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【摘 要】隧道通风方案设计的好坏对于公路隧道有着很大的影响，直接关系着施工人员的健康，关系着公路隧道工程的整体质量。随着相关工作人员的不断努力，我国公路隧道技术不断进步，然而在其中还存在着一些问题，因此仍需要我们不断地研究和探讨。本文结合笔者亲身参与的工程实例，对隧道通风方案的设计进行了简要的分析，希望能为大家提供一些参考。
【关键词】隧道通风；工程；设计
【Abstract】The quality of tunnel ventilation scheme design has a great influence on the highway tunnel.It’s directly related to health of construction personnel，and relationships with the overall quality of the highway tunnel project.With the continuous efforts of relevant staff， highway tunnel technology continuously progress in our country.But there still exist some problems in them， so we still need constantly research and discussion.Combining with the author participate in engineering examples， this paper briefly analyzed the design of tunnel ventilation scheme， hoping to provide some reference for everyone.
【Key Words】Tunnel ventilation；Engineering；design
1隧道通风
在公路隧道通风方案设计中，必须要满足交通运营通风以及发生火灾时的通风要求。
而在发生火灾工况时，隧道通风方案的设计，首先要以保证人身财产安全为基础进行设计，有效控制烟气的流动，采取合理的防火防烟设计，因此在通风设计时要遵循“两个有利于，两个避免”，即：
①有利于消防救援的人员从上风向接近到火场，从而开展消防和救援的工作；
②尽量降低人体上所传递到的热负荷，防止排烟与救援因纵向风流的混流影响而造成影响；
③避免火灾现场空气高温的范围扩大，从而造成火灾的扩大以及二次火灾；
④避免烟气进入到相邻隧道以及避难的场所[1]。
2矮子沟隧道工程简介
2.1隧道概况
矮子沟隧道为双洞单车道特长隧道，为卡拉、杨房沟水电站交通专用公路全线控制性工程之一。上行线全长7223m（其中明洞14m，暗洞7209m）；下行线全长7246m（其中明洞13m，暗洞7233m）。
矮子沟隧道纵坡采用“人”字坡。上行线隧道：上坡0.4%（坡长3575m）；下坡-1.0%，进洞口（锦屏端）设计高程2526.565m。下行线隧道：上坡0.4%；下坡-1.0%，进洞口设计高程2526.569m。
2.2主要技术标准
矮子沟隧道按三级公路隧道标准设计，车辆行驶速度按30km/h设计，隧道照明设计速度按30km/h设计。
上行线隧道行车道建筑界限为5.0m×6.0m（限高×限宽）；下行线隧道行车道建筑界限为4.5m×5.5m（限高×限宽）。
紧急停车带宽3.5m（含右侧横向宽度0.25m），长40.0m（含过渡段2*5.0m）。
车行横通道净宽4.0m，净高5.0m。设计荷载为汽-40，挂车-200。
3施工通风方案设计要点
3.1通风设计
结合本隧道特点以及现场施工情况，上、下行线均采用单洞通风方案，通风采用压入式通风方式，在洞口各安装一台轴流风机，并在5号、8号加宽带处增加轴流风机进行二级接力，送风至掌子面；然后将污浊空气压出洞外，并在洞内增加射流风机向外引导。
3.2风机的安装布置
根据本隧道特点，选SDF（C）-№10型轴流通风机，在上行隧道洞口20m处设置一台2×135Kw的轴流风机，在下行隧道洞口设置一台2×135Kw轴流风机，采用风管，并利用高压进洞分别在5号、9号加宽带处设置一台2×110Kw轴流风机进行二级接力，直接将新鲜空气送至掌子面。随着隧道的进尺，根据实际情况逐步增加射流风机，加速使污浊气体排出洞内，计划分别在上下行第2#、4#、6#、8#、10#加宽带各安装一台射流风机（75Kw），同时在第2#、4#、6#、8#、10#横通道各安装一台变压器给射流风机供电。依次类推，在洞内设置的射流风机数量随隧道掘进的延伸增加。具体安装方案见下图：
3.3风量的计算
3.3.1洞内供风量计算
工作面所需风量的主要是通过排除爆破烟尘来进行计算。其计算方法有很多，差异也很大，现按下式计算（压入式通风）：
（1）按洞内作业人数计算
取最多工作人数100人，按每人应供应新鲜空气3m?/min计算：
（2）按排除炮烟计算
式中：Q1-工作面所需风量，m?/min
t-爆破后通风时间，min
G-同时爆破的炸药用量，取kg
b-每kg炸药有害气体生成量，取40L/kg
A-开挖面断面积，㎡
-淋水系数，取0.6 P-风管漏风吸收系数，取平均百米漏风率1.2%时，则1200m风管的漏风系数
P=1.56
L-通风区段长度，取200m，即掌子面向洞口方向200m范围内m。当长隧洞时，应按临界长度计算。临界长度：
式中：k-紊流扩散系数，取0.6
A矮子沟上行线隧道相关参数：
每循环按开挖3米计算，G取160kg；A取44㎡；通风时间t取30min；临界长度L计算得448，则
B矮子沟下行线隧道相关参数：
每循环按开挖3米计算，G取130kg；A取39㎡；通风时间t取30min；临界长度L计算得411m，则
（3）按允许最小平均风速计算
《隧规》规定施工中隧洞内平均风速不得低于0.15m/s。
A矮子沟上行线隧道取A=44㎡，则
B矮子沟下行线隧道A=39㎡，则
（4）按稀释内燃设备废气计算
假设每台装载机间隔10分钟（包括调车时间）装一车，自卸车在隧洞内的平均车速为10km/h，则一台装载机工作时，出渣过程中运渣最大车距为1670m。在4535m的长度内，有3辆车同时运输。所以，无论配备多少车辆，一个工作面的工作出渣车最多为3辆。自卸车的内燃机功率200KW/台，装载机功率160KW/台，则内燃设备同时工作总装机功率为：
3×200+160=760kW
取机械平均荷载系数0.9，平均利用率0.9，则实际工作总功率
760×0.9×0.9=616kW
取需风量系数为4.5m?/min·kW，则总供风量
=616×4.5=2772m?/min
3.3.2洞内供风量确定
通过以上风量计算，上行隧道工作面所需风量可按638m?/min，下行隧道工作面所需风量可按518m?/min。
总供风量假设通过施工组织安排，总供风量按最不利工况：“作业人员需风量+稀释内燃设备废气需风量”即为300+2772=3072m?/min（平均风速为：）。
3.3.3隧道通风阻力计算
上行线隧洞断面积=44㎡，水力直径d上=m，取隧洞壁面摩擦系数λ=0.048，局部阻力系数ξ=0.5，空气密度取ρ=1.2kg/m?，当时，通风阻力损失为：
3.3.4风机选型
（1）压入式风机选择：
根据隧道工作面所需风量最大值确定压入式风机类型，即
因此，根据Q=3550m?/min，选用2台洛阳市高林隧道技术有限公司生产的SDF（C）-№10变级多速隧道专用通风机（主要参数为功率135kw×2，风量2000～3600m?/min，风压2500～15000Pa），为上、下行隧道作业面供风。
（2）射流风机选择：
射流风机的风量与风机的风量满足稀释柴油机废弃所需的风量和隧道风流的速度影响，射流风机所需的风量为：
式中：V—隧道回风风速m/s；
S—隧道成型断面积，按隧道最大断面（紧急停车带）取83㎡；
K—为沿程损失，取1.2。
根据计算的风量，选择山西省侯马市鑫丰康风机有限公司生产的型号：SDS-Ⅱ型/75KW射流风机，基本性能参数：风量：49m?/s，出口风速：40m/s，推力：2280N，功率：75KW。
根据总风量3072m?/min（即51.2m?/s），每洞射流风机按5台计算，在实际施工过程中，如风量不能满足需要，可以增加射流风机总台数，以调节总风量。
4通风方案优化
通风方案的优化研究能够有效的促进隧道通风方案的改进和完善，在通风方案设计初步完成之后，需要对一些深层次、隐藏的因素进行分析、改进，从而能够达到预计的设计目标。
在通风方案的优化时，重点在于研究方式的改进，而在数值的模拟时可以分为两步：首先，对于交通条件的不同、斜（竖）并段的不同、风扇配置的不同、隧道风流防线、空气压力的分布、风速等因素，根据一元流理论[2]进行分析，从而提供通风模式定性与定量的描述。然后，采取CDF技术[3]，对这些问题以及细部的结构进行详细的分析和研究，例如斜（竖）并断面、汇流与分流局部损失系数；轴流风机的进出口段最佳长度与角度；射流分级的效应；在灭火排烟当中连通道的作用；连通道与过渡端阻力；火灾工况烟雾的分布规律、隧道的污染物扩散对于通风效果造成的影响等。物理实验是对通风方案在不同的通风工况、不同的风机配置、不同的细部结构情况下通过物理模型模拟时的效果。第一，在实测模型中要对细节结构流场的分布情况进行观测[4]，其中包括风流、风压、风速；第二，每个细节部位的几何形状有所不同，需要对其进行分别观测，掌握损失系数和阻力系数等；第三，分析并制定最佳的风机配置方式，这就要求熟知风机的排烟效果以及火灾工况时的烟流分布；第四，分析风场受到的风机参数的影响，不同的风机参数对风场产生的影响也是不同的。目前物理模拟和数值模拟仍旧存在不足之处，在实际工作中需要建立更加符合实际的模型。物理实验是通风设计中关键的步骤，对通风方案是否合理有着决定权，所以通过数值模拟计算出相关参数对改善数值研究模型是一个很好的途径。
5通风效果检测
通风效果的检测是隧道施工完成后对通风进行的实地检测，这是一项精细的工作，不仅能够对通风方案设计的合理性进行评价，还可以为改进和完善通风设计的方案提供帮助，主要内容包括：①隧道内N02浓度、CO浓度、HC浓度、风速、风压、噪音、烟雾透过率。②隧道环境污染浓度与污染范围。③风机性能、风机组合功能、风机功率、风机控制效果，甚至于检测器件的灵敏度等，这些都是放映隧道通风设计成功与否的重要指标。
6结语
隧道通风方案的设计作为公路隧道建设中重要的环节，我们必须要给予高度的重视。本文通过对隧道通风工程设计进行了简要的分析，希望能为同行们提供一些参考，旨在能够为提高我国公路隧道通风设计水平作出一点贡献。
参考文献：
[1]高新文.虹梯关隧道通风方案设计[J].公路，2010，04：202-206.
[2]王文辉，谭小刚.一种改良的隧道通风方案[J].公路交通科技（应用技术版），2013，10：278-280.
[3]苏文辉，傅琼阁，谢喻，邓欣.长沙南湖路湘江隧道通风方案初探[J].公路交通技术，2014，03：113-119.
[4]李宏晋.特长隧道通风方案及其优化[J].铁道建筑技术，2012，01：103-105+111.
【关键词】隧道通风；工程；设计
【Abstract】The quality of tunnel ventilation scheme design has a great influence on the highway tunnel.It’s directly related to health of construction personnel，and relationships with the overall quality of the highway tunnel project.With the continuous efforts of relevant staff， highway tunnel technology continuously progress in our country.But there still exist some problems in them， so we still need constantly research and discussion.Combining with the author participate in engineering examples， this paper briefly analyzed the design of tunnel ventilation scheme， hoping to provide some reference for everyone.
【Key Words】Tunnel ventilation；Engineering；design
1隧道通风
在公路隧道通风方案设计中，必须要满足交通运营通风以及发生火灾时的通风要求。
而在发生火灾工况时，隧道通风方案的设计，首先要以保证人身财产安全为基础进行设计，有效控制烟气的流动，采取合理的防火防烟设计，因此在通风设计时要遵循“两个有利于，两个避免”，即：
①有利于消防救援的人员从上风向接近到火场，从而开展消防和救援的工作；
②尽量降低人体上所传递到的热负荷，防止排烟与救援因纵向风流的混流影响而造成影响；
③避免火灾现场空气高温的范围扩大，从而造成火灾的扩大以及二次火灾；
④避免烟气进入到相邻隧道以及避难的场所[1]。
2矮子沟隧道工程简介
2.1隧道概况
矮子沟隧道为双洞单车道特长隧道，为卡拉、杨房沟水电站交通专用公路全线控制性工程之一。上行线全长7223m（其中明洞14m，暗洞7209m）；下行线全长7246m（其中明洞13m，暗洞7233m）。
矮子沟隧道纵坡采用“人”字坡。上行线隧道：上坡0.4%（坡长3575m）；下坡-1.0%，进洞口（锦屏端）设计高程2526.565m。下行线隧道：上坡0.4%；下坡-1.0%，进洞口设计高程2526.569m。
2.2主要技术标准
矮子沟隧道按三级公路隧道标准设计，车辆行驶速度按30km/h设计，隧道照明设计速度按30km/h设计。
上行线隧道行车道建筑界限为5.0m×6.0m（限高×限宽）；下行线隧道行车道建筑界限为4.5m×5.5m（限高×限宽）。
紧急停车带宽3.5m（含右侧横向宽度0.25m），长40.0m（含过渡段2*5.0m）。
车行横通道净宽4.0m，净高5.0m。设计荷载为汽-40，挂车-200。
3施工通风方案设计要点
3.1通风设计
结合本隧道特点以及现场施工情况，上、下行线均采用单洞通风方案，通风采用压入式通风方式，在洞口各安装一台轴流风机，并在5号、8号加宽带处增加轴流风机进行二级接力，送风至掌子面；然后将污浊空气压出洞外，并在洞内增加射流风机向外引导。
3.2风机的安装布置
根据本隧道特点，选SDF（C）-№10型轴流通风机，在上行隧道洞口20m处设置一台2×135Kw的轴流风机，在下行隧道洞口设置一台2×135Kw轴流风机，采用风管，并利用高压进洞分别在5号、9号加宽带处设置一台2×110Kw轴流风机进行二级接力，直接将新鲜空气送至掌子面。随着隧道的进尺，根据实际情况逐步增加射流风机，加速使污浊气体排出洞内，计划分别在上下行第2#、4#、6#、8#、10#加宽带各安装一台射流风机（75Kw），同时在第2#、4#、6#、8#、10#横通道各安装一台变压器给射流风机供电。依次类推，在洞内设置的射流风机数量随隧道掘进的延伸增加。具体安装方案见下图：
3.3风量的计算
3.3.1洞内供风量计算
工作面所需风量的主要是通过排除爆破烟尘来进行计算。其计算方法有很多，差异也很大，现按下式计算（压入式通风）：
（1）按洞内作业人数计算
取最多工作人数100人，按每人应供应新鲜空气3m?/min计算：
（2）按排除炮烟计算
式中：Q1-工作面所需风量，m?/min
t-爆破后通风时间，min
G-同时爆破的炸药用量，取kg
b-每kg炸药有害气体生成量，取40L/kg
A-开挖面断面积，㎡
-淋水系数，取0.6 P-风管漏风吸收系数，取平均百米漏风率1.2%时，则1200m风管的漏风系数
P=1.56
L-通风区段长度，取200m，即掌子面向洞口方向200m范围内m。当长隧洞时，应按临界长度计算。临界长度：
式中：k-紊流扩散系数，取0.6
A矮子沟上行线隧道相关参数：
每循环按开挖3米计算，G取160kg；A取44㎡；通风时间t取30min；临界长度L计算得448，则
B矮子沟下行线隧道相关参数：
每循环按开挖3米计算，G取130kg；A取39㎡；通风时间t取30min；临界长度L计算得411m，则
（3）按允许最小平均风速计算
《隧规》规定施工中隧洞内平均风速不得低于0.15m/s。
A矮子沟上行线隧道取A=44㎡，则
B矮子沟下行线隧道A=39㎡，则
（4）按稀释内燃设备废气计算
假设每台装载机间隔10分钟（包括调车时间）装一车，自卸车在隧洞内的平均车速为10km/h，则一台装载机工作时，出渣过程中运渣最大车距为1670m。在4535m的长度内，有3辆车同时运输。所以，无论配备多少车辆，一个工作面的工作出渣车最多为3辆。自卸车的内燃机功率200KW/台，装载机功率160KW/台，则内燃设备同时工作总装机功率为：
3×200+160=760kW
取机械平均荷载系数0.9，平均利用率0.9，则实际工作总功率
760×0.9×0.9=616kW
取需风量系数为4.5m?/min·kW，则总供风量
=616×4.5=2772m?/min
3.3.2洞内供风量确定
通过以上风量计算，上行隧道工作面所需风量可按638m?/min，下行隧道工作面所需风量可按518m?/min。
总供风量假设通过施工组织安排，总供风量按最不利工况：“作业人员需风量+稀释内燃设备废气需风量”即为300+2772=3072m?/min（平均风速为：）。
3.3.3隧道通风阻力计算
上行线隧洞断面积=44㎡，水力直径d上=m，取隧洞壁面摩擦系数λ=0.048，局部阻力系数ξ=0.5，空气密度取ρ=1.2kg/m?，当时，通风阻力损失为：
3.3.4风机选型
（1）压入式风机选择：
根据隧道工作面所需风量最大值确定压入式风机类型，即
因此，根据Q=3550m?/min，选用2台洛阳市高林隧道技术有限公司生产的SDF（C）-№10变级多速隧道专用通风机（主要参数为功率135kw×2，风量2000～3600m?/min，风压2500～15000Pa），为上、下行隧道作业面供风。
（2）射流风机选择：
射流风机的风量与风机的风量满足稀释柴油机废弃所需的风量和隧道风流的速度影响，射流风机所需的风量为：
式中：V—隧道回风风速m/s；
S—隧道成型断面积，按隧道最大断面（紧急停车带）取83㎡；
K—为沿程损失，取1.2。
根据计算的风量，选择山西省侯马市鑫丰康风机有限公司生产的型号：SDS-Ⅱ型/75KW射流风机，基本性能参数：风量：49m?/s，出口风速：40m/s，推力：2280N，功率：75KW。
根据总风量3072m?/min（即51.2m?/s），每洞射流风机按5台计算，在实际施工过程中，如风量不能满足需要，可以增加射流风机总台数，以调节总风量。
4通风方案优化
通风方案的优化研究能够有效的促进隧道通风方案的改进和完善，在通风方案设计初步完成之后，需要对一些深层次、隐藏的因素进行分析、改进，从而能够达到预计的设计目标。
在通风方案的优化时，重点在于研究方式的改进，而在数值的模拟时可以分为两步：首先，对于交通条件的不同、斜（竖）并段的不同、风扇配置的不同、隧道风流防线、空气压力的分布、风速等因素，根据一元流理论[2]进行分析，从而提供通风模式定性与定量的描述。然后，采取CDF技术[3]，对这些问题以及细部的结构进行详细的分析和研究，例如斜（竖）并断面、汇流与分流局部损失系数；轴流风机的进出口段最佳长度与角度；射流分级的效应；在灭火排烟当中连通道的作用；连通道与过渡端阻力；火灾工况烟雾的分布规律、隧道的污染物扩散对于通风效果造成的影响等。物理实验是对通风方案在不同的通风工况、不同的风机配置、不同的细部结构情况下通过物理模型模拟时的效果。第一，在实测模型中要对细节结构流场的分布情况进行观测[4]，其中包括风流、风压、风速；第二，每个细节部位的几何形状有所不同，需要对其进行分别观测，掌握损失系数和阻力系数等；第三，分析并制定最佳的风机配置方式，这就要求熟知风机的排烟效果以及火灾工况时的烟流分布；第四，分析风场受到的风机参数的影响，不同的风机参数对风场产生的影响也是不同的。目前物理模拟和数值模拟仍旧存在不足之处，在实际工作中需要建立更加符合实际的模型。物理实验是通风设计中关键的步骤，对通风方案是否合理有着决定权，所以通过数值模拟计算出相关参数对改善数值研究模型是一个很好的途径。
5通风效果检测
通风效果的检测是隧道施工完成后对通风进行的实地检测，这是一项精细的工作，不仅能够对通风方案设计的合理性进行评价，还可以为改进和完善通风设计的方案提供帮助，主要内容包括：①隧道内N02浓度、CO浓度、HC浓度、风速、风压、噪音、烟雾透过率。②隧道环境污染浓度与污染范围。③风机性能、风机组合功能、风机功率、风机控制效果，甚至于检测器件的灵敏度等，这些都是放映隧道通风设计成功与否的重要指标。
6结语
隧道通风方案的设计作为公路隧道建设中重要的环节，我们必须要给予高度的重视。本文通过对隧道通风工程设计进行了简要的分析，希望能为同行们提供一些参考，旨在能够为提高我国公路隧道通风设计水平作出一点贡献。
参考文献：
[1]高新文.虹梯关隧道通风方案设计[J].公路，2010，04：202-206.
[2]王文辉，谭小刚.一种改良的隧道通风方案[J].公路交通科技（应用技术版），2013，10：278-280.
[3]苏文辉，傅琼阁，谢喻，邓欣.长沙南湖路湘江隧道通风方案初探[J].公路交通技术，2014，03：113-119.
[4]李宏晋.特长隧道通风方案及其优化[J].铁道建筑技术，2012，01：103-105+111.