肖 堯

(重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074)

國家西部大開發(fā)，交通設施建設先行。西部多山，公路隧道由于具有縮短公路里程、提高交通運輸效率、節(jié)省用地和保護生態(tài)環(huán)境等優(yōu)越性被廣泛采用。為保護隧道內行駛機動車里人員的健康、安全和舒適，保證隧道良好的環(huán)境以利于安全行車[1]，因此隧道需通風為運營隧道提供足夠的新鮮空氣，及時排除或稀釋隧道內有害氣體和煙霧[2]。隧道通風方式的選擇關系隧道造價和隧道后期運營費用。據(jù)相關資料統(tǒng)計，通風系統(tǒng)占整個隧道造價的10%～30%，其中特長隧道更是高于30%[3]，因此隧道通風方式選擇研究具有重要的意義。否則，高昂的造價和后期難以為繼的運營費用必將影響隧道修建和運營，甚至高速公路的可持續(xù)發(fā)展。

1 通風方式

目前隧道通風可分為自然通風和機械通風。根據(jù)公路隧道通風照明設計規(guī)范(JTJ 026.1-1999)，雙向交通隧道，當L·N≥6×105時，宜設置機械通風。式中L為隧道長度(m)，N為設計交通量(輛/h)，當L·N<6×105時，采用自然通風，只需利用大自然空氣的流動和隧道內車輛行駛所產生的交通風即可(單向交通隧道是否需設置機械通風的判斷依據(jù)為是否大于等于2×106)。機械通風可分為縱向式通風、橫向式通風、半橫向式通風和混合式通風，其中縱向式通風包括射流風機式、集中送入式、豎(斜)井送排風式、豎(斜)井排出式和靜電吸塵式五種；半橫向式通風包括送風半橫向式和排風半橫向式兩種[4]。

1.1 縱向式通風

縱向式通風即利用風機產生的氣流將隧道內有害氣體和煙霧吹向隧道出洞口，與此同時產生的高速氣流將使大氣壓強小于周邊大氣壓強，形成負壓區(qū)，使得高壓區(qū)的氣流向低壓區(qū)處流動，從而加速隧道內氣流的流動，最終綜合形成沿隧道縱向上的氣體流動，達到通風目的。原理如圖1所示。

圖1 縱向式通風

1.2 橫向式通風

橫向式通風如圖2所示，新鮮空氣經送風道從隧道一側進入隧道內部，與隧道內有害氣體和煙霧混合后，從隧道另一側進入排風道，最終由風機將其排出隧道，保證隧道內良好的行車環(huán)境。

1.3 半橫向式通風

僅從字面上理解半橫向式通風即借鑒了橫向式通風一半原理，其原理如圖3所示。隧道內只設置送風道則稱為送風半橫向式，新鮮空氣由送風道從隧道一側進入隧道，與隧道內有害氣體和煙霧混合后沿隧道縱向排出。隧道內只設置排風道則稱為排風半橫向式，有害氣體和煙霧經隧道一側進入排風道，由風機將其排出隧道。

圖2 橫向式通風

圖3 半橫向式通風

1.4 混合式通風

事無完美，月有陰晴圓缺?？v向式、橫向式和半橫向式通風均有自身局限性，因此在這3種通風方式基礎上組合而成的通風方式稱為混合式通風。

2 特長公路隧道通風方式

2.1 特長公路隧道特點

根據(jù)2004年交通部發(fā)布的《公路隧道設計規(guī)范》(JTG D70-2004)1.0.4條可知，公路隧道長度大于3 000 m即為特長隧道[5]。特長隧道修建首要解決隧道通風，確保司乘人員長時間在隧道內行駛的安全性、舒適性。其通風方式的選取不僅直接影響整個隧道工程的造價，還關系著未來的運營環(huán)境、運營效益和服務水平[6]。

特長公路隧道通風方面最大特點即需風量大。需風量主要由隧道內CO排放量和煙霧排放量決定，并與隧道斷面大小、車輛行車速度、交通風、交通阻滯狀態(tài)等因素有關。特長公路隧道長度很長，一方面使得車輛在隧道內行駛時間長，不可避免造成車輛在隧道內有害氣體和煙霧排放量大；另一方面使得隧道內車輛多，也不可避免造成隧道內有害氣體和煙霧排放量大，由此可見特長隧道需風量大。例如中梁山隧道左、右線所需通風量分別為547.00、304.48 m3/s[7]；雁門關隧道左、右線所需通風量分別為676.4、334.2.00 m3/s[3]；雪峰山隧道左、右線所需通風量分別為356.0、357.0 m3/s[8]。

2.2 通風方式

20世紀80年代以前，特長隧道多為半橫向式和全橫向式通風。20世紀80年代以后，歐洲仍以半橫向式和全橫向式為主，亞洲則全為縱向式通風[9]。

半橫向式和全橫向式通風需單獨預留通風風道，相比縱向式通風而言，其所需隧道斷面面積大，從而增加隧道開挖量，進而導致隧道造價高，特長隧道尤為嚴重。因此，鑒于隧道經濟性和交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，目前特長隧道首選縱向式通風方式。

隧道通風設計首先需計算隧道所需通風量，前文提到特長隧道需風量大，經相關計算，單純采取縱向式通風，隧道內風速往往將達到十幾米每秒。風速下隧道內的灰塵、紙屑將被吹向空中，影響駕駛人員視覺效果。若風速再大點，行人將無法在隧道內行走，阻礙相關人員對隧道內相關設施的運營和維護。另外，《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(JTJ 026.1-1999)也明確要求單向交通隧道設計風速不宜大于10 m/s[4]。因此必須在滿足隧道所需通風量的前提下，減小隧道內風速。

為有效解決該問題，目前主要采用分段式縱向通風，通過豎井或斜井將隧道通風在縱向上分為幾段，同時也將隧道內有害氣體和煙霧分為了幾段，“化整為零”，減小風機壓力。但經過多年的實踐也發(fā)現(xiàn)一些不足之處：為了滿足特長隧道通風要求，往往需要修建一、二個，甚至三個豎井或斜井，豎井或斜井的修建增加了隧道開挖量，尤其是當隧道埋深較大時；同時，為了進行豎井和斜井的施工，需修建施工便道，特長隧道豎井或斜井位置一般距兩端洞口較遠，造成需修建施工便道較長。這兩點都增加了隧道的造價，損害了縱向式通風的經濟性。

為不斷優(yōu)化隧道通風，近幾年研發(fā)出一種雙洞互補式網絡通風方式。隧道左右線所需風量往往不同，因此可通過在隧道之間設置一定數(shù)量的聯(lián)絡風道，將通風壓力較小隧道內的部分新鮮空氣送入通風壓力較大的隧道，同時將后者隧道內一部分有害氣體和煙霧送入前者隧道內，由其排出洞外。此時兩個隧道之間形成了互補性，充分利用通風壓力較小隧道通風量的同時，也降低了另一側隧道內的風速，使其滿足相關規(guī)范[10]?；谠摲椒ǎ鯄羲≡菏吭?013年全國公路隧道學術會議上提出“6 km以內的隧道可不設通風豎井或斜井”，大大降低了隧道工程的造價，促進了隧道建設的可持續(xù)發(fā)展。

3 結 語

特長隧道，解決通風問題是關鍵。通過對隧道通風方式的探討認為，隨著大別山隧道網絡式通風方式的應用成功，通風方式將成為未來一段時間特長隧道的首選通風方式，為特長隧道的建設發(fā)展做出不可磨滅的貢獻。

參考文獻：

[1] 喬春江， 柯小華.大坪里隧道通風方案設計[J]. 中南公路工程， 2006(1)：83-87

[2] 王成. 隧道工程[M]. 北京：人民交通出版社， 2009

[3] 夏永旭， 張進縣. 雁門關公路隧道通風方案[J]. 長安大學學報：自然科學版， 2003(4)：46-50

[4] JTJ 026.1-1999， 公路隧道通風照明設計規(guī)范[S]

[5] JTG D70-2004， 公路隧道設計規(guī)范[S]

[6] 夏永旭， 王永東. 秦嶺終南山公路隧道通風方案探討[J]. 長安大學學報：自然科學版， 2002(5)：48-50

[7] 毛遵訓， 徐寶賢.長隧道縱向式通風設計[J]. 公路， 1994(9)：12-14

[8] 胡彥杰， 龍正聰. 雪峰山隧道通風系統(tǒng)設計[J]. 中南公路工程， 2006(1)：103-108

[9] 夏永旭.我國長大公路隧道通風中的幾個問題[J]. 公路， 2003(5)：146-149

[10] 張世飚， 胡彥杰， 鄧敏.大別山公路隧道運營通風測試與分析[J]. 公路交通科技：應用技術版， 2012(11)：351-353