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摘要：文章介绍了互补式通风的原理，说明互补式通风在设计风量确定时考虑的关键点，给出考虑隧道进出口桩号时的互补式系统的安装范围，最后建议了横通道合理的间距。
关键词：公路隧道互补式通风换气系统设计理论
中图分类号：X734文献标识码： A
Abstract: This paper introduces the principle of complementarity ventilation, illustrate key points in the design of complementary ventilation air flow to determine the consideration given consideration when installing the scope of the tunnel and export Stake complementary systems, the final recommendations of a reasonable cross-channel spacing .
Keywords: highway tunnel ventilation system complementary design theory
1 引言
众所周知，为了保证公路隧道内的行车安全和司乘人员的身体健康，公路隧道必须采取必要的通风措施，然而通风设备高昂的造价和运营费用在一定程度上制约了公路隧道的建设，影响了隧道的运营水平，公路隧道通风设施的造价一般为工程造价的10%～20%，长大隧道甚至达到30%以上；另一方面，在公路隧道不断向长大化发展的过程中，双洞单向交通公路隧道通风负荷的不均匀性渐渐成为隧道通风的一大特点。对此，国内外研究人员提出“双洞互补式通风”的概念，并且通过大别山隧道也给出了设计理论和方法。本文从互补式通风的设计理论出发，指出了设计风量考虑的关键点，给出了进出口桩号不同时互补式系统的安装范围，并对横通道间距作出了合理的建议。
2互补式通风原理
在保证两条隧道内需风量都不大于其最大允许需风量的前提下，以纵向通风的方式辅以一个双向互补式横向通风道将两条隧道联系起来，构成一个整体进行内部相互通风换气，用下行隧道内富余的新风量去弥补上行隧道内新风量的不足，使得两条隧道内的空气质量均能够满足通风要求。实际上互补式通风与送排式通风相似，只是将下行隧道作为上行隧道的通风井，见图1。
图1 互补式通风原理图
3双洞互补式通风系统设计风量的确定
在进行设计风量的确定时，必须考虑如下几个关键点：
（1）依据双洞互补式通风基本原理，为保证上行隧道内的空气污染浓度不超过限制值，需要利用下行隧道内的风机为其提供不足的风量，因此，下行隧道的设计风量要大于其需风量。
（2）采用互补式通风时，一般上、下行隧道需风量只要选择由稀释CO或者烟雾所需需风量中的最大值，因为经过互补换气系统，上、下行隧道风量均会满足换气和火灾的要求。
（3）采用互补式通风时，上、下行隧道设计风量之和小于两条隧道最大容许风量之和。
（4）当总的需风量一定，、的设计风量的取值在下坡隧道需风量和上坡隧道需风量之间，经过大量计算，上行隧道与下行隧道设计风量相等时总的通风功率最小，因此，最为经济。
假定两条隧道的污染物最大浓度都等于限制值，则有：
（1）
式中：为上行线隧道设计风量，；为下行线隧道设计风量，；为上行线隧道需风量(不考虑火灾和换气)，；为下行线隧道需风量(不考虑火灾和换气)，。
4双洞互补式系统安装范围的确定
确定双洞互补式换气系统的位置是非常关键的，若不能将其安装在适当的位置，双洞互补式换气系统不仅无法发挥最佳的效果，甚至对整个隧道通风系统会产生不利的影响，需要依据其基本原理，综合考虑各影响因素，确定合理的安装范围。
之前在进行允许安装范围确定时，并未考虑到上、下行隧道长度的不同及进出口桩号的差异，现推出考虑之后的允许安装范围计算公式。图2为考虑上述因素时双洞互补式换气系统的允许安装范围示意图，图中两条粗实线表示未安装双向换气系统时上、下行线隧道内的污染物浓度分布。双洞互补式换气系统需安装在图2所示的Lm到Ln范围内，即横坐标上阴影部分。
图2 双洞互补式换气系统的允许安装范围示意图（单位：m）
需要说明的是：图2中为上行隧道进口到下行线隧道出口的距离，m，如果上行隧道进口在下行隧道出口的右边，取正，反之，取负；y为下行隧道进口到上行隧道出口的距离，如果下行隧道进口在上行隧道出口的右边，取正，反之，取负；原点设在上行隧道进口位置。
从双洞互补式换气原理可知，气流经过系统后污染物浓度会有所升高或降低，而对系统之前的隧道段的污染物浓度没有影响。从图2中可以看出如安装在的右边，上行线隧道内的空气污染物浓度在未到达系统之前已经超标，即使从下行线隧道换入再多的低污染浓度空气也无济于事，双向换气失效；如安装在的左边，从下行线隧道换入到上线隧道的空气污染浓度比上行线隧道本身的污染浓度还要高，与双向换气的初始目的相背离，将使得上行线隧道内的污染情况更加恶化，不能够达到双向换气的目的。
对于的确定可依据公路隧道通风基本理论得到：
（2）
同理可根据污染物浓度相等的原则得到：
（3）
（2）（3）式中：、均为离上行线隧道进口的距离；为上行线隧道的长度；为下行线隧道的长度。
5双洞互补式系统横通道间距的确定
确定双向换气系统两条横通道的间距，如果间距过小，就会发生回流现象，影响系统的正常运作；如果间距过大，污染物浓度会在横通道之间发生超标现象。
实际上互补式通风与送排式通风类似，因此也具有类似的短道问题，并且短道的作用与竖井送排式纵向通风中的通风短道类似，可以参考送排式通风短道长度来给出互补式通风短道的长度。送排式纵向通风中的通风短道的间距一般为65～80m，建议双向换气系统的横通道间距也取为65～80m，经过校核计算后如发现有污染物浓度超标的情况，可以适当调整其距离，直到满足通风要求为止。
6结语
互补式通风是近几年提出的新的纵向通风方式，文章根据互补式通风的原理，指出了设计风量考虑的关键点，给出了进出口桩号不同时互补式系统的安装范围，并对横通道间距作出了65～80m的合理建议,对互补式通风设计提供理论参考。
参考文献：
[1]JTG/T 026.1-1999公路隧道通風照明设计规范 [S].北京:人民交通出版社，2000.
[2]吕康成.公路隧道运营管理.北京：人民交通出版社，2006.
[3]石平，夏永旭.公路隧道送排风短道流场数值分析及优化研究[J].地下空间与工程学报，2009，5（2）:403-405.
[4]胡彦杰，邓敏，杨涛.双洞互补式通风在大别山隧道中的应用研究[J].交通科技，2011（2）:56-59.
[5]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.大别山隧道双洞互补式网络通风方案研究报告[R].武汉:中交第二公路勘察设计研究院有限公司，2009.
关键词：公路隧道互补式通风换气系统设计理论
中图分类号：X734文献标识码： A
Abstract: This paper introduces the principle of complementarity ventilation, illustrate key points in the design of complementary ventilation air flow to determine the consideration given consideration when installing the scope of the tunnel and export Stake complementary systems, the final recommendations of a reasonable cross-channel spacing .
Keywords: highway tunnel ventilation system complementary design theory
1 引言
众所周知，为了保证公路隧道内的行车安全和司乘人员的身体健康，公路隧道必须采取必要的通风措施，然而通风设备高昂的造价和运营费用在一定程度上制约了公路隧道的建设，影响了隧道的运营水平，公路隧道通风设施的造价一般为工程造价的10%～20%，长大隧道甚至达到30%以上；另一方面，在公路隧道不断向长大化发展的过程中，双洞单向交通公路隧道通风负荷的不均匀性渐渐成为隧道通风的一大特点。对此，国内外研究人员提出“双洞互补式通风”的概念，并且通过大别山隧道也给出了设计理论和方法。本文从互补式通风的设计理论出发，指出了设计风量考虑的关键点，给出了进出口桩号不同时互补式系统的安装范围，并对横通道间距作出了合理的建议。
2互补式通风原理
在保证两条隧道内需风量都不大于其最大允许需风量的前提下，以纵向通风的方式辅以一个双向互补式横向通风道将两条隧道联系起来，构成一个整体进行内部相互通风换气，用下行隧道内富余的新风量去弥补上行隧道内新风量的不足，使得两条隧道内的空气质量均能够满足通风要求。实际上互补式通风与送排式通风相似，只是将下行隧道作为上行隧道的通风井，见图1。
图1 互补式通风原理图
3双洞互补式通风系统设计风量的确定
在进行设计风量的确定时，必须考虑如下几个关键点：
（1）依据双洞互补式通风基本原理，为保证上行隧道内的空气污染浓度不超过限制值，需要利用下行隧道内的风机为其提供不足的风量，因此，下行隧道的设计风量要大于其需风量。
（2）采用互补式通风时，一般上、下行隧道需风量只要选择由稀释CO或者烟雾所需需风量中的最大值，因为经过互补换气系统，上、下行隧道风量均会满足换气和火灾的要求。
（3）采用互补式通风时，上、下行隧道设计风量之和小于两条隧道最大容许风量之和。
（4）当总的需风量一定，、的设计风量的取值在下坡隧道需风量和上坡隧道需风量之间，经过大量计算，上行隧道与下行隧道设计风量相等时总的通风功率最小，因此，最为经济。
假定两条隧道的污染物最大浓度都等于限制值，则有：
（1）
式中：为上行线隧道设计风量，；为下行线隧道设计风量，；为上行线隧道需风量(不考虑火灾和换气)，；为下行线隧道需风量(不考虑火灾和换气)，。
4双洞互补式系统安装范围的确定
确定双洞互补式换气系统的位置是非常关键的，若不能将其安装在适当的位置，双洞互补式换气系统不仅无法发挥最佳的效果，甚至对整个隧道通风系统会产生不利的影响，需要依据其基本原理，综合考虑各影响因素，确定合理的安装范围。
之前在进行允许安装范围确定时，并未考虑到上、下行隧道长度的不同及进出口桩号的差异，现推出考虑之后的允许安装范围计算公式。图2为考虑上述因素时双洞互补式换气系统的允许安装范围示意图，图中两条粗实线表示未安装双向换气系统时上、下行线隧道内的污染物浓度分布。双洞互补式换气系统需安装在图2所示的Lm到Ln范围内，即横坐标上阴影部分。
图2 双洞互补式换气系统的允许安装范围示意图（单位：m）
需要说明的是：图2中为上行隧道进口到下行线隧道出口的距离，m，如果上行隧道进口在下行隧道出口的右边，取正，反之，取负；y为下行隧道进口到上行隧道出口的距离，如果下行隧道进口在上行隧道出口的右边，取正，反之，取负；原点设在上行隧道进口位置。
从双洞互补式换气原理可知，气流经过系统后污染物浓度会有所升高或降低，而对系统之前的隧道段的污染物浓度没有影响。从图2中可以看出如安装在的右边，上行线隧道内的空气污染物浓度在未到达系统之前已经超标，即使从下行线隧道换入再多的低污染浓度空气也无济于事，双向换气失效；如安装在的左边，从下行线隧道换入到上线隧道的空气污染浓度比上行线隧道本身的污染浓度还要高，与双向换气的初始目的相背离，将使得上行线隧道内的污染情况更加恶化，不能够达到双向换气的目的。
对于的确定可依据公路隧道通风基本理论得到：
（2）
同理可根据污染物浓度相等的原则得到：
（3）
（2）（3）式中：、均为离上行线隧道进口的距离；为上行线隧道的长度；为下行线隧道的长度。
5双洞互补式系统横通道间距的确定
确定双向换气系统两条横通道的间距，如果间距过小，就会发生回流现象，影响系统的正常运作；如果间距过大，污染物浓度会在横通道之间发生超标现象。
实际上互补式通风与送排式通风类似，因此也具有类似的短道问题，并且短道的作用与竖井送排式纵向通风中的通风短道类似，可以参考送排式通风短道长度来给出互补式通风短道的长度。送排式纵向通风中的通风短道的间距一般为65～80m，建议双向换气系统的横通道间距也取为65～80m，经过校核计算后如发现有污染物浓度超标的情况，可以适当调整其距离，直到满足通风要求为止。
6结语
互补式通风是近几年提出的新的纵向通风方式，文章根据互补式通风的原理，指出了设计风量考虑的关键点，给出了进出口桩号不同时互补式系统的安装范围，并对横通道间距作出了65～80m的合理建议,对互补式通风设计提供理论参考。
参考文献：
[1]JTG/T 026.1-1999公路隧道通風照明设计规范 [S].北京:人民交通出版社，2000.
[2]吕康成.公路隧道运营管理.北京：人民交通出版社，2006.
[3]石平，夏永旭.公路隧道送排风短道流场数值分析及优化研究[J].地下空间与工程学报，2009，5（2）:403-405.
[4]胡彦杰，邓敏，杨涛.双洞互补式通风在大别山隧道中的应用研究[J].交通科技，2011（2）:56-59.
[5]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.大别山隧道双洞互补式网络通风方案研究报告[R].武汉:中交第二公路勘察设计研究院有限公司，2009.