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暖通通风排烟设计案例:扬州瘦西湖隧道

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来源: CAHVAC ,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除 点击了解课程: 建筑暖通设计实操培训视频班,成长之路有捷径!课程学习咨询点这儿~ 一、工程概况 扬州市瘦西湖隧道工程线路全长3399m,采用上、下双层断面型式,隧道在扬子江北路设置A、B匝道。上层隧道总长2119m,封闭段长1789m,下层隧道总长2630m,封闭段长2350m,上层B匝道总长315m,封闭段长165m,下层A匝道总长525m,封闭段长405m。隧道下穿瘦西湖景区采用单管双层盾构施工,两端接线采用明挖法施工。

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建筑暖通设计实操培训视频班,成长之路有捷径!课程学习咨询点这儿~

一、工程概况

扬州市瘦西湖隧道工程线路全长3399m,采用上、下双层断面型式,隧道在扬子江北路设置A、B匝道。上层隧道总长2119m,封闭段长1789m,下层隧道总长2630m,封闭段长2350m,上层B匝道总长315m,封闭段长165m,下层A匝道总长525m,封闭段长405m。隧道下穿瘦西湖景区采用单管双层盾构施工,两端接线采用明挖法施工。

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图1  隧道总平面图


二、工程设计特点


瘦西湖隧道盾构横断面为单管双层结构,管片内径13.3m,管片厚0.6m,外径14.5m,是目前国内外直径最大的单管双层盾构隧道之一。盾构段横断面布置图如图2所示。盾构段长1257m,上下层隧道暗埋段长度为1789m、2350m。隧道下穿的蜀冈—瘦西湖风景名胜区是扬州首家国家5A级旅游景区,对景观、环境要求高。

本工程设计具有以下特点:

(1)上层隧道创新性的采用了匝道、主线洞口和风塔分散排污的通风方式

上层隧道在出口侧设一个出口匝道,设计中采用了匝道洞口+主线洞口+风塔分散排污的方式,有效利用了出口匝道的排污作用,减少了风塔污染物排放总量,将风塔高度降低了5m。

(2)国内首条在隧道侧部设置土建排烟道的单管双层隧道

针对双层隧道防灾救援难的特点,在隧道侧部设置上下层共用排烟道,针对上下层间隔60m分别设置电动排烟口,火灾时采用重点排烟方式,开启火源附近的电动排烟口就近将烟气排出,该排烟方式在国内单管双层隧道中为首创。

(3)疏散楼梯设置和加压送风系统的创新

隧道疏散方式为上下层设置楼梯间互为疏散,针对火灾时上下层隧道可能发生串烟的难点,首次将楼梯间设计成封闭楼梯间的措施,并针对上下层隧道分别布置加压风机,保证火灾时楼梯间内的余压要求,确保烟气不会进入非火灾隧道,提高了人员疏散的安全性。

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图2  盾构段横断面布置图

2、本工程具有以下创新点:

(1)匝道、主线洞口和风塔分散排污的通风方式,在保证洞口环保的前提下,风塔高度降低了5m,节省土建投资50万元,并减少了风塔对景区景观的影响。

(2)针对双层隧道防灾救援难的特点,设计创新性地采用了在隧道侧部设置土建排烟道的重点排烟模式,为国内单管双层隧道首创,火灾时将人员可用安全疏散时间由550s提高至1200s,人员疏散安全性大大提高。

(3)由于隧道储烟仓空间较小,当下层火灾时烟气可能通过纵向疏散楼梯蔓延至上层隧道,在设计中提出了将纵向疏散楼梯处封闭成单独的空间,并且针对上下层隧道分别布置加压风机,保证火灾时楼梯间内的余压要求,确保烟气不会进入非火灾隧道,提高了人员疏散的安全性。

三、通风、防排烟设计

(1)通风设计

为了保护瘦西湖景区和洞口周边空气环境,上下层隧道均采用竖井排出式纵向通风。上层隧道在出口侧设一个出口匝道,设计中采用了匝道洞口+主线洞口+风塔分散排污的方式,将风塔高度降低了5m。洞口周边环境敏感点分布以及与洞口距离见表1。

表1 上层隧道环境敏感点分布表

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上层隧道长度1789m,且设有一处出口匝道,并且敏感点与洞口距离均在47m以上,可利用主线出口和匝道出口分别排放部分污染物,采用SES4.1模拟软件对隧道正常运营时通风量和污染物浓度进行了模拟计算。具体计算结果见表2。

表2  上层隧道全射流纵向通风计算结果

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由表2可以看出,近期和远期洞口污染物排放比例基本相同,其中匝道出口的排污比例为隧道排放总量的33%~45%,主线洞口的排污比例约为总排放量的55%~67%,由于匝道和主线隧道的分流作用,每个洞口污染物的排放总量均降低。近期隧道需风量最大,因此近期污染物排放浓度大于远期,当隧道内全程阻滞时污染物浓度最大,最大值为124ppm。

将主线和匝道污染物排放比例、排放量提供给环评单位,根据环评单位核算结果,在全程阻滞的最不利工况下,当与洞口距离大于80m时环境空气质量才能满足《环境空气质量标准》中二级标准的要求,根据表1可知,上层隧道4处敏感点与洞口的距离均小于80m,虽然两处洞口均起到了分散排放废气的作用,但采用洞口直接排放的方式仍不能满足洞口周边环保要求,需要设置风塔集中排放废气。由于匝道和主线洞口分散排污的作用,减少了风塔排污量,风塔的高度由22m降低至17m,高度降低了5m。

(2)防排烟设计

针对双层隧道防灾救援难的特点,设计创新性地采用了在隧道侧部设置排烟道的重点排烟的技术方案。

当前公路隧道中采用的排烟模式主要有两种:纵向排烟和重点排烟。对于国内双层隧道,火灾时均采用纵向排烟方案,该方案对于正常行车工况具有良好的烟气控制效果,但在交通堵塞的情况下,纵向通风情况将对火灾下游人员逃生和消防救援带来很大地威胁,无法有效地保证火源下游人员的安全疏散。为此,为了更加体现“以人为本”的设计理念,本工程创新性地采用在隧道侧部设置排烟道的重点排烟模式,具体方案设计如下:在隧道侧部设置排烟道分别与两岸风机房相连,其中排烟道为上下层共用,隧道纵向上、下层每隔60m设置电动排烟口,尺寸为6m×0.5m,火灾情况下开启火灾点附近6个排烟口进行排烟。 

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图3 重点排烟效果图

(左:盾构段;右:明挖段)

本工程为国内首条采用在隧道侧部设置排烟道的单管双层隧道,搭建了1:15的模型并采用CFD仿真模拟对火灾排烟效果进行了验证。

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图4 隧道模型拼装效果图

以下层盾构隧道为例,采用FDS软件对中部大客车火灾工况进行了模拟计算,计算模型见图5。火灾热释放率20MW,两侧双向排烟,单台排烟风机风量设定为60m3/s,对重点排烟工况进行了模拟,计算结果见图6。

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图5 下层隧道模型图

(沿X为长度方向,沿Y为宽度方向,沿Z为高度方向)

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图6 重点排烟工况Y=0m烟气分布云图

当采用重点排烟时,由于排烟口的抽吸作用,烟气从排烟道顺利排走,烟气基本维持在排烟口开启区间附近,且向隧道两端蔓延的速度得到明显控制,在900s之后烟气基本达到稳定,可将高温烟气控制在隧道上方,下方人员疏散区均为无烟区域,与烟气自由蔓延方式相比,人员可用安全疏散时间由550s提高至1200s,极大地提高了人员疏散安全性。

(3)疏散楼梯加压送风方式的创新

由于隧道储烟仓空间较小,当下层火灾时烟气可能通过纵向疏散楼梯蔓延至上层隧道,在设计中提出了将纵向疏散楼梯处封闭成单独的空间,作为上、下层紧急情况互为疏散的通道,疏散楼梯盾构段设置间距为100m,明挖段为250m,并且针对上下层隧道分别布置加压风机,保证火灾时楼梯间内的余压要求,确保烟气不会进入非火灾隧道,提高了人员疏散的安全性。

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图7 疏散楼梯间加压风机布置平面图

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图8 疏散楼梯间加压风机剖面图


四、心得与体会


汽车行驶在隧道内时不断排放尾气,致使隧道内CO、NOx及颗粒物等有害物浓度显著升高。隧道内废气集中在隧道洞口或排风塔局部区域排放,恶化了该区域的环境,所以隧道建设时要考虑对大气环境的保护,尤其是城市隧道。然而随着城市隧道越来越多,一座座类似“烟囱”的排风塔,既影响环境,又与城市景观不协调。同时随着城市居民环保意识日益增强,高风塔与景观以及所处区域居民的矛盾日益突出。因此,风塔的选址成为隧道建设的难题。如何既能满足大气环境要求,又能兼顾城市规划、景观要求,有效降低排风塔的高度,减小风塔局部区域环境负担,是隧道设计时值得探讨的问题。

本工程结合实际情况,采用匝道、主线洞口和风塔分散排污的通风方式,在保证洞口环保的前提下,风塔高度降低了5m,节省土建投资50万元,并减少了风塔对景区景观的影响。

由于隧道内车流密集,空间狭小的特点,在国内外隧道中由于交通事故及车辆本身的质量问题引起的火灾时有发生,而且救援相当困难,因此通风设计必须满足防灾要求。

本工程为城市主干道,洞口两侧分别设有红绿灯,隧道内发生阻滞的情况较高,且为上下双层隧道,空间受限、顶部储烟仓容量较小,烟气下降速度较快,并有可能通过疏散楼梯蔓延至非火灾隧道,火灾危害性大,推荐采用纵向排烟与重点排烟相结合的方式,在盾构段和部分明挖段采用重点排烟,两端洞口部分采用纵向排烟。通过数值模拟与试验测试相结合,验证了通风排烟系统的有效性。

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