何鹏飞
同济大学土木工程学院 上海 200082
摘要：近年来，公路隧道交通量大，且呈现不断增加的趋势。隧道通风效果如果达不到要求，风速过低，可能影响隧道内部空气质量，造成CO浓度和烟尘浓度超标。隧道内部空气质量会直接影响人员健康，降低空气透过率，影响行车安全。因此，有必要针对公路隧道通风进行设计优化。下面，文章就公路隧道通风程序化设计及应用展开论述。
关键词：公路隧道；隧道通风；程序化设计
1隧道通风设计过程
1.1 初步判定
根据隧道《公路隧道通风设计细则》的规定：单向交通隧道，当符合式L·N≥2×106时，可设置机械通风；双向交通隧道，当符合式L·N≥6×105时，可设置机械通风。
制定隧道火灾防烟和排烟的设计原则：不同隧道长度（如：L≤1 000m、1 000m<L≤5 000m、L>5 000m）的高速公路隧道分别采用火灾防烟和排烟方式。
1.2 计算特征年的设计交通量
根据预测年度交通量，设计小时交通量系数和方向不均匀系数等参数，计算项目所处路段的设计特征年高峰小时交通量。
1.3 确定设计标准
计算或设定在设计时速下每10km/h一档的参数，主要包括隧道内CO允许浓度、隧道烟雾允许浓度、隧道空间不间断换气频率或换气风速，以及隧道火灾热释放率和火灾临界风速。
1.4 计算需风量
计算设计时速下每10km/h一档的稀释烟尘、CO、换气的需风量，取其较大者作为设计需风量，另根据火灾临界风速确定火灾排烟需风量。
1.5 计算通风力及风机数量
计算隧道内沿程阻力、局部阻力、自然通风力、交通通风力等，根据风力平衡式：△Pr+△Pm=△Pt+∑△Pj，确定射流风机总升压力和射流风机数量。
2案例分析
2.1工程概况
某公路隧道左、右线全长分别为1.688km和1.694km。开挖采用钻爆法进行，由挖掘机和装载机装碴，然后通过无轨运输出碴。
2.2方案选择
以隧道开挖进度为依据，充分利用人行通道空间，减少通风机械设备的使用。通风可分成以下两个阶段：（1）根据设计要求，在进洞700m后于左线和右线分别安装独立管路进行压入式通风；在与洞口相距30m的位置安装通风机，将送风管悬挂在拱腰处，以此持续向隧道内压风，采用风量相对较大的轴流风机，并在此基础上使用柔性风管，形成完整的压风系统，洞外的新鲜空气通过风管进入到作业面，而作业面的污风通过隧道向外排出。（2）在进洞的距离达到700m以后，1号人行和车行横通道都已经达到贯通，此时可进行巷道式通风。在左线的车行通道之前20～30m的位置设置风机，该风机伴随通道的不断开挖而跟进，以此对左线隧道实施通风；同时在人行通道中进行另外一台风机的设置，由该风机为右线隧道实时供风，通过这样的布置，左线将成为进风洞，而右线将成为出风洞。在以上第二阶段的通风过程中，通风机到洞口方向上的所有人行及车行通道都要临时封闭，全部车辆都从右洞进入和驶出。
2.3通风量计算
2.3.1 基本参数确定
在计算通风量前，应先确定以下各项基本参数：（1）隧道内最多施工人员数量按90人计；（2）通风距离按1 200m计；（3）当在施工中使用内燃机械时，每人都要供应4.5m3/min以上的新鲜空气；（4）开挖爆破时，最大用药量按240kg计算；（5）放炮完成后需持续通风的时间按30min计；（6）风管每百米长的漏风量按1.5%计，内摩擦系数取0.015；（7）隧洞内的风速应达到0.25m/s以上。
2.3.2 供风量计算
（1）当风量按照最低风速计算时，结果为1 275m3/min。
（2）当风量按照现场作业人员数量计算时，结果为486m3/min。
（3）当风量按照稀释由内燃机械运行产生的废气计算时，结果为3 447m3/min。
（4）当风量按照爆破完成后对一氧化碳浓度进行稀释来计算时，结果为673m3/min。
根据以上计算结果，供风量应取其中的最大值，即3 447m3/min。此外，考虑到风管漏风，经计算，供风量应达到4 133m3/min。
2.3.3 风压计算
根据相关经验，通风管直径的确定需要综合考虑隧道断面和风机类型，该隧道所用通风管的直径为1.5m。对于通风阻力，主要包括摩擦阻力与局部阻力两种，其中，摩擦阻力存在于整个流程当中，包括转弯与风流可以受到影响的部位。为了使需要的风量充足送至工作面，同时风速能够达到相关要求，通风机必须有良好的风压来克服阻力。经计算，局部阻力和摩擦阻力分别为48Pa、3 240Pa，这两者的和就是需要达到的风压，即3 288Pa。
2.4风机选型
基于以上计算结果，风机选型如下：
（1）射流风机：型号为SSF-No12，功率为37k W，共2台。
（2）多级变速风机：型号为SDF（B)-4-No14，可提供的风量在2113～4116m3/min范围内，风压在1078～6860Pa范围内，功率为160k W，高效风量为3361m3/min，转速为1480r/min，最高点功率为300k W，共2台。
（3）拉链式软风管：型号为φ2000，单节长15m或20m，总长需达到600m。
2.5设备安装调试
为压入充足新鲜空气，对于第一阶段的风机，在与洞口相距30m的位置安装；而对于第二阶段的风机，在送风巷以外20～30m的位置安装。为确保风机的运转始终保持平稳，其基础埋深应达到1.5m以上，用强度等级为C25的混凝土进行浇筑，并预埋钢板，架体采用16号工字钢通过焊接成型，高4m，将架体和预埋钢板通过焊接形成整体并达到牢固后，在架体表面进行风机的安装。为避免风机或配电柜由于降雨而产生意外，需在风机及配电柜的上方进行雨棚的搭设，并安装护栏。另外，风机的中心需要和风管中心始终处于同一条轴线。
风管和风机之间通过抱箍相连，并通过铁丝捆绑来加固。连接好后，通风管的中线必须和风机中心始终处在同一条轴线，高度与地面相距4m。在作业过程中，应先按照20m的间隔距离设置膨胀螺栓，然后设置钢丝绳，并用紧线器将其张紧，使风管被吊挂于拉线以下。风管的悬吊必须保持稳固，且高度应一致，每10m的挠度不能超过100mm。风管和开挖面之间的距离应控制在15m以内，同时在放炮的过程中要对可能受到扰动和影响的风管进行捆绑。
按照相应的规程及要求对通风设备开展维护工作，确保设备始终处在稳定且良好的状态。设备运行时要加强监控，尤其是风管安装和连接部位检查，通过检查确认是否可靠和存在漏风的情况，若发现问题应立即处理，以免对工作面通风造成影响。所有通风机都要加装保险，进行重点维护，如果风机产生故障，应能立即自动停机，以免造成更大的影响]。
2.6效果检测
为了使通风达到要求并保证安全性，需要对隧道实际通风效果予以随时监控及检测，内容包括：有毒有害气体实际浓度大小、粉尘及烟尘的实际浓度大小、空气温湿度和风速噪声。此外，还要对通风运行状态及能耗情况等进行检测，并做好记录。
该隧道通风效果检测结果为：（1）右线：采用粉尘仪按照2次/周的频率检测，实测结果满足不超过4mg/m3的要求；（2）左线：采用粉尘仪按照2次/周的频率检测，实测结果满足不超过4mg/m3的要求。
3结语
综上所述，文章结合具体案例分析公路隧道通风程序化设计，希望可以提高公路隧道通风效果。
参考文献
[1]吕康成,伍毅敏.公路隧道通风设计若干问题探讨[J].公路,2006(05):223-227.
[2]苏立勇.公路隧道通风设计问题分析[J].现代隧道技术,2005(05):29-34.