特長(zhǎng)公路隧道雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)物理模型試驗(yàn)

王亞瓊，夏豐勇，謝永利，等

摘要：目的：隨著我國(guó)公路建設(shè)迅猛發(fā)展，4～7 km特長(zhǎng)公路隧道大量出現(xiàn)，采用傳統(tǒng)通風(fēng)方式很難適應(yīng)發(fā)展的需求。針對(duì)雙洞特長(zhǎng)公路隧道，提出了雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)方案，在上下行隧道之間設(shè)置2條換氣橫通道，進(jìn)行隧道內(nèi)空氣交換，有效緩解上下行隧道通風(fēng)負(fù)荷差異大的問(wèn)題，從而使2條隧道內(nèi)空氣質(zhì)量都能滿足通風(fēng)要求。依托大別山特長(zhǎng)公路隧道工程，建立雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，分析2條換氣橫通道換氣風(fēng)量不同時(shí)隧道內(nèi)流場(chǎng)分布規(guī)律，并論證該通風(fēng)方式的可行性。方法：雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)基本原理：當(dāng)隧道左右線需風(fēng)量之和不大于2條隧道的最大允許通風(fēng)量之和時(shí)，可以在左右線隧道之間開(kāi)設(shè)2條通風(fēng)聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，將左右隧道聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成一個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到隧道內(nèi)空氣交換的目的。利用該原理確定左右線隧道的設(shè)計(jì)風(fēng)量QL和QR；再根據(jù)公路隧道通風(fēng)基本理論，計(jì)算隧道內(nèi)污染物濃度，為確保左右線隧道內(nèi)污染物濃度均不超過(guò)限制值，從而計(jì)算雙洞互補(bǔ)式換氣橫通道位置的合理設(shè)置范圍（Lm～Ln）。基于大別山公路隧道雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)方案，根據(jù)相似理論，建立了1∶10的物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)。為保證公路隧道通風(fēng)物理模型與隧道原型力學(xué)相似，試驗(yàn)采用等效摩阻理論，在適當(dāng)部位安裝阻力隔柵代替相應(yīng)長(zhǎng)度的模型，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，最終確定每條隧道設(shè)阻力隔柵14個(gè)，隔柵間距為3.6 m，模型長(zhǎng)度為72 m。橫通道長(zhǎng)4 m，在每個(gè)通風(fēng)橫通道中間安裝2臺(tái)軸流通風(fēng)機(jī)，滿足雙洞互補(bǔ)模型試驗(yàn)換氣系統(tǒng)的要求。隧道通風(fēng)模型整體布設(shè) 10個(gè)測(cè)試斷面，每個(gè)斷面分別設(shè)置 2個(gè)STP520風(fēng)壓計(jì)與1個(gè)風(fēng)速計(jì)。通過(guò)模型試驗(yàn)調(diào)節(jié)1，2號(hào)風(fēng)機(jī)頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，并利用測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量模型各斷面的風(fēng)速和風(fēng)壓，研究換氣風(fēng)量變化時(shí)隧道各區(qū)段的風(fēng)速場(chǎng)和靜壓場(chǎng)的變化規(guī)律。結(jié)果：通過(guò)模型試驗(yàn)結(jié)果分析可知，（1）固定1號(hào)風(fēng)機(jī)頻率（即固定風(fēng)量）時(shí)，隨著2號(hào)風(fēng)機(jī)頻率逐漸增大，即2號(hào)換氣橫通道風(fēng)量增加時(shí)，上行隧道內(nèi)送風(fēng)量增加，使得上行隧道內(nèi)送風(fēng)段、排風(fēng)段和短道內(nèi)風(fēng)速均增加；同時(shí)下行隧道內(nèi)排風(fēng)量增加，使得下行隧道排風(fēng)段風(fēng)速增加，短道回流風(fēng)量增加，送風(fēng)段風(fēng)速減小。（2）隨著2號(hào)風(fēng)機(jī)頻率增大，2號(hào)換氣橫通道換氣風(fēng)量相應(yīng)增加，下行隧道排風(fēng)段風(fēng)量增加，因此下行隧道排風(fēng)段污染物濃度降低，通過(guò) 2號(hào)換氣橫通道進(jìn)入上行隧道送風(fēng)段空氣的污染物濃度降低，進(jìn)而上行隧道送風(fēng)段污染物濃度降低，同時(shí)上行隧道送風(fēng)動(dòng)力增加，也使得上行隧道排風(fēng)段風(fēng)量有小幅增加，因此上行隧道排風(fēng)段污染物濃度也略有降低；然而2號(hào)換氣風(fēng)量增加，使得下行隧道排風(fēng)量增加，短道回流風(fēng)量增加，送風(fēng)段風(fēng)量減小，因此下行隧道送風(fēng)段污染物濃度隨之增加。（3）固定2號(hào)風(fēng)機(jī)頻率（即固定風(fēng)量）時(shí)，隨著1號(hào)風(fēng)機(jī)頻率逐漸增大，即1號(hào)換氣橫通道風(fēng)量增大時(shí)，上行隧道內(nèi)排風(fēng)量增加，使得上行隧道排風(fēng)段風(fēng)速增加，其短道回流風(fēng)量增加，送風(fēng)段風(fēng)速減?。煌瑫r(shí)下行隧道內(nèi)送風(fēng)量增加，下行隧道內(nèi)送風(fēng)段、排風(fēng)段及其短道內(nèi)風(fēng)速均增加。（4）隨著1號(hào)換氣橫通道風(fēng)量的增加，上行隧道排風(fēng)段風(fēng)量增加，因此上行隧道排風(fēng)段污染物濃度降低，通過(guò)1號(hào)換氣橫通道進(jìn)入下行隧道送風(fēng)段空氣的污染物濃度降低，進(jìn)而使得下行隧道送風(fēng)段污染物濃度降低，并且下行隧道送風(fēng)動(dòng)力增加，也使得下行隧道排風(fēng)段風(fēng)量有小幅增加，因此下行隧道排風(fēng)段污染物濃度也略有降低；然而1號(hào)換氣風(fēng)量增加，使得上行隧道短道回流風(fēng)量增加，其送風(fēng)段風(fēng)量減小，因此上行隧道送風(fēng)段污染物濃度會(huì)增加。結(jié)論：

互補(bǔ)式通風(fēng)系統(tǒng)將2條隧道內(nèi)的風(fēng)流聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成了一個(gè)整體，當(dāng)其中某個(gè)區(qū)段的換氣風(fēng)量變化，則2條隧道各區(qū)段的流動(dòng)都會(huì)發(fā)生變化。增大送入上坡隧道換氣橫通道的風(fēng)量，下行隧道出口處污染物濃度降低，上行隧道出口處污染物濃度升高；增大送入下坡隧道換氣橫通道的風(fēng)量，上行隧道出口處污染物濃度降低，下行隧道出口處污染物濃度升高。因此，雙洞互補(bǔ)式通風(fēng)方式是可行的，通過(guò)橫通道使下坡富余的新鮮空氣進(jìn)入上坡隧道，降低上坡隧道污染物濃度；使上坡污染空氣進(jìn)入下坡隧道，降低上坡隧道的風(fēng)速，在隧道內(nèi)部實(shí)現(xiàn)換氣，從而達(dá)到“同流合污”的通風(fēng)目的。

來(lái)源出版物：中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2014， 27(6)： 84-90

入選年份：2016