北京建筑大學      王欣

摘   要：本文就湖底隧道工程部分根據相關規范要求判定隧道應設置機械通風系統和排煙系統。借鑒類似工程實例設計施工情況，通風方案采用縱向通風方式。對隧道縱向通風的計算過程也作了簡單的介紹。

關鍵詞：隧道通風；縱向通風；射流風機

       1   工程概況

       本路段采用湖底隧道方案，隧道封閉長度1040m，為單向雙孔雙車道隧道，隧道凈高5.2m，寬約10m，單孔斷面面積約52m²。

       汽車在行駛過程中排放CO氣體，產生煙霧，為了保證隧道內良好的空氣環境，提供安全行車條件，要求隧道內設置通風設施。同時為了在發生火災時有效排除煙氣，根據《建筑設計防火規范》規定，隧道應設置排煙裝置。

       2   主要設計原則

     （1）以人為本確保行車安全為準則，滿足行車環境衛生標準以及行車舒適性要求。

     （2）隧道火災時應能及時控制和排除煙霧，防止煙霧回流，為人員疏散和施救提供有利條件。

     （3）充分利用行車產生的交通活塞風，優先考慮投資小、運行節能、控制靈活的縱向通風方式。

     （4）在隧道或匝道出口環境敏感點處，采取降低污染物排放和控制通風設備噪聲措施，滿足環保要求。

     （5）在設計中應結合地形和線路走向，合理的選擇風道、風井和風塔形式。

       3   通風方案設計

       3.1   通風設計判定

       本隧道為單向雙孔雙車道隧道，隧道長度1040m，隧道通車根據道路專業條件按每孔隧道每小時通過2500輛車計算。按照《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ026.1–1999）規定，對單向交通隧道，當L×N≥2×10⁶時，宜設置機械通風。根據《建筑設計防火規范》，本隧道僅限通行非危險化學品等機動車，屬于三類隧道（長度小于1500m），應設置機械排煙系統。

       3.2   通風方式

       本工程經過分析比較，并借鑒類似工程實例設計施工情況，通風方案采用縱向通風方式。其模式見圖1。

圖1   縱向通風示意圖

       縱向通風方式是利用懸吊在隧道頂部的風機使空氣沿隧道縱向流動，達到通風目的的通風方式。風機一般采用射流風機，射流風機可采用多組串聯安裝，每組可采用多臺并聯。射流風機的出口風速很高，利用其射流可以誘導大量空氣，射流氣流與誘導氣流發生能量交換保持一定風壓，從而形成空氣沿隧道流動的效果。采用射流風機進行縱向通風的計算原理是若干臺射流風機運行時產生的推力Z×S（Z為封流風機臺數，S為單臺風機的推力），克服隧道內壁面的摩擦阻力及隧道外部自然風的阻力，誘導隧道內空氣以流速Vr流動，達到通風的目的。

       縱向射流風機通風具有以下特點：

     （1）通風系統簡單，不需要風道，風機懸空安裝，可誘導隧道內空氣，風機體形?。?/p>

     （2）設備簡單，安裝方便，投資??；

     （3）對土建工程影響??；

     （4）通風排風從隧道端頭從隧道兩端低空排除，對洞口周圍環境有一定影響，目前為回避進排風短路，在有條件時可在隧道進出口部設置隔離墻。

       3.3   排煙方式

       隧道內發生火災時，在汽車行駛推力下，煙霧會向車輛行駛方向流動，火災源位置上風方向的車輛將停止行駛，而火災下風向的隧道部分實際成為煙道，消防人員難以撲救，必須將火災產生的煙霧有效排出。本工程采用了通風與排煙相結合的方案，火災發生時，通風系統可轉換為排煙系統，按兩者最不利風量進行設計。

       4   通風設備選擇

       4.1   通風量計算

     （1）CO排放量及稀釋CO的通風量計算

       CO的排放量計算：

        式中：qCO為每臺車CO單位排放量(m3/輛km，取0.01；fa、fd、fh、fiv為修正系數)

表1   系數取值規范表

       稀釋CO的通風量Qreq(CO)按下式計算：

       式中：隧道所在地夏季計算氣溫T取306K，計算大氣壓力取999.4hPa。

表2   計算結論

     （2）煙霧產生量及稀釋煙霧的通風量計算

       煙霧排放量計算：

       式中：qvi為每臺車煙霧的單位排放量（m²/輛·km），取2.5；fa(VI)、fd、fh(VI)，fiv(VI)為修正系數。

       稀釋煙霧的需風量按下式計算：

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

       在車速50km/h和30km/h的狀態下，通風量計算結果如下表：

表3   通風量計算結果

     （3）排煙風量計算

       隧道排煙按火災產生20MW熱量設計，根據《公路隧道設計規范》JTG D70–2004，排煙狀態下隧道風速取3m/s。排煙狀態下隧道風速取3m/s，折合通風量為每管隧道156m³/s。

       4.2   系統阻力計算

       隧道內空氣流動受到的阻力有：自然風阻力，通風氣流阻力ΔI′為汽車行駛交通風力Ol′w。射流風機群提供的總升壓力應克服以上阻力并根據這一平衡計算出射流風機臺數。

       在通風計算中，自然風阻力Δpm作為阻力考慮，按下式計算：

       式中：ζc為隧道入口損失系數；λr為隧道壁面摩阻損失系數；Dr為隧道斷面當量直徑；p為空氣密度；Vn為自然風引起的洞內風速。

       本隧道為單向行駛，汽車行駛交通風力 按下式計算：

       式中：Am為汽車等效阻抗面積；Ar為隧道凈斷面積；n為隧道內車輛數；V1為車速；Vr為設計風速。

       通風氣流阻力ΔI′，按下式計算：

       經計算，各項阻力計算結果列于下表：

表4   阻力計算結果

       4.3   風機選型

       隧道計算最大風量為156m³/s(排煙狀態)。最大阻力為55.41Pa(車速為10km/h)。射流風機選擇Ø630型，風機功率15kW，風機出口風速33.7m/s，風機流量10.5m3/s，風機出口面積0.312m²。
根據計算選擇10臺就可以滿足要求。

參考文獻

       [1] 《建筑設計防火規范》GB 50016–2006.

       [2] 《公路隧道設計規范》JTG D70–2004.

       [3] 《公路隧道通風照明設計規范》JTJ026.1–1999.

       [4] 《沉管隧道設計與施工》陳韶章主編.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年5月刊總第5期。
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