刘昌敏

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

1 概况

太原绕城高速公路西北段改线工程（太原西二环）位于山西省太原市西侧，将直接缓解太原市环城高速公路的交通压力。该路段共有隧道12座，特长隧道2座。其中，虎山隧道全长8 785 m，坡度为1.8%。

根据本项目工程可行性研究报告中预测的交通量，虎山隧道近期和远期的交通量经计算，结果见表1。车型比重近期和远期预测见表2。

表1 虎山隧道路段实际交通量计算

表2 车型比例预测 %

虎山隧道的技术参数：a）单向交通双洞四车道；b）设计车速：80 km/h；c）设计年限：近期为 2030 年，远期为2040年；d）隧道断面：分离式双洞，断面面积62.79 m2，周长 31.95 m；e）控制风速：隧道内设计风速小于等于 10 m/s；f）防排烟设计标准：（a）火灾热释放率 20 MW；（b）火灾时排烟风速 3.0 m/s；g）夏季隧址气温：30℃；h）自然风速Vn：2.5 m/s（2～3 m/s）。

2 隧道需风量计算

公路隧道通风设计中，车辆有害气体、烟尘的排放量及与之对应的交通量和基准排放量均应与各设计目标年份相匹配，计算近期和远期的需风量时应采用相应年份的交通量和基准排放量。机动车有害气体基准排放量宜均以2000年为起点，按每年2.0%的递减率计算至设计目标年份的排放量，作为设计目标年的基准排放量[1]。

计算需风量时，需按照设计速度以下各工况行车速度10 m/s为一档，分别计算稀释烟尘、CO的需风量，同时计算换气和火灾工况下的需风量，需风量取其最大值。

隧道通风为稀释行驶时排出的烟尘、CO及异味为目的，取最大值作为计算的通风量[2]。隧道对应不同控制指标的设计需风量见表3和表4。

表3 隧道对应不同控制指标的设计需风量（近期） m3/s

表4 隧道对应不同控制指标的设计需风量（远期） m3/s

3 通风的计算过程

交通通风力和风机提供的风量及风压应能够满足需风量的要求，并克服交通通风阻力。

3.1 自然通风力

在本项目中，自然通风力作通风阻力，洞内的风速取值2.5 m/s。

3.2 交通通风力

单向交通隧道，隧道交通通风力作为动力考虑。

3.3 隧道通风阻力

根据隧道通风阻力的计算公式计算求值。

3.4 风机的升压力

全射流纵向通风时，风机增加风压应与隧道内的自然通风力、交通通风力和通风阻力平衡。

4 隧道通风方案

4.1 通风设计方案

隧道若采用全射流纵向通风时，设计近期和设计远期的风速均已经超过规范值10 m/s对最大风速的要求，因此，虎山隧道通风需采用通风井分段。

根据隧道的地形条件，工程经济等方面的考虑，拟采用通风井送排式+射流风机的纵向通风方案，即在隧道两侧适当位置设置通风井，对隧道通风进行分段，将通风设计风速降低到规范要求值之下，并满足火灾排烟长度要求。

初步设计虎山隧道共拟定了两个通风井方案，考虑通风井兼做辅助施工通道的要求，每个通风井方案均设置了斜井。

4.2 方案比选

4.2.1 方案一

本方案将隧道左线划分为3段，采用3号斜井、1号斜井和射流风机纵向通风；右线分3个区段，采用1号斜井、1号竖井和射流风机纵向通风。方案示意图见图1。隧道各分段的需风量计算结果和斜、竖井及风道的参数如表5所示。

图1 隧道通风设计方案示意图(方案一)

隧道内，根据压力是否平衡作为判断通风段是否增加射流风机的依据。轴流风机应按照远期进行配置，并考虑备用风机台数。火灾工况时，保证隧道内临界风速值为3 m/s，以射流风机作为推动力，不考虑轴流风机进行验算。经计算，左线需射流风机的数量为26台，右线需射流风机的数量为26台。

表5 虎山隧道分段需风量计算表（方案一）

4.2.2 方案二

根据隧道近远期计算需风量、排烟要求及隧道的全长，将隧道左线分成2段，采用2号斜井、射流风机纵向式通风；右线分成3个区段，采用3号竖井、1号竖井和射流风机纵向式通风。方案示意图见图2。隧道各分段的需风量计算结果和斜、竖井及风道的参数如表6所示。

图2 隧道通风设计方案示意图（方案二）

表6 虎山隧道分段需风量计算表（方案二）

4.2.3 方案比较

根据风机功率计算各通风井方案通风运营服务10年、20年总电费，风机设备费在隧道建成时一次投入，总费用如表7所示。

表7 虎山隧道不同通风井方案通风能耗及设备费比较表

从表7中可看出，从土建费、设备费、施工条件、年通风运营用电费及工期等方面进行了综合比较，方案一总费用远低于方案二，优势较明显，因此，最终确定方案一作为虎山隧道通风系统的推荐方案。

5 结语

针对虎山隧道的特点，提出两种通风方案，综合比较计算，采用竖井+斜井分段送排式纵向通风方案。本方案具有建设投资低、通风和排烟效果好、运营成本低等优点。推荐的通风方案对类似的隧道通风设计工作有一定的参考价值。