高速隧道通风系统

隧道通风、散烟系统设计及动态管理

摘要：京哈高速公路（国家高速公路网编号G1）是指北京－哈尔滨的首都放射线高速公路。目前已经全部建成高速公路。路线为：北京－唐山－秦皇岛－锦州－盘锦－辽中－沈阳－四平－长春－哈尔滨。其中，北京－沈阳段，在原先五纵七横国道主干线系统中，为丹东－拉萨国道主干线（G025）的一部分；沈阳－哈尔滨段为同江－三亚国道主干线（G010）的一部分。文章从锦江山隧道的施工组织出发，论述了其在施工过程中通风、散烟系统的设计及运行期间的动态管理。关键字：京哈；锦江山；通风；散烟

前言

已京哈高速公路中锦江山隧道为例，讨论隧道施工中通风、散烟系统布设、效果。该特长隧道采用上下行分离的双洞单向双车道设计，上、下行线分别为3373米和3344米；单洞总长6727m.上下行线隧道两端中线间距分别为52米和44米。隧道净宽9.75米，有效净高5m.为满足该隧道建筑界限和通风照明、交通监控、通讯消防等设施需要，隧道设计净跨为10.9m，净高为7.2m的半圆拱曲墙断面。为满足灾害救援要求，上下行线间设置5个紧急停车带与相应5条行车横洞。隧道纵向呈中高两低的人字形布局，上、下行线最大埋深分别为309米和331米。该工程已经经云南省交通厅验收，工程质量优良，

2003年12月28日通车。

隧道之种类

目前大众化之列车隧道大致可分为：铁路、捷运及高速铁路隧道等等。各种不同之列车，其车速及车种不同在隧道内产生活塞效应之程度亦大不相同。且隧道是单向运行、亦是双向运行，或是否有地下车站等等，都将关系著通风设施之布置。[1]。

隧道通风之考量因子

在正常营运状况下，隧道通风设施应考量将列车产生之废气及热源、粉尘等顺利排除，以维持旅客在隧道内舒适之环境。在紧急状况例

如失火状态，将借由通风设施将火场之烟尘及热源，在影响旅客最小之范围下排除。且良好之通风设施应能提供新鲜空气并导引旅客之逃生方向[2]。

列车隧道之通风排烟设施

1.隧道风机（Tunnel Ventilation Fan，TVF）

在锦江山隧道连接处常设有竖井与大气连接，在竖井内则设置有TVF，正常营运时可以协助改善隧道内之环境品质，当失火紧急状况发生时则用以协助排烟并提供旅客安全逃生环境。失火时，TVF采取两端同时排风，将空气由穿堂导入月台，再导入轨道区而由竖井排除。若于隧道内失火时，则隧道一端送风另一端排风，送风方向之风速应达2.5 m/sec（台铁及高铁为2.0 m/sec），以导引旅客逃生。

1、喷流式风机（Jet Fan）

在车行隧道内为增加空气之流动或控制空气之流向，必要时必须设置喷流式风机。在平常时可以提供隧道内新鲜空气，失火紧急状态则做为排除烟尘使用。

隧道之防烟设施

楼地板面积超过500 平方米，应予以水平区划，其每一水平区

划面积不得超过500平方米，CFD烟控模拟时以设计图之尺寸

模拟。

2.侦烟探测器：依内政部“各类场所消防安全设备设置标准”，在

装置面高度未满4米时，一种或二种探测器之有效探测范围为

150平方米，换算成任一火源位置之水平直线距离不超过7米

便应设有侦烟探测器，且每一防烟区划至少设置一个。CFD烟

控模拟时依设计图设置侦测点。

3.排烟风门、排烟天窗及防烟铁卷门启动：在地下车站内为紧急

状态支应变都设置有排烟风门，且为区隔防烟区块，区块与区

块间则设置有防烟铁卷门。在部分车站站体且设置有排烟天窗，例如台北捷运信义线之大安森林公园站。

1.施工方法和隧道通风要求

为确保隧道的施工进度和安全，两个施工单位从隧道两端同时对向掘进，掘进方法基本按上、下分布进行。特殊地质地段采用六步流水作业法或短台阶七步流水作业法。在下部施工时，为保证上部施工不受影响，采取左右交替施工的手段。掘进采用人工手风钻钻孔，适量装药爆破。上部出碴采用CAT966F轮式装载机和东风自卸车；下部出碴采用挖机和东风自卸车进行。初期支护采取湿喷机湿喷钢纤维混凝土；二衬边顶拱混凝土采用整体钢模浇筑。受上述施工方法、施工设备、爆破等综合因素的影响，随着施工的进行、洞身加深，隧道内的污染气不能及时排出，这样如果浓度逐渐积累，不仅对人体造成危害，而且还将影响安全、进度等。

按国家卫生标准规定，隧道施工期间，洞内空气质量：氧气单位体不得少于20%；气温不得高于30℃，有害气体浓度：CO一般情况不大于30mg/m3；CO2、甲烷（CH4）单位体不得大于0.5%；氮氧化物（NO2）在5～8 mg/m3，洞内人均每分钟必须供给不得少于3m3、内燃机每千瓦不得少于3m3的新鲜空气，洞内不得小于0.15m/s的风

速等。

2.通风系统的技术方案

2.1系统布置方案一：压入风营供风施工横洞贯通以前，在自然通风不能满足施工要求时，此种方案的不利之处在于废气必须经全洞排出，而排气效果主要取决于风机的性能和洞内外气象环境因素的差

异，经过运营试验总结：如果在选定风机的条件下，洞内气温高于洞外时，越有利于废气排出，所以在具体施工过程中我们建议应根据不

同地区不同季节适时组织施工。

方案二：巷道式混合通风随着洞身的延伸，压入式供风的效果将越来越弱，如果按以往方案采取串连风机进行接力供风的措施，不仅要求重新投入一倍的风机，而且运营成本也必定成倍增长，供风效果也由于废气充满整条隧道而必然导致串连风机重新把一部份废气送

进工作面而降低。

该方案由于采取在下行线横洞口架设了抽往上行线的风机措施，根据空气动力学原理，那么在上行线横洞口附近必然形成一个高压区，实践证明其阻碍了上行线洞内废气的排出效果，于是在具体实践中采取在上行线行右增加5.5kw的小型抽风机进行调节，终运行结果证明，

该方案是可行的，效果很好。

抽风机安装位置的选择是洞内排风效果的关键，按流体力学原理，如果采取封堵上行线洞口并在此按装抽风机的方法，那么上、下行线内的气体也就自动形成一个形似连通器的空间流动体，更有利于空气的流动及污染空气的排出，但出于施工考虑，在方案上我们采取安装在紧急停车带入口的偏中上方的具体措施。此种方案的不利因素仍然在于一部份不能及时抽出的废气仍经隧洞排出。

根据空气动力学理论，气流所受到的阻力有风管或风道的摩擦阻力、改变风向的局部阻力以及可能发生的正面障碍物的阻力，根据大