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城市道路长隧道双洞互补式通风节能方案分析

范文

廖喜年

摘? 要：随着社会经济的发展和城市化建设步伐的加快，城市道路隧道将成为未来市政工程建设的重点和难点，然而，目前我国的大部分城市道路隧道通风系统都存在非常严重的能源浪费问题。城市道路隧道相较于一般公路隧道的不同之处是：早晚交通量大，阻滞时间长，并且由于城市的发展，原来的郊区隧道随时间的推移发展成为城市主要干道;而原来的城市主要干道则演变为城市重要繁忙路段。该文通过工程实例分析，对城市道路隧道工程的通风节能设计进行探讨，针对城市长隧道双洞互补式通风的特点，归纳出一些实际运用的节能技术措施和设计方案。

关键词：城市道路;双洞互补;长隧道;通风节能;方案分析;技术措施

中图分类号： U453.5? ? ? ? ? 文献标志码：A

0 引言

城市道路最大的难点在于隧道和桥梁的设计，然而，隧道通风的设计和节能方案是关系到隧道的整体结构模式，对整体的造价和运营费用起着关键性的设计环节[1]。该文主要介绍广州市黄埔区科学城连接知识城快速通道（北段）新建油麻山隧道工程，该工程采用了一种投资较少、运营费用较低的双洞互补通风方式，该通风方式适用于城市交通量较大的单向行车或双向行车的双洞长隧道，以及城市交通量一般的单向行车双洞特长隧道。

1 工程实例

1.1 工程概况

广州市黄埔区科学城连接知识城快速通道（北段）工程位于长岭居及油麻山片区，其中新建油麻山隧道长度约1.92 km，按左右线分洞设置。道路定位为快捷化的城市主干道路，道路等级为双向六车道，设计速度60 km/h。单向行车双洞道隧道建筑界限净宽为13.0 m （检修道0.75 m+左侧路缘带宽度0.5 m+车行道3.5 m×3 m+右侧路缘带宽0.5 m+检修道0.75 m），隧道横截面积100.71 m2，纵向通风横截面积82.90 m2，通风断面当量直径为9.03 m。鉴于一般城市道路长隧道和地质条件的特点，该项目通风系统初期采用全射流纵向通风方式，远期采用射流+双洞互补通风方式。隧道通风分期实施的目的在于确保使用安全的前提下，能够节省初期投资的成本，并能够节约运营阶段的能耗。该项目远期与近期的交通量之比几乎翻倍，如果远期的通风设施按照初期采用全射流通风方式一次性实施，必然会造成初投资成本的增加、部分通风设施闲置时间的增加，以及保养费用的增加;同时，长期闲置的设施其使用寿命减短，到远期实际运行时，也许无法正常使用，并造成资源浪费。因此，该项目的城市道路隧道通风系统根据预测交通量，近远期采用不同的系统，并一次投资，分期实施和运行。

1.2 系统选择的依据

根據《城市道路工程设计规范CJJ 37—2012》13.3.2，隧道可按其封闭段长度分类，见表1。

2 通风设计

2.1 交通密度预测

根据《公路隧道通风设计细则JTG TD702-02—2014》3.3.2的条文说明：世界道路协会公路隧道运营技术委员会（PIARC C5）2004年报告提出，在通风设计中，用阻塞交通速度10 km/h和停滞段定义设计工况。为了避免长隧道通风设计过量，通过交通控制系统避免全隧道的交通阻滞或停滞是可行的，PIARC C5给出了相应的交通量，根据PIARC C5《公路隧道汽车尾排和需风量》平均高峰交通密度，该项目为双洞6车道，分别对未来10年和20年进行预测，见表2。

2.2 各类车辆预测

根据《城市道路工程设计规范CJJ 37—2012》4.2.2和4.2.3，设计交通量按交通远期20年，预测交通量四级饱和状态时的数据，见表3。

2.3 一氧化碳（CO）和烟尘（vi）基准排放量

机动车有害气体基准排放量宜均以2000年为起点，按每年2.0%的递减率计算至设计目标年份获得的排放量，作为隧道通风设计目标年份的基准排放量，最大折减年限不宜超过30年。则得：

2.4 隧道通风量计算

2.4.1 计算稀释CO计算需风量

（1）

式中：Qco—隧道CO排放量（m2/s）;qco—设计目标年份的CO基准排放量[m2/（ven·km）]，按照表4选取;fa—考虑CO的车况系数，该市政道路按二级公路选取;fd—车密度系数，分别按60 km/s和10 km/s选取;fh—考虑CO的海拔高度系数，广州市黄埔区按H≤400 m选取;fiv—考滤CO的纵坡—车速系数，该项目南行按1%，1%，-2%计算综合值，北行按2%，-1%，-1%计算综合值;L—隧道长度（m）;fm—考虑CO的车型系数，按表3选取;n—车型类别数;Nm—相应车型的交通量（veh/h），按表2选取。

2.4.2 按稀释烟雾计算需风量

按稀释烟雾计算需风量如公式（2）所示。

式中：Qvi—隧道烟尘排放量（m3/s）;qvi—设计目标年份的烟尘基准排放量[m2/（ven·km）]，按表4选取;fa（vi）—考虑烟尘的车况系数，该市政道路按二级公路选取;fd—车密度系数，分别按60 km/s和10 km/s选取;fh（vi）—考虑烟尘的海拔高度系数，广州市黄埔区按H≤400m选取;fiv（vi）—考滤烟尘的纵坡—车速系数，该项目南行按1%，1%，-2%计算综合值，北行按2%，-1%，-1%计算综合值;L—隧道长度（m）;fm（vi）—考虑烟尘的柴油车车型系数，按表3选取;nD—柴油车车型类别数;Nm—相应车型的交通量（veh/h），按表2选取[2]。

3 方案分析

鉴于广州市黄埔区的城市交通特点，上班高峰期为早上7：00-9：00进城的南行方向阻滞，北行方向正常;下班高峰期为17：00-19：00出城的北行方向阻滞，南行方向正常，见表5和表6。

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