送风井位于隧道中部的半横向分区段通风特性研

半横向通风是一种常见的公路隧道机械通风方式，虽然存在施工成本高、难度大等特点，但是在面对火灾情况下的烟气处理问题以及隧道运营条件下的噪声处理问题时，这种通风方式相比于纵向式通风而言会有明显优势。也正因为如此，半横向式通风在奥地利、瑞士等欧洲国家被广泛采 用[1?4]。在国内，采用该通风方式的案例也不在少数[5?6]。送风风机全压与送风风阀开度是半横向通风的关键设计参数。风机全压与风道内始末端静压差有关；风阀开度的设计目的则在于使风量能在隧道内均匀输送，设计时需要明确风道内的静压分布形式[7?8]。相关规范[9]已经给出了送风井位于隧道一端或者两端的风道内静压差求解公式，陈德芳 等[10?11]基于一元流伯努利方程计算得出隧道单位长度需风量保持不变的风道内静压分布形式。然而，对于送风井位于隧道中部，风流朝向两侧流动的半横向通风方式，业界还没有类似的设计案例。另外，对于存在分岔的隧道而言，分岔前与分岔后的区段隧道内交通量会有显著区别，这导致2部分隧道区段的需风量标准会有所不同，目前研究所取得的静压分布公式不能直接应用于该类型风道静压的求解。综上，目前并没有关于送风井位于隧道中部且隧道范围内需风量标准存在分段变化的半横向通风设计方法。在此，以厦门海沧疏港通道?芦澳路地下互通隧道工程为依托，对该特殊形式下的半横向通风方式进行研究，目的在于明确该通风方式下风道内的静压分布形式以及送风风机功率设计方法。研究成果将不仅为依托工程提供理论支撑，同时也会对类似工程修建提供技术参考。

1 工程概况

厦门市海沧疏港通道?芦澳路城市地下立交互通隧道工程是实现厦成高速与港区及厦门本岛与港区之间交通转换的重要交通枢纽工程，该工程由南北走向的芦澳路、东西走向的疏港路以及连接2条主路的A，B，C和D 4条匝道组成。匝道设计通风方式为送风型半横向，送风井采用修建匝道所遗留的施工斜井，该井位于C匝道中间位置。工程示意具体如图1所示。

图1 工程示意Fig. 1 Schematic of the engineering

送风井经过分岔改造之后分别为A匝道和C匝道送风，两者之间相互独立，互不影响。B和D匝道分别为A和C匝道的分支。示意图对A和C匝道进行了区段的划分，划分节点为匝道分岔点和送风井接入点。匝道断面上方修建了送风道，风道面积为10.8 m2，当量直径为2.54 m。尺寸示意图如图2所示。

单位：cm图2 匝道横断面示意图Fig. 2 Cross-section of the ramp tunnel

由于送风井接入位置位于匝道中部而不是匝道端口，风流进入风道后会朝向匝道两侧流动。以C匝道为例，风流由斜井进入后，一部分风量朝向疏港路方向流动(C1区段)，另一部分朝向芦澳路方向流动(C2区段)。结合匝道预测交通量以及匝道横断面尺寸等参数对匝道的需风量进行计算，得到的匝道各区段需风量计算结果如表1所示。

由表1可知，由于匝道存在汇合与分岔，C3和A3区段的交通量比其余匝道区段大很多，这也导致这2个区段的单位长度需风量大于其余区段。

表1 匝道区段划分示意Table 1 Basic parameters list for ramp sections项目匝道区段 A1A2A3C1C2C3 交通量/(pcu?h?1) 区段长度/m 设计需风量/(m3?s?1) 单位长度需风量/(m3?s?1)

2 通风方式理论分析

以C匝道为例，对送风井位于隧道中部，隧道内需风量存在分段变化的半横向通风方式进行理论分析。

2.1 风道内风速分布

风流从送风井引入风道，之后经由风阀流入隧道内部，风道范围内风道始端位置产生最大风速，记为vb。各区段风道始端的风速可按照下式进行 计算：

(1)

式中：Qbi为流经i区段风道始端的风量；Abi为i区段风道横断面面积。

该工程风道面积均设置为10.8 m2。C匝道内各区段风道始端风速见表2。

表2 各区段风速起始风速表Table 2 Beginning velocity list for air duct sections区段起始风量/(m3?s?1)起始风速vb/(m?s?1)

传统单端送风型半横向通风方式中，通过调节风阀可使各风阀流出的风量相等。此时，风流在整个风道范围内线性递减，风道末端风速为0，风道内任意点处的风速与始端风速之间满足如下关 系式：

(2)

式中：x为距离风道末端的距离；vx为距离风道末端距离为x处的风速。

该工程中，计算时考虑各区段范围内风量满足线性递减的规律。由此可以得到各区段范围内风速分布形式如下。

文章来源：《创新创业理论研究与实践》 网址: http://www.cxcyllyjysj.cn/qikandaodu/2020/1228/671.html