特长公路隧道运营通风节能分析(其他)

                              朱祝龙 田峰

                     中铁隧道勘测设计院有限公司第五设计分院

摘要：为了降低长大公路隧道运营费用、优化隧道通风方案，本文运用通风网络解算基本理论，分析了通风网络构成及风网中风流流动基本规律，采用矿井通风解算程序对某隧道平导送风型半横向通风和平导送风型纵向通风进行解算。结果表明，利用风网解算程序对长大公路隧道通风方案进行分析可以优化通风组合方式，降低通风系统装机功率，以达到节能的目的。

关键词：特长公路隧道通风网络节能

    随着我国公路建设的快速发展，公路隧道，特别是长度超过3 km的特长公路隧道大量出现。复杂的特长隧道通风系统不仅使隧道工程造价急剧增加，而且隧道运营费用也大幅上升。从以往的设计经验看，通风系统的投资约占整个隧道投资的15%～25%，而通风系统的维护管理占隧道运营管理费用的70～80%，因此合理确定隧道通风方案非常重要。本文运用通风网络结算基本理论，对隧道运营通风节能进行分析。

1  通风网络解算理论

    用图论的方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。通风网络解算算法目前应用较多的是回路法和节点风压法；无论是回路法还是节点风压法，其本质都是以通风阻力定律、风量平衡定律、能量平衡定律三大基本定律为基本原理。

    1)通风阻力定律

    空气在隧道中流动时，不同的流速会形成不同的流动状态，空气的流动状态可以采用雷诺数来判别，一般情况下隧道内空气流动状态均为紊流。紊流状态下，通风阻力定律指流体的流动阻力与风量的平方成正比，即：

式中：h为风道的通风阻力，Pa; R为风道的摩擦风阻；Q为通过风道总风量，m³/S。

    2)风量平衡定律

    风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流人与流出某节点的各分支的质量流量的代数和为零，即：

式中：M为通过的风量质量流量，kg/s。

    若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的风量的代数和为零，即：

    3)能量平衡定律

    能量平衡定律是指在一任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中风机风压与自然风压的代数和，即：

2  隧道通风网络解算

2.1工程概况

    高楼山隧道位于甘肃省陇南市西南角文县境内，为单洞双向行车隧道。隧道进口里程BK7+040，出口里程BK17+825，隧道全长10.875 km。本隧道从施工及防灾需要考虑到设置平导，平导进口里程BPK7+010，出口里程BPK17+820。

2.2通风方案

    本隧道为单洞双向行车的特长隧道，不能利用活塞风作用，因此必须考虑机械通风。隧道通风方式的选择与隧道长度、交通流量、行车方式、洞口环保要求和隧道施工方法等多种因素有关。根据规范计算可知，隧道设计风量为413.51 m³/s。在运营阶段，平时可以利用平导送排风，火灾时利用平导进行救灾和疏散。针对本隧道实际情况，通风方式考虑平导送风型半横向通风（方案一）和平导送风型纵向通风（方案二）。

2.2.1方案一

    平导送风型半横向通风方案是利用隧道风机通过平导送风，送风气流经设置的3个送风横通道送人隧道，横通道设置手动风量调节阀和电动防火阀，以实现均匀送风和平时通风与防灾通风工况的切换，隧道风机同时通过2个电动排烟口向隧道送风，隧道内污风从行车隧道两洞口集中排风。通风方案示意图如图1所示。

2.2.2方案二

  平导送风型纵向通风方案是平导送风方式同平导送风型半横向方案，同时在主隧道设置射流风机以达到通风要求。通风方案示意图如图2所示。

2.3通风网络解算

  依据通风网络基本原理和通风系统示意图，不考虑风机段、隧道坡度及线路圆曲线等影响绘制通风网络图（图3、图4）。

2.4通风网络解算结果

    解算目标要求隧道从进口端到出口端所有风量都能够满足隧道需风量计算要求，能够有效稀释污染物，满足隧道舒适、安全行车要求。

2.4.1方案一

  根据送风节点6、7、8、9、10所在位置，分析隧道需风量计算参数可算得各区段需风量如表1所示：

2.4.2方案二

    根据送风节点6、7、8所在位置，分析隧道需风量计算参数可算得各区段需风量如表2所示：

    风网解算结果表明，两种通风方案均能满足隧道运营通风的要求。

3  隧道通风系统分析

3.1节能分析

    根据风网解算结果，两种方案下主要通风设备装机功率情况如表3

    由表3可知，方案一在运营费用上比方案二要节能，参照《综合能耗计算通则》有关计算方法可算出每年约节省424.18 tce/a。

3.2隧道防灾救援分析

    方案一采用平导加压送风加双点式排烟方案。由于平导内平时送风，可以避免汽车尾气进入疏散通道，对防灾疏散有利；火灾时控制方式简单；火灾时人与烟气分离，人员疏散不受排烟影响。但是，由于主隧道送风机兼火灾时的排烟风机，排烟时风机需要切换工况，转换时间较长。

    方案二采用平导加压送风加洞口排烟方案。平导内有新鲜气流供应，因而主洞火灾烟雾无法侵入平导，不能伤害已撤离到平导的人员。但是此方案最大缺点为人与烟气不分离，需等待人员疏散完毕后排烟，排烟时机不好把握等。

    结合比较两者可以看出，方案一不仅比方案二要更节省运营费用，同时在防灾救援上更有优势，因此本工程选择方案一为推荐通风方案。

4  结论与建议

    1)对于本隧道，两种通风方式在技术上均可行；通风方案的选择不仅要求满足运营通风时的需风量计算，还需要达到防灾救援的要求；

    2)方案一不仅比方案二要更节省运营费用，同时在防灾救援上更有优势，因此本工程选择方案一为推荐通风方案；

    3)利用通风网络解算理论可以优化通风组合方式，降低通风系统装机功率，以达到节能的目的，可以为类似工程提供一定参考。