特长公路隧道通风竖井优化研究.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月湖南交通科技 ,收稿日期:作者简介:颜艳芬(),女,硕士,从事公路桥梁与隧道工程的技术研发、建设管理工作。文章编号:?()?特长公路隧道通风竖井优化研究颜艳芬,王玉臣,傅鹤林,赵运亚(湖南省高速公路集团有限公司,湖南 长沙 ;中南大学,湖南 长沙 )摘要:以椿木山特长公路隧道为依托,根据地质条件和实际工况,对隧道需风量进行理论计算,并通过与国内其他特长公路隧道对比分析,确定采用“左线通风井送排式 右线全射流风机”的通风方式。运用隧道通风动力学理论,从降低土建和机电运营成本角度,对椿木山隧道竖井位置进行优化选择及断面设计,确定了最优竖井位置为距洞口 处,相较其他 种方案最多
2、可节省成本约 万元。关键词:公路隧道;竖井通风;竖井位置;降低成本中图分类号:文献标志码:引言随着我国对公路的大力投资和建设,公路里程数持续增长,与之相应的特长公路隧道数量也在逐年增长,截止至 年底,全国公路隧道 处,共计 万 ,其中特长隧道 处,共计 万 。公路隧道的增多,尤其是长大公路隧道的增多,会造成隧道通风排烟的土建与机电成本增大、能耗增大、运营费用增加等一系列问题 。因此,如何在保证安全的前提下降低隧道通风所带来的能耗,做到安全高效,成为非常重要的研究课题。我国很多学者都对公路隧道通风方案优化展开过研究。付朝辉等 以华蓥山隧道为依托,提出特长公路隧道单竖井应对异常交通情况的通风方案;
3、姜童辉等 通过试验和 数值模拟,研究纵向通风不同高度竖井的最佳通风速度;陈扬勇等 以城开路满月特长隧道为依托,根据隧道埋深、需风量、通风井类型以及数量,以最优排风比、经济风速、经济断面为依据,提出了满月隧道通风优化配置方案;雷帅 以宁攀高速火山隧道为依托,利用理论计算得到隧道需风量,综合土建和运营费用,得到左线采用两区段通风,右线采用全射流通风的通风方案;李志鹏 对扎尕梁特长公路隧道通风方案从经济角度进行比选研究。目前学者们对公路隧道通风的方案选择研究较多,但鲜有从经济角度对特长公路隧道通风方案进行对比,在保证安全的前提下降低隧道通风所带来的能耗。本文以椿木山特长公路隧道为依托,运用隧道通风动
4、力学理论,从降低土建和机电运营成本角度,对椿木山隧道竖井位置进行优化选择及断面设计,优选方案相对于其他 种方案最多可节省成本约 万元。工程概况在建椿木山隧道为湖南省怀化市芷江至铜仁(湘黔界)高速公路项目的重点控制性工程,位于芷江县与麻阳县接壤地带,进口位于芷江县五郎溪乡杨家寨西北侧约 ,出口位于麻阳县尧市镇樟木坳东北侧约 ,为分离式特长隧道,按双向四车道、速度标准设计。隧道起讫桩号:左线 (长度 )、右线 (长度 )。椿木山隧道通风排烟设计参数见表 。表 椿木山隧道通风排烟设计参数设计参数类别计算及控制参数正常行车全射流通风 设计控制风速火灾工况 (火灾当量)稀释异味 湖南交通科技 卷续表 椿
5、木山隧道通风排烟设计参数设计参数类别计算及控制参数左线长度 右线长度 坡度 隧道参数主洞断面积 当量直径 摩阻系数 自然风速 空气密度 交通量预测近远期最大混合交通量 计算行车速度正常运营 交通阻滞 换气频率次 设计浓度正常 阻滞 烟雾设计浓度 椿木山隧道通风排烟方式选取对各工况条件下需风量计算可知,椿木山隧道左线最大近期需风量为 ,左线最大远期需风量为 ,隧道净空断面积 为 ,则隧道左线最大设计风速为:左 。椿木山隧道右线最大近期需风量为 ,右线最大远期需风量为 ,则隧道右线最大设计风速为:右 。为了选择更适合椿木山特长隧道的通风方式,参考国内类似隧道通风排烟方式选择的经验,对国内与椿木山隧
6、道长度相近的典型特长隧道具体通风方式进行调查研究,调查结果见表 。表 国内长度相近隧道通风方式调查表序号隧道名称双洞平均长度 省市竣工年 车道 个 洞数 个运营通风方案括苍山隧道 浙江 左右洞各 座斜竖井送排式纵向通风、顶隔板排烟方斗山隧道 重庆 左右洞各 座斜井送排式纵向通风摩天岭隧道 重庆 左右洞各 座斜井送排式纵向通风白云隧道 重庆 左右洞各 座斜井送排式纵向通风雪峰山隧道 湖南 左洞 座斜(竖)井、右洞单斜井送排式纵向式明月山隧道 四川 竖井分段纵向式通风秦岭 号隧道 陕西 上行单斜井送流排纵式向纵通向风通风、下行射流纵向通风秦岭 号隧道 陕西 上行单斜井送排式纵向通风、下行射流纵向通
7、风铁峰山 号隧道 重庆 近期全射流 远期通竖风井送排式纵向式 羊角隧道 重庆 左右洞各 座陡坡斜井送排风分段纵向通风经过调查研究可知,我国已建长度 左右的高速公路隧道普遍采用“通风井送排式 射流风机”组合通风方式,且长度为 的特长公路一般设置 座竖井。椿木山隧道为约 的长大隧道,设计风速小于 ,左线可以采用竖井分段通风,同时设置联系通道进行分段排烟,右线采用全射流通风方案,同样使用联系通道进行分段排烟,实现单井控双洞的通风排烟功能,通风竖井设置方式如图 所示。通过上述分析可知,椿图 通风竖井设置木山隧道仅在合适位置设置 座通风井即可满足通风排烟需求 。椿木山隧道竖井位置选择竖井位置的选择需在考
8、虑满足通风的前提下兼顾施工的经济性。根据地质勘察报告和现场调研,在距离隧道洞口两端不小于 范围内选择埋深相对较浅且便于竖井施工的位置。埋深较浅则土建施工的成本较低,但前提是必须满足通风要求,且考虑通风机电设备的成本,经过初步比选(土地征用等条件限制),提出 种竖井位置方案进行详细比选,种竖井方案参数见表 ,其纵断面如图 所示,平面位置如图 所示。表 种竖井位置方案参数方案里程距进口距离 埋深 方案一 方案二 方案三 期颜艳芬,等:特长公路隧道通风竖井优化研究图 种竖井方案纵断面()方案三()方案二()方案一图 种竖井方案位置平面 方案可行性理论计算以方案一为例进行具体计算详述,其他 种方案计算
9、过程相同,不作赘述。方案一左线送排风升压力计算根据竖井送排送风计算理论对隧道左线通风相关参数进行计算,左线竖井通风路径如图 所示。图 中:、分别为、断面处的风压;、分别为 、断面处的设计风量;为排风量;为送风口喷出风量;、分别为 、断面处设计风速;为排风口风速;为送风口风速;为风出角度。根据下式对左线隧道内压力参数进行计算:()()()()图 左线竖井送排式通风计算示意 ()()式中:为隧道需风量;为 断面处换气需风量;为排风口升压力;为风入角度;为空气密度;为送风口升压力;为送风口升压动量系数。计算时取 ,通过分析可确定:湖南交通科技 卷 ;。;。(送排风口提供的升压力)。并验算竖井排风口的
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