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特长公路隧道纵向—半横向混合通风方式研究

夏永旭赵峰
（长安大学公路学院，西安，710064）

摘要：介绍了一种纵向—半横向混合通风方式，并详细地推导了这种通风方式的计算方程，为解决特长公路隧道
纵向通风分段太长和中间竖井过深的困难，实现公路隧道通风方案选择的计算机程序化提供了很好的帮助。
通过数值算例，研究了这种混合通风方式在单向交通和双向交通时的风压、风速分布。论证了纵向—半横
向混合通风方式在特长公路隧道通风中应用的可行性。
关键词：特长公路隧道，纵向—半横向，混合，通风。

1引言
国内外关于长大公路隧道的通风方式，一般分为全横向、半横向和分段纵向式。上述三种通
风方式各有利弊。如全横向和半横向通风，隧道内的卫生状况和防火排烟效果最好。但是，初期的
土建费用和后期的通风运营费用较大；纵向通风土建工程量小，运营费用相对较低，且方式灵活多
样，但洞内的环境状况和防火排烟效果不如全横向和半横向。根据2000年的统计，全世界已建的
300多座3.0km以上的公路隧道，20世纪80年代以前建成的多为全横向式和半横向式通风，以欧洲
的瑞士、奥地利和意大利为代表。而近20年，特别是纵向通风方式出现后，关于公路隧道通风方式
基本分为两大派。欧洲仍然以半横向、全横向居多，而亚洲以日本为代表，全为分段纵向。日本甚
至认为，加静电除尘器的分段纵向通方式适合任何交通形式和任何长度的公路隧道。近几年来，随
着对隧道通风研究的进一步深入，采用双洞单向交通的分段纵向通风方式得到了普遍的认可。这种
通风理念的改变，不仅在于双洞单向交通可以充分利用汽车交通风，降低运营能耗，而且更为重要
的是减少了洞内事故的发生概率。但是，纵向通风方式也遇到了一些前所未有的挑战，如洞内最大
浓度和卫生标准的关系[1]、分段长度的极限、火灾区段的划分、防火救灾时的通风控制、复杂地形
和深埋时的竖井设置等。特别是当隧道很长且埋深很大时，要么竖井根本无法施工，要么竖井太深。
为了解决上述问题，混合通风方式[4]无疑是可供选择的办法。本文在[2]的基础上，详细地推导了纵
向和半横向组合的混合通风方式的计算公式，为解决特长公路隧道纵向通风分段太长和中间竖井过
深的困难，实现公路隧道通风方案选择的计算机程序化提供了很好的帮助。
2纵向—半横向混合通风方式
2.1纵向—半横向混合通风方式
目前，考虑到防火救灾的要求，公路隧道分段纵向通风的分段长度一般不大于3.0km。这样，
对于长度接近且不大于10km的公路隧道，如果隧道埋深不大，且地形不太复杂，可采用两竖井三
段纵向通风方案。如果隧道长度大于10km，就必须考虑采用三竖井四段方案，甚至于多竖井方案。
但是，如果隧道埋深很大，并且地形险峻，使得中间竖井设置十分困难，如意大利的勃朗峰隧道。长安大学隧道工程安全研究所
为此可以考虑采用纵向和半横向组合的混合式通风方式，图1和图2分别给出了单洞双向交通和双
洞单向交通时，这种混合式通风方式的示意图。http://roadtunnel.chd.edu.cn

图1单洞双向交通混合式通风方式示意图

1

图2双洞单向交通混合式通风方式示意图
在图1中，由于是单洞双向交通，所以纵向及横向通风均对称设置。此种方案的优点是避免了
在隧道中间段再打竖井，而且中间段的长度完全可以突破6.0km，只要洞内的风速允许。图2的双
向单洞方案，不仅避免了中间设置竖井，而且充分地利用了汽车交通风，将使得运营通风地能耗大
大下降。
2.2纵向－半横向混合通风的计算
纵向－半横向混合通风的计算分为两个部分，纵向段的计算和一般的纵向计算完全一样，对于

单洞双向交通隧道，纵向段的隧道风压

22
PPPs1=k1+t1−(ξλ+λL1/D)ρ/2⋅(v1+vn)(1)

22
PPPs4=k4+t4−(ξλ+λL4/D)ρ/2⋅(v4+vn)(2)

式中Ps1、Ps4分别为1、4点的压力；ξλ为入口损失系数；λ为隧道壁面阻力系数；L1、L4为纵

向通风段长度；D为隧道等效直径；v1、v4为两端纵向段隧道风速；vn为自然风速；ρ为空气密度；

Pk1、Pk4为射流风机升压力；Pt1、Pt4为汽车交通风压。射流升压和交通风压的计算公式分别为

A⎛v⎞
ΔP=ρ⋅v2⋅j⋅⎜1−1⎟⋅η(3)
k1∑j⎜⎟
A⎝vj⎠

A⎛v⎞
ΔP=ρ⋅v2⋅j⋅⎜1−4⎟⋅η(4)
k4∑j⎜⎟
A⎝vj⎠

AρAρ
ΔP=m⋅⋅n+()v−v2−m⋅⋅n−(v+v)2(5)
长安大学隧道工程安全研究所t1A21t(+)1A21t(−)1

AρAρ
http://roadtunnel.chd.edu.cnΔP=m⋅⋅n+()v−v2−m⋅⋅n−(v+v)2(6)
t4A24t(+)4A24t(−)4