宽约10m，单孔断面面积约52m²。

       汽车在行驶过程中排放CO气体，产生烟雾，为了保证隧道内良好的空气环境，提供安全行车条件，要求隧道内设置通风设施。同时为了在发生火灾时有效排除烟气，根据《建筑设计防火规范》规定，隧道应设置排烟装置。

       2   主要设计原则

     （1）以人为本确保行车安全为准则，满足行车环境卫生标准以及行车舒适性要求。

     （2）隧道火灾时应能及时控制和排除烟雾，防止烟雾回流，为人员疏散和施救提供有利条件。

     （3）充分利用行车产生的交通活塞风，优先考虑投资小、运行节能、控制灵活的纵向通风方式。

     （4）在隧道或匝道出口环境敏感点处，采取降低污染物排放和控制通风设备噪声措施，满足环保要求。

     （5）在设计中应结合地形和线路走向，合理的选择风道、风井和风塔形式。

       3   通风方案设计

       3.1   通风设计判定

       本隧道为单向双孔双车道隧道，隧道长度1040m，隧道通车根据道路专业条件按每孔隧道每小时通过2500辆车计算。按照《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1–1999）规定，对单向交通隧道，当L×N≥2×10⁶时，宜设置机械通风。根据《建筑设计防火规范》，本隧道仅限通行非危险化学品等机动车，属于三类隧道（长度小于1500m），应设置机械排烟系统。

       3.2   通风方式

       本工程经过分析比较，并借鉴类似工程实例设计施工情况，通风方案采用纵向通风方式。其模式见图1。

图1   纵向通风示意图

       纵向通风方式是利用悬吊在隧道顶部的风机使空气沿隧道纵向流动，达到通风目的的通风方式。风机一般采用射流风机，射流风机可采用多组串联安装，每组可采用多台并联。射流风机的出口风速很高，利用其射流可以诱导大量空气，射流气流与诱导气流发生能量交换保持一定风压，从而形成空气沿隧道流动的效果。采用射流风机进行纵向通风的计算原理是若干台射流风机运行时产生的推力Z×S（Z为封流风机台数，S为单台风机的推力），克服隧道内壁面的摩擦阻力及隧道外部自然风的阻力，诱导隧道内空气以流速Vr流动，达到通风的目的。

       纵向射流风机通风具有以下特点：

     （1）通风系统简单，不需要风道，风机悬空安装，可诱导隧道内空气，风机体形小；

     （2）设备简单，安装方便，投资省；

     （3）对土建工程影响小；

     （4）通风排风从隧道端头从隧道两端低空排除，对洞口周围环境有一定影响，目前为回避进排风短路，在有条件时可在隧道进出口部设置隔离墙。

       3.3   排烟方式

       隧道内发生火灾时，在汽车行驶推力下，烟雾会向车辆行驶方向流动，火灾源位置上风方向的车辆将停止行驶，而火灾下风向的隧道部分实际成为烟道，消防人员难以扑救，必须将火灾产生的烟雾有效排出。本工程采用了通风与排烟相结合的方案，火灾发生时，通风系统可转换为排烟系统，按两者最不利风量进行设计。

       4   通风设备选择

       4.1   通风量计算

     （1）CO排放量及稀释CO的通风量计算

       CO的排放量计算：

        式中：qCO为每台车CO单位排放量(m3/辆km，取0.01；fa、fd、fh、fiv为修正系数)

表1   系数取值规范表

       稀释CO的通风量Qreq(CO)按下式计算：

       式中：隧道所在地夏季计算气温T取306K，计算大气压力取999.4hPa。

表2   计算结论

     （2）烟雾产生量及稀释烟雾的通风量计算

       烟雾排放量计算：

       式中：qvi为每台车烟雾的单位排放量（m²/辆·km），取2.5；fa(VI)、fd、fh(VI)，fiv(VI)为修正系数。

       稀释烟雾的需风量按下式计算：

       式中正常交通K=7.5×10^-3m^-1；阻塞交通K=9.0×10^-3m^-1。

       在车速50km/h和30km/h的状态下，通风量计算结果如下表：

表3   通风量计算结果

     （3）排烟风量计算

       隧道排烟按火灾产生20MW热量设计，根据《公路隧道设计规范》JTG D70–2004，排烟状态下隧道风速取3m/s。排烟状态下隧道风速取3m/s，折合通风量为每管隧道156m³/s。

       4.2   系统阻力计算

       隧道内空气流动受到的阻力有：自然风阻力，通风气流阻力ΔI′为汽车行驶交通风力Ol′w。射流风机群提供的总升压力应克服以上阻力并根据这一平衡计算出射流风机台数。

       在通风计算中，自然风阻力Δpm作为阻力考虑，按下式计算：

       式中：ζc为隧道入口损失系数；λr为隧道壁面摩阻损失系数；Dr为隧道断面当量直径；p为空气密度；Vn为自然风引起的洞内风速。

       本隧道为单向行驶，汽车行驶交通风力 按下式计算：

       式中：Am为汽车等效阻抗面积；Ar为隧道净断面积；n为隧道内车辆数；V1为车速；Vr为设计风速。

       通风气流阻力ΔI′，按下式计算：

       经计算，各项阻力计算结果列于下表：

表4   阻力计算结果

       4.3   风机选型

       隧道计算最大风量为156m³/s(排烟状态)。最大阻力为55.41Pa(车速为10km/h)。射流风机选择Ø630型，风机功率15kW，风机出口风速33.7m/s，风机流量10.5m3/s，风机出口面积0.312m²。
根据计算选择10台就可以满足要求。

参考文献

       [1] 《建筑设计防火规范》GB 50016–2006.

       [2] 《公路隧道设计规范》JTG D70–2004.

       [3] 《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1–1999.

       [4] 《沉管隧道设计与施工》陈韶章主编.

备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年5月刊总第5期。
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