明堂山特长隧道单通道送入式通风节能模式研究

注重环境保护的原则。
3.隧道通风方案初步选择
3.2 通风方式选择
通风方式的选择主要考虑下列因素： a 交通条件； b 气象条件、环境条件； c 通风要求； d 隧道长度、纵坡、海拔高度等； e 火灾时的通风控制；
f 维护与管理水平；
g 分期实施的可能性； h 工程造价、营运电力费、维护管理费。
3.隧道通风方案初步选择
76/80
2/2
1/1
3185/3625
690/714
2200
1046
7145
4.互补式通风理论
4.1 通风原理
互补式通风是通过在隧道适当位置设置横向换气风 道，将两条隧道连通构成一个通风整体，将上坡隧道污 染较严重的空气中途排出至下坡隧道，同时下坡隧道污 染较轻的空气送入上坡隧道，以达到内部互补通风的目 的，最终使隧道两洞污染物浓度均满足要求，从而降低 隧道总需风量。
设计风量：235.5m3/s 需风量：195m3/s
设计风量：365.5m3/s 需风量：61m3/s
130m3/s
设计风量：365.5m3/s 需风量： 360m3/s
设计风量：495.5m3/s 需风量：119m3/s
明堂山隧道单通道送入式通风计算结果
5.隧道通风系统优化设计
5.4 通风风压计算
方案一：左右线全射流风机纵向式通风（初设）
3.隧道通风方案初步选择
3.3 隧道通风方案
方案二：右 左线线单单斜竖井井+射流风机纵向式通风（初设）
3.隧道通风方案初步选择
3.3 隧道通风方案
方案三：右 左线线单单竖竖井井+射流风机纵向式通风（初设）
3.隧道通风方案初步选择
3.3 隧道通风方案
施工图阶段通过优化隧道纵坡、降低污染物排放量、结合实际合理 选取通风参数、优化风道设计，最终确定了右线单竖井送排式通风+ 左线全射流纵向通风的总体方案，考虑到洞内火灾排烟需要，由排风 道向洞单独引入排烟专用风道，以满足左洞防灾救援要求。
4.互补式通风理论
4.2 主要参数计算
换气风量：
换气风量的确定需结合横向换气风道具体位置进行 不断试算校核，以确保左右隧道洞内任意位置污染物浓 度均满足设计浓度要求，并且整个通风系统总功率最小。 具体计算公式如下：
Qh
qsQx qxQs 2Q( qsR1 qxL3
)
LsQs LxQx
……………………④
下坡风量 qx =256 m3/s
上坡风量 qs =475 m3/s
总风量 731m3/s
下坡风量 Qx=365.5 m3/s
上坡风量 Qs=365.5 m3/s
5.隧道通风系统优化设计
5.2 互补通风
由互补式通风理论公式②、③推得 Lm=1732m， Ln=4894m ，即横向换气风道设置范围为1732m～4894m。 对上述横向风道允许设置范围进行不断试算，最终确定
在此理论基础上，结合岳西至武汉高速公路明堂山 特长公路隧道工程的实践应用，我们提出了单通道送 入式通风模式，即左右洞之间仅设置一条横向通风道， 由下坡隧道对上坡隧道进行集中送入式通风，从而进 一步降低通风系统规模，节能降耗。
2.工程概况
2.1 隧道概况
岳西至武汉高速公路安徽段 位于大别山腹地、岳西县境内， 路 线 全 长 47.25 公 里 ， 起 点 接 六安至潜山高速公路，终点接 武汉至英山高速公路湖北段， 是连接中西部地区与东南沿海 的交通大通道，对完善区域及 全省路网起到重要作用。
在左右洞适当位置仅设置一处横向风道，由上坡隧 道对下坡隧道进行集中送入式通风，直接稀释上坡隧道 污染物，以简化左右洞隧道风流组织，达到进一步节能 降耗的目的。
5.隧道通风系统优化设计
5.3 单通道送入式通风
已知 qx =256 m3/s ， qs =475 m3/s ，Qs=Qx=365.5 m3/s 。 经试算，假定横通道设置于距隧道进口端x=5812m处，换 气风量Qh=130 m3/s ，隧道需风量计算结果如下图所示:
3.3 隧道通风方案
初设阶段
右洞竖井+ 左洞竖井 分段式通风
右洞竖井+ 左洞斜井 分段式通风
全射流 纵向式通风
施设阶段
右洞竖井分段+ 左洞全射流 纵向通风
施工阶段
右洞竖井分段+左洞全射流 纵向通风+横通道
3.隧道通风方案初步选择
3.3 隧道通风方案
在项目初设阶段，结合明堂山隧道工程规模、地形地质、 通风需求及防灾救援等因素综合计算分析，分别针对以上三 种通风方案进行了对比分析:
互补式通风风流图
4.互补式通风理论
4.2 主要参数计算
要达到以上目的，首先要求隧道左右两洞需风量应 具有较大的风量差，其次需确定合适的横通道位置及换 气风量。互补式通风计算主要需确定如下几个参数：
主洞设计风量：
根据大量试算资料，当隧道左、右洞设计风量取
值为总风量的一半时，隧道总通风功率最低，即：
Qs
横通道最佳位置位于 L3=1732m，R1=5699m 处，横向送 排风道间距取为100m，换气风量分别为 Qh1=100 m3/s ， Qh2=130 m3/s 。隧道需风量计算结果如下图所示。
设计风量：335.5m3/s 需风量：194m3/s
设计风量：365.5m3/s 需风量：59m3/s
设计风量：365.5m3/s 需风量： 359m3/s
1.引言
根据国内已建特长公 路隧道通风方案统计 资料，对于双洞单向 交通隧道，长度小于 5km的 隧 道 一 般采用 全射流纵向式通风， 长 度 大 于 5km 的 隧 道 一般采用竖/斜井送排 式纵向通风。
1.引言
基于特长公路隧道上下 行纵坡的差异性，国内科 研人员创新提出了双洞互 补式通风，即在双洞之间 设置横向通风道将上下行 隧道连接为一整体，进行 内部互相通风换气。
7309m（-0.800%）
2.工程概况
2.2 主要参数
交通量
明堂山隧道近期预测交通量为20416辆/日(PCU)，远期 预测交通量为33406辆/日(PCU)，结合车型比例的预测，换 算出近远期相应车型的设计交通量。
明堂山隧道各车型高峰小时交通量表 设计交通量 小客 大客 小货 中货 大货 近期（2020年） 439 103 161 88 106 远期（2034年） 870 102 175 115 202
=Qx
=
qs
+q 2
xFra Baidu bibliotek
……………………①
式中：Qs为上坡隧道设计风量 m3/s，Qx为下坡隧道设计风 量 m3/s，qs为上坡隧道需风量 m3/s ，qx为下坡隧道需风量 m3/s 。
4.互补式通风理论
4.2 主要参数计算
横向换气风道设置范围： 互补式通风横向换气风道设置位置应确保上下坡隧
道各处污染物浓度均达到设计要求，并能够发挥整个通 风系统最佳通风效果。具体设置范围如下图所示：
61.0
8.5
5.隧道通风系统优化设计
5.4 通风风压计算
隧道左洞设计风量较小，且均为下坡段，仅靠洞内车流 交通风压基本可满足正常运营需要，同时，考虑到隧道防灾 救援要求，保证洞内3.0m/s排烟风速，经计算，火灾工况下 隧道左右洞分别需26台射流风机。
26台射流风机
1台轴流风机
26台射流风机
单通道送入式通风风机配置图
远期需风量
• 左洞：256m3/s • 右洞：475m3/s
1.852 1.855
5.隧道通风系统优化设计
5.2 互补通风
根据明堂山隧道需风量计算结果，qx =256 m3/s ， qs =475 m3/s ，不利工况下总需风量为731m3/s ，首先确定 隧道左右洞设计风量Qs=Qx=365.5 m3/s 。
明堂山特长隧道单通道送入式 通风节能模式研究
安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 汇报人：王飞 2015年10月
研究大纲
1.引言 2.工程概况 3.通风方案的初步选择 4.互补式通风理论 5.隧道通风系统优化设计 6.通风方案对比分析
7.结语
1.引言
近年来，公路隧道通风技术快速发展，早期长隧道 多采用横向通风。随着隧道建设规模的日益增大，纵 向通风方式因其节省电力、方便施工的突出优点在运 营通风中受到重视。而随着特（超）长隧道的不断涌 现，极大推动了对公路隧道新型通风模式的研究与探 索。
拖挂 66 126
合计 963 1590
2.工程概况
2.2 主要参数
需风量
根据规范，对稀释烟雾、CO按不同交通状态、不同车 速工况分别进行计算，并综合考虑交通阻滞、换气及火灾 等运营工况，需风量计算结果如下表：
项目
明堂山隧道控制需风量计算结果表 需风量(m3/s)
正常及阻滞工况 换气工况(3次)
近期
单通道送入式通风模式将明堂山特长隧道划分为四个通 风区段，根据隧道通风基本原理及各段设计风量，可求得各 通风段相应的通风阻抗力，并结合洞内自然风压及交通风压， 利用压力平衡原理，得出各通风区段所需风机提供的升压力， 从而确定风机数量及规格。具体计算结果如下表：
明堂山隧道各通风区段风压计算表
段落
风量 m3/s
风速 m/s
通风阻 抗
(Pa)
自然风 压
(Pa)
交通风 压
(Pa)
单台风 机升压 力(Pa)
射流风 机台数
L1
235.5
3.6
144.9
370.2 10.0
74.8
0
L2
365.5
5.6
115.5
71.7
9.2
R1 365.5 5.6 289.6
354.3 9.2
76.4
24
R2
495.5
7.6
238.5
5.隧道通风系统优化设计
5.4 通风风压计算
横向通风道轴流风机的计算根据规范中相关理论公式， 首先计算得出送风口升压力，并考虑横通道轴流风机段各项 压力损失，最终算得所需轴流风机设计风压及电机功率，综 合以上计算分析，横通道内设置轴流风机一台，单机功率约 150kw，明堂山隧道送入式通风风机布置方案如下图：
216
410
左线
远期
256
410
近期
400
409
右线
远期
475
409
火灾工况 196 196 196 196
3.隧道通风方案初步选择
3.1通风设计原则
1
近期与远期工程相结合及国
产化率的原则;
2
先期建设投资和后期运营
费用并重的原则;
3
换气控制适用于多种工况的
通风原则;
4
积极而慎重地使用新技术、
新材料、新设备和新工艺，并
0 1458 15728
左斜井+ 右竖井 （近/远期） （初设） 22/46
4/6
3/5
3360/5640
678/1134
5210
1104
11116
左竖井+ 右竖井 （近/远期） （初设） 26/54
4/6
3/5
3680/6180
702/1182
3885
1209
12181
右竖井+ 左全射流 （近/远期） （施设）
100m3/s
130m3/s
设计风量：395.5m3/s 需风量：109m3/s
5.隧道通风系统优化设计
5.3 单通道送入式通风
由于隧道所在路段近远期交通量均不是很大，隧道纵 坡（±0.8%）亦较小，洞内总需风量相对不大，故而考虑 进一步简化通风系统，结合集中送入式通风模型，在互 补式通风理论基础上，提出单通道送入式通风方式。
式中： Qh为横向风道换气风量，m3/s ，其他各符号意义同 前。
5.隧道通风系统优化设计
5.1 基本条件
明堂山隧道为单坡隧道，隧道右线（上坡）需风量 大于左线（下坡）需风量，隧道左右洞近远期通风负荷 比约为1:1.85，上下坡隧道需风量存在一定差异，满足 互补式通风的基本条件。
近期需风量
• 左洞：216m3/s • 右洞：400m3/s
3.隧道通风方案初步选择
3.4 通风方案分析
通风方案经济技术比较
项目
方案
全射流风机 （近/远期）
（初设）
Φ1120射流风机（台） 轴流排风机（台） 轴流送风机（台） 装机总功率（kw） 通风设备费（万元） 土建费（万元）
5年运营电费（万元） 5~20年运营电费（万元）
148/266 — —
4440/7980 888/1596
横向换气风道设置范围示意图
4.互补式通风理论
4.2 主要参数计算
横向换气风道设置范围：
根据通风基本理论，横向换气风道设置范围计算公
式如下：
Lm
Ls (1-
Qs qs
)
……………………②
Ln
qsQxLsLx qsQxLx qxQsLs
……………………③
式中：Lm为横通道距上坡隧道出口的距离，m； Ln为横通 道离下坡隧道入口的距离，m； Ls为上坡隧道长度，m； Lx为 下坡隧道长度，m；
明堂山隧道是岳西至武汉高速公路的关键性工程，为上下 行分离式特长公路隧道，根据沿线地形按山岭重丘区高速公 路标准建设，设计速度为80km/h，长度为2×7568.5m。
2.工程概况
2.2 主要参数
纵坡
右线 （7531m）
240m（+1.994%）
7291m（+0.800%）
左线 （7548m）
239m（-1.994%）