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摘要：依据本人这些年来的工作经验，本文提出我们国家在公路隧道通风规划中潜在的十方面的矛盾，同时讨论了处理这些矛盾的主要策略。
关键词：公路隧道；通风规划；矛盾；讨论
中图分类号：U459.2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1. 前言
在近期的二十多年来，我们国家的公路交通事业迅速进展，公路隧道项目建筑开始增加起来。伴随着高速公路不断向山区进展，正在或将要进行的很多的长大或特长公路隧道。因我们国家公路隧道科学技术开始的比较晚一些，因此面对着很多方面需要解决的矛盾，公路隧道通风规划就是最为主要的一个方面。在整个隧道的建设当中，通风策略的好坏及通风运营结果的优劣，将直接与隧道的工程造价、运营氛围、抗灾能够及运营利益挂钩。
本人依据这些年来从事隧道通风方面的科学研究和规划工作，在经验归述的前提下，提出了通风规划中潜在的一些矛盾，同时讨论了解决这些矛盾的主要策略。
2.公路隧道通风规划中的几个矛盾
2.1交通量预测
交通量的大小是确定道路是否需要建设以及建成什么等级的控制因素。交通量的确定应该是一个严谨的科学推导过程。但由于主观或客观原因往往造成交通量预测不准确。一方面，在工程可行性研究阶段，为了工程立项，往往夸大交通量，导致通风土建、设备、运营费用的浪费。另一方面，在一些经济发达地区，由于近些年经济发展较快，也出现了交通量的增长远远超出了原先的预测，导致通风设备不够或通风方式已不适宜。另外，如何处理交通量逐年增长与汽车排污量的下降之间的关系也是一个必须考虑的较为困难的矛盾。
2.2 交通量与行车速度的关系
《公路隧道通风照明规划规范》 规定规划交通量为混合车高峰小时交通量，计算行车速度为洞内线形行车速度。在很多隧道的通风计算中，就直接按给出的交通量和行车速度取值，实际上这种做法是不对的。根据交通工程学有关知识，车流密度、交通量和实际行车速度有一个对应关系：当车流密度与交通量较小时，车速可以达到最大值，即洞内线形行车速度;当车流密度、交通量逐渐增大，车速就随之逐渐减小，直至达到一个合理速度，这时交通量最大;当车流密度继续增大，交通量反而减小，车速也减小，直至形成阻塞。因此在通风计算中必须根据交通量科学地计算实际行车车速。
2.3隧道纵坡的确定
隧道纵坡对需风量影响很大，特别是以稀释烟雾的需风量作为控制需风量的上坡隧道。因此，建议在以后的隧道建设中，隧道工程师必须参与路线的最初选线工作中，在确定隧道纵坡时，尽量合理取值。
2.4 CO、烟雾基准排放量的折减
《公路隧道通风照明规划规范》[1]所给出的各类汽车基本排放量是1995年的测试结果。规范中虽然也给出了CO年折减系数为1%~2%，但是，在具体计算中到底取多少，各人完全不同，有的甚至于根据“人为”需要来调整。而关于柴油车的烟雾基准排放量，现行规范中根本没有提及折减，但随着汽车性能的逐渐改进，烟雾排放量也当然应该折减。现在普遍的做法也是和CO排放量一样取1%~2%的年折减系数。但到底取多少，没有科学的定论。因此，很有必要在这方面进行深入研究。
2.5 车辆汽柴比的确定
隧道通风计算中交通组成直接影响需风量，尤其车辆汽柴比是一个重要指标。目前，交通组成依据的是工程可行性研究报告，但工可中往往缺少发动机汽柴比。具体计算中，普遍的做法是参照目前市场上各种车型大致的发动机汽柴比来确定。这样做，没有考虑具体路线的交通流组成特性以及远景发展趋势，其结果肯定与实际情况有出入。因此，建议在做工程可行性研究时，一应该调查分析及预测各种车型的发动机汽柴比。
2.6 关于考虑烟雾的纵坡-车速系数fiv(VI)
通风计算中如果遇到这些工况，普遍的做法是采用外插法来推导fiv(VI)，具体推导也因人而异，有的按线性推导，有的按多项式推导，有的按抛物线推导等等，其结果有的相差数倍之多。在一些上坡隧道通风计算中，这些工况求得的需风量往往是控制需风量，那么fiv(VI) 不同的取值必然影响最终的通风计算结果。因此，在这些工况下怎样科学地确定fiv(VI)，值得深入研究。
2.7 稀释空气中异味的需风量计算
在较长的下坡隧道需风量计算中，往往稀释空气中异味的需风量最大。例如沪蓉国道主干线宜昌至恩施高速公路龙潭隧道右线，远期车速60 km/h时稀释CO的需风量为277.5 m3/s、稀释烟雾的需风量为319.5 m3/s、火灾工况下的需风量为173.8 m3/s，而换气频率每小时取4次时需风量达到590.9m3/s，如果将稀释空气中异味的需风量作为控制需风量，就会大大增加通风工程费用。
还应该注意的矛盾是，稀释空气中异味的需风量计算只与隧道长度、截面面积相关，与交通量的大小无关。如果将稀释空气中异味的需风量作为控制需风量，那么不管交通量怎样变化，控制需风量是一样的，这就意味着隧道内的机械通风设备要满负荷不停运转下去。这明显不合理。
2.8 火灾通风计算应该考虑的内容
公路隧道的通风，除了要满足正常运营外，还必须满足火灾发生时的通风需求，即把两者看作是整个通风系统的两种重要的工况。由于隧道火灾的随机性，通常很难提前预防。加之隧道环境封闭，灭火救灾困难，一旦发生火灾，损失巨大。可以肯定地说，防火救灾是目前公路隧道通风的难点，而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而，在研究通风方案时，对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、送排风口的间距和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等，都要逐一详细研究。而对这些矛盾研究，在通风规划的初期，往往考虑不够，正确的做法应该是分阶段分层次进行，将隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑，逐步深入。
2.9 静电除尘器的应用
考察国内近十年来建设的许多公路隧道，如中梁山隧道、潭峪沟隧道、木鱼槽隧道、大溪岭隧道、新七道梁隧道、秦岭1号隧道、雁门关隧道、雪峰山隧道、龙潭隧道等，乃至我国目前最长的秦岭终南山公路隧道，均采用了纵向或分段纵向通风方式。可以说采用纵向或分段纵向通风方式已经成为大家普遍的共识。对于这些特长隧道，在通风方案规划中普遍采用竖井送排式分段纵向通风。但是，隧道越长，竖井就越多，土建、设备费用以及运营费用也就越高。
对于长度较长、坡度较大的上坡隧道，在需风量计算中，稀释烟雾的需风量往往是最大需风量，且比稀释CO、稀释空气中异味以及火灾工况下的需风量要大很多，例如山西雁门关隧道左线，远期计算行车速度为80km/h时，稀释CO的需风量为139.6 m3/s、稀释空气中异味的需风量为285.2 m3/s、火灾工况下的需风量为189.4 m3/s，而稀释烟雾的需风量达到838.5 m3/s。因此，雁门关隧道左线采用了两竖(斜)井分三段纵向通风方式。为此，在进行通风方案规划中，我们曾考虑采用静电除尘器，滤烟除尘，以取消或减少竖(斜)井，降低土建、设备费用和运营费用。但由于时间和技术的原因未能实现。静电除尘器在日本、挪威等公路隧道中已成功采用。我国应该在今后的特长隧道通风规划中开发或引进这项先进技术。
2.10 通风结构的优化分析
特长隧道多采用竖井送排式分段纵向通風。其中竖井的结构构造近几年已形成了一个相对固定的模式，但通风结构的优化研究远远不够，特别是缺少细部优化。事实上竖井纵向位置、竖井与隧道正洞相对关系、送排风口间距、竖井与隧道正洞的连接形式、导流叶片的形状尺寸、竖井断面、上下联络风道形状尺寸、轴流风机进出口联络通道形状尺寸、轴流风机组合形式、送排风塔组合形式等等，不但很值得研究，而且有很大的效益可挖。
3.结语
公路隧道通风是长、大公路隧道建筑过程中一定要谨慎探究和解决的关键性矛盾。本文提出公路隧道通风规划中潜在的一些矛盾，同时提出了消除这些矛盾的主要策略，望能够为同专业的人互相学习参考。在今后的公路隧道通风中要强化对此方面的关注，强化公路隧道通风基本知识和使用技术的探索，使得我们国家的公路隧道通风规划事业能够更上一层楼。
参考文献
1. 中华人民共和国行业标准：《公路隧道通风照明规划规范》，北京：人民交通出版社，2000.5
2. 夏永旭.我国长大公路隧道通风中的几个矛盾，公路，2003.5
3. 夏永旭、王永东、赵峰.秦岭终南山公路隧道通风方案讨论，长安大学学报(自然科学版)，Vol.22(2002).5
4. 夏永旭、张进县、王永东等：雁门关公路隧道通风方案研究，长安大学学报(自然科学版)，Vol.23(2003).4
5. 王永东、夏永旭：公路隧道纵向通风局部数值模拟研究，西安公路交通大学学报，Vol.21(2001).4
6. 石平，公路隧道通风局部效应数值模拟分析与研究，长安大学硕士学位论文，2004.5
7. 王永东、夏永旭：长大公路隧道纵向通风数值模拟研究，中国公路学报，Vol.15(2002).1
关键词：公路隧道；通风规划；矛盾；讨论
中图分类号：U459.2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1. 前言
在近期的二十多年来，我们国家的公路交通事业迅速进展，公路隧道项目建筑开始增加起来。伴随着高速公路不断向山区进展，正在或将要进行的很多的长大或特长公路隧道。因我们国家公路隧道科学技术开始的比较晚一些，因此面对着很多方面需要解决的矛盾，公路隧道通风规划就是最为主要的一个方面。在整个隧道的建设当中，通风策略的好坏及通风运营结果的优劣，将直接与隧道的工程造价、运营氛围、抗灾能够及运营利益挂钩。
本人依据这些年来从事隧道通风方面的科学研究和规划工作，在经验归述的前提下，提出了通风规划中潜在的一些矛盾，同时讨论了解决这些矛盾的主要策略。
2.公路隧道通风规划中的几个矛盾
2.1交通量预测
交通量的大小是确定道路是否需要建设以及建成什么等级的控制因素。交通量的确定应该是一个严谨的科学推导过程。但由于主观或客观原因往往造成交通量预测不准确。一方面，在工程可行性研究阶段，为了工程立项，往往夸大交通量，导致通风土建、设备、运营费用的浪费。另一方面，在一些经济发达地区，由于近些年经济发展较快，也出现了交通量的增长远远超出了原先的预测，导致通风设备不够或通风方式已不适宜。另外，如何处理交通量逐年增长与汽车排污量的下降之间的关系也是一个必须考虑的较为困难的矛盾。
2.2 交通量与行车速度的关系
《公路隧道通风照明规划规范》 规定规划交通量为混合车高峰小时交通量，计算行车速度为洞内线形行车速度。在很多隧道的通风计算中，就直接按给出的交通量和行车速度取值，实际上这种做法是不对的。根据交通工程学有关知识，车流密度、交通量和实际行车速度有一个对应关系：当车流密度与交通量较小时，车速可以达到最大值，即洞内线形行车速度;当车流密度、交通量逐渐增大，车速就随之逐渐减小，直至达到一个合理速度，这时交通量最大;当车流密度继续增大，交通量反而减小，车速也减小，直至形成阻塞。因此在通风计算中必须根据交通量科学地计算实际行车车速。
2.3隧道纵坡的确定
隧道纵坡对需风量影响很大，特别是以稀释烟雾的需风量作为控制需风量的上坡隧道。因此，建议在以后的隧道建设中，隧道工程师必须参与路线的最初选线工作中，在确定隧道纵坡时，尽量合理取值。
2.4 CO、烟雾基准排放量的折减
《公路隧道通风照明规划规范》[1]所给出的各类汽车基本排放量是1995年的测试结果。规范中虽然也给出了CO年折减系数为1%~2%，但是，在具体计算中到底取多少，各人完全不同，有的甚至于根据“人为”需要来调整。而关于柴油车的烟雾基准排放量，现行规范中根本没有提及折减，但随着汽车性能的逐渐改进，烟雾排放量也当然应该折减。现在普遍的做法也是和CO排放量一样取1%~2%的年折减系数。但到底取多少，没有科学的定论。因此，很有必要在这方面进行深入研究。
2.5 车辆汽柴比的确定
隧道通风计算中交通组成直接影响需风量，尤其车辆汽柴比是一个重要指标。目前，交通组成依据的是工程可行性研究报告，但工可中往往缺少发动机汽柴比。具体计算中，普遍的做法是参照目前市场上各种车型大致的发动机汽柴比来确定。这样做，没有考虑具体路线的交通流组成特性以及远景发展趋势，其结果肯定与实际情况有出入。因此，建议在做工程可行性研究时，一应该调查分析及预测各种车型的发动机汽柴比。
2.6 关于考虑烟雾的纵坡-车速系数fiv(VI)
通风计算中如果遇到这些工况，普遍的做法是采用外插法来推导fiv(VI)，具体推导也因人而异，有的按线性推导，有的按多项式推导，有的按抛物线推导等等，其结果有的相差数倍之多。在一些上坡隧道通风计算中，这些工况求得的需风量往往是控制需风量，那么fiv(VI) 不同的取值必然影响最终的通风计算结果。因此，在这些工况下怎样科学地确定fiv(VI)，值得深入研究。
2.7 稀释空气中异味的需风量计算
在较长的下坡隧道需风量计算中，往往稀释空气中异味的需风量最大。例如沪蓉国道主干线宜昌至恩施高速公路龙潭隧道右线，远期车速60 km/h时稀释CO的需风量为277.5 m3/s、稀释烟雾的需风量为319.5 m3/s、火灾工况下的需风量为173.8 m3/s，而换气频率每小时取4次时需风量达到590.9m3/s，如果将稀释空气中异味的需风量作为控制需风量，就会大大增加通风工程费用。
还应该注意的矛盾是，稀释空气中异味的需风量计算只与隧道长度、截面面积相关，与交通量的大小无关。如果将稀释空气中异味的需风量作为控制需风量，那么不管交通量怎样变化，控制需风量是一样的，这就意味着隧道内的机械通风设备要满负荷不停运转下去。这明显不合理。
2.8 火灾通风计算应该考虑的内容
公路隧道的通风，除了要满足正常运营外，还必须满足火灾发生时的通风需求，即把两者看作是整个通风系统的两种重要的工况。由于隧道火灾的随机性，通常很难提前预防。加之隧道环境封闭，灭火救灾困难，一旦发生火灾，损失巨大。可以肯定地说，防火救灾是目前公路隧道通风的难点，而且是今后很长时间内需要研究的课题。因而，在研究通风方案时，对于隧道防火区段的划分、横通道的设置、横通道的开启与关闭、烟流排出的路径与速度、逃生通道的空气补给、避难洞的新风需求、隔温安全段的长度和降温措施、送排风口的间距和面积、火灾时的风机控制、部分风机损坏时的风机调配等，都要逐一详细研究。而对这些矛盾研究，在通风规划的初期，往往考虑不够，正确的做法应该是分阶段分层次进行，将隧道的正常通风以及安全等级、防灾救灾预案的制定综合考虑，逐步深入。
2.9 静电除尘器的应用
考察国内近十年来建设的许多公路隧道，如中梁山隧道、潭峪沟隧道、木鱼槽隧道、大溪岭隧道、新七道梁隧道、秦岭1号隧道、雁门关隧道、雪峰山隧道、龙潭隧道等，乃至我国目前最长的秦岭终南山公路隧道，均采用了纵向或分段纵向通风方式。可以说采用纵向或分段纵向通风方式已经成为大家普遍的共识。对于这些特长隧道，在通风方案规划中普遍采用竖井送排式分段纵向通风。但是，隧道越长，竖井就越多，土建、设备费用以及运营费用也就越高。
对于长度较长、坡度较大的上坡隧道，在需风量计算中，稀释烟雾的需风量往往是最大需风量，且比稀释CO、稀释空气中异味以及火灾工况下的需风量要大很多，例如山西雁门关隧道左线，远期计算行车速度为80km/h时，稀释CO的需风量为139.6 m3/s、稀释空气中异味的需风量为285.2 m3/s、火灾工况下的需风量为189.4 m3/s，而稀释烟雾的需风量达到838.5 m3/s。因此，雁门关隧道左线采用了两竖(斜)井分三段纵向通风方式。为此，在进行通风方案规划中，我们曾考虑采用静电除尘器，滤烟除尘，以取消或减少竖(斜)井，降低土建、设备费用和运营费用。但由于时间和技术的原因未能实现。静电除尘器在日本、挪威等公路隧道中已成功采用。我国应该在今后的特长隧道通风规划中开发或引进这项先进技术。
2.10 通风结构的优化分析
特长隧道多采用竖井送排式分段纵向通風。其中竖井的结构构造近几年已形成了一个相对固定的模式，但通风结构的优化研究远远不够，特别是缺少细部优化。事实上竖井纵向位置、竖井与隧道正洞相对关系、送排风口间距、竖井与隧道正洞的连接形式、导流叶片的形状尺寸、竖井断面、上下联络风道形状尺寸、轴流风机进出口联络通道形状尺寸、轴流风机组合形式、送排风塔组合形式等等，不但很值得研究，而且有很大的效益可挖。
3.结语
公路隧道通风是长、大公路隧道建筑过程中一定要谨慎探究和解决的关键性矛盾。本文提出公路隧道通风规划中潜在的一些矛盾，同时提出了消除这些矛盾的主要策略，望能够为同专业的人互相学习参考。在今后的公路隧道通风中要强化对此方面的关注，强化公路隧道通风基本知识和使用技术的探索，使得我们国家的公路隧道通风规划事业能够更上一层楼。
参考文献
1. 中华人民共和国行业标准：《公路隧道通风照明规划规范》，北京：人民交通出版社，2000.5
2. 夏永旭.我国长大公路隧道通风中的几个矛盾，公路，2003.5
3. 夏永旭、王永东、赵峰.秦岭终南山公路隧道通风方案讨论，长安大学学报(自然科学版)，Vol.22(2002).5
4. 夏永旭、张进县、王永东等：雁门关公路隧道通风方案研究，长安大学学报(自然科学版)，Vol.23(2003).4
5. 王永东、夏永旭：公路隧道纵向通风局部数值模拟研究，西安公路交通大学学报，Vol.21(2001).4
6. 石平，公路隧道通风局部效应数值模拟分析与研究，长安大学硕士学位论文，2004.5
7. 王永东、夏永旭：长大公路隧道纵向通风数值模拟研究，中国公路学报，Vol.15(2002).1