摘要：论文依托工程实例，在建立X特长公路隧道通风物理模型的基础上，分别进行了送风口处隔板优化试验、送风口处隔板优化试验，分析公路隧道两组送排竖井组合通风方式对隧道内通风的影响，得到了合理有用的结论。
关键词：特长公路隧道；通风物理模型；隔板优化
Abstract: the paper based on engineering example, set up in the specially long highway tunnel ventilation X physical model, and on the basis of the FengKouChu clapboard respectively to optimize test, send FengKouChu clapboard optimization test, analysis of two groups of highway tunnel to row of the tunnel ventilation shaft combination way within the influence of ventilation, get the reasonable useful conclusions.
Keywords: special highway tunnel; Ventilation physical model. Clapboard optimization
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
0 引言
近年来，随着我国交通基础建设规模的逐步扩大，特大、长大公路隧道工程得到了长足的发展。特别是西部山区山高路险，修建长大公路隧道是改善西部山区交通的重点途径之一，而通风又是特长公路隧道修建中最关键的技术问题之一，其也已经成为制约我国公路建设发展的一个重大难题。
围绕隧道工程的实际问题进行科学研究,在公路隧道通风研究方面我国在近年来己取得不少突破，但是仍存在一些问题和不足,在修建特长公路隧道的前期，有必要结合具体的工程情况，对特长公路隧道的通风运营方案展开一系列的科学技术研究及方案可行性验证。本文即是在确定其通风方式的前提下，对其进行大量的物理模型试验从而对其局部进行优化，并在试验的基础上进行物理仿真模型试验，从而得出公路隧道两组送排竖井组合通风方式对隧道内通风的影响。通过对通风系统局部以及整体进行优化，可以减小风阻损失、降低压力损耗、从而可以最终降低公路隧道投入运营后所需要的运营成本。
1依托工程概况
X特长公路隧道全长 13.65km,在其通风设计中，设计1号送排风斜井(60度)和2号送排风竖井，其中竖井与斜井之间的间隔距离为 4783m。对于这样的特长公路隧道，在建设过程中势必遇到一系列尚待解决的问题，而通风技术的研究首当其冲。本文既是以X 隧道为项目依托，通过对其进行物理模型试验从而得出公路隧道采用双送排竖井组合的通风方式对隧道内通风的影响。特长公路隧道建设中首要的是确定通风方案，因为在整个隧道的建设和营运过程中，通风方案的优劣及通风效果的好坏，将直接关系到隧道的工程造价、运营环境、救灾功能和运营效益。X特长公路隧道单洞长13.65km，隧道处在城市边缘，且该地区的交通组成较为特殊，供借鉴经验很少，故而有必要对通风系统进行深化研究。
2X特长公路隧道通风物理模型建立
2.1模型率选取
隧道断面面积66.26时，断面直径8.04m，全长13570m。根据相似准则，选择模型的模型率为22，隧道模型横断面的主要参数如表1所示。
表1隧道模型断面主要参数
隧隧道高度(m) 隧道底宽(m) 隧道截面积(m2) 当量直径(m)
0.317 0.455 0.122 0.367
为了得出此模型进入第二自模区雷诺数Re的真实临界值，特进行了试验用以决定模型比尺。在试验中取模酬原型=1/22的比例制作了部分模型，用以确定第二自模区Re临2。试验选取隧道通风模型正常通风段为研究区域，模型的当量直径D=0.367m， ， 。试验中通过对该模型a、b两个测点不同风速的静压和流速的测定，应用式 来对该模型的雷诺数Re进行计算，应用式 来对该模型的欧拉数Eu进行计算。
图1隧道a测点Re-Eu图
图2隧道b测点Re-Eu图
由以上Re-Eu关系图可得:当雷诺数Re 时，欧拉数Eu不再随着雷诺数Re的增加而改变，这就表明，该模型已经进入第二自模区，所以在此试验中，将雷诺数Re= ，定为模酬原型=1/22隧道通风模型比例下的第二临界雷诺数Re值。由此可以计算该模型进入第二自模区的临界风速为 。
通过模型试验，模型/原型二1/22的隧道通风模型临界雷诺数为Re= ，进入第二自模区的临界风速小于4m/s，能够满足规范中隧道设计风速6m/s~8m/s要求，所以取隧道通风模型比尺为模酬原型=1/22对隧道原型进行竖井送排式通风的分段数量试验研究。
2.2模型制作
依据水工物理模型试验的办法，在设计隧道通风物理模型时，结合隧道实体以及试验室自身的条件，决定选取变率模型进行整体通风试验。
为了验证格栅能替代的风流稳定段的沿程阻力，在试验中进行了充分的模型试验。试验测得:在外界条件不变的情况下，面积为0.122m2、长度为187.7m的隧道模型在采用19片格栅后，模型长度可以缩减成为 107.1m。此模型全长72.lm，共计103节，平均每节模型长度为0.7m，另加工配套2组送风通道和2组排风通道，配备4台离心风机提供通风动力，添加格栅数目18片，格栅布置采用间隔为6节模型，即4.2m均匀布置，局部地方进行调整。
3送风口处隔板优化试验
公路隧道在采用送排竖井通风的方式中，送风口大都设置在隧道拱部，在出口设置与隧道轴向方向成5o-6o夹角。送排竖井内送风口隔板的长度的变化，在物理模型中的实现方式为:在采用相同送排动力的条件下，在物理模型试验中，先搭接一块隔板，对隧道内风压、风速的分布进行测量、分析，然后分别搭接两块、三块隔板，对隧道风压、风速的分布状况进行测量、分析。最后对比、分析所得的数据，对送风口处隔板的长度进行优化，从而得出隔板长度的优化配置，其中每块隔板长度为68cm，即为对应实际长度的15.4m。经过试验，得出数据如表3所示:
表3 隔板一排风口上游风量与回流系数
隔板长度 15m 30m 45m
排风口上游风量 0.883m3/s 0.692m3/s 0.606m3/s
回流系数 0.833 1.0638 1.213
在所得的试验结果中，可以看出在满足《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999中的设计要求时，在一定范围内，隧道短道内回流系数随着隔板长度的增加而增加，在本试验中，采用一块隔板时所产生的回流系数最小，且小于1，不产生回流。而在采用两块和三块隔板的情况下，短道内的回流系数均大于1，出现回流。故而在本物理模型试验中，采用一块隔板为合理的隔板长度设计。
4送排竖井内排风口的角度优化试验
在本试验中，为了达到对竖井送排通风方式中排风口角度的优化，在排风段无限远处隧道断面平均风速为4m/s、7m/s的情况下，对排风口角度为30度、45度、60度和90度的采用送排竖井通风的通风方式下分别进行试验，试验选取测点数量为3，试验数据采集平行3次，采集数据时间为240s。
隧道断面平均风速约4m/s时，排风口与隧道轴向夹角试验如图5所示：
图5隧道断面平均风速约4m/s时排风口角度对比表
由图可知，当隧道断面平均风速为4m/s时，曲线较为平缓，在排风口角度为60度和90度时，隧道内平均风速差别不大。当排风角度为30度和60度时，隧道内平均风速有明显差别。
隧道断面平均风速约5.5m/s时，排风口与隧道轴向夹角试验如图6所示:
图6隧道断面平均风速约7m/s时最佳排风口角度
由图可知，当隧道断面平均风速为5.5m/s时，曲线与风速为4m/s时相比，曲线斜率略微增大，在排风口角度为60度和90度时，隧道内平均风速差别不大。当排风角度为30度和60度时，隧道内平均风速有明显差别。
因此，排风口角度的取值对排风段隧道内平均风速有着显著的影响，即随着排风口角度的增大，隧道内风速所受的影响也越来越大。因此在公路隧道竖井送排式通风中，排风口与隧道轴向夹角适宜取结构和安全性允许条件下的最小角度。
5结语
（1）送风口隔板的长度在隧道竖井送排通风方式中能起到一定程度的影响作用，通过
实验，发现在满足《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999要求的设计情况下，隔板在15m左右的长度时，短道内回流系数最小，故而15m左右为隧道送风口隔板的合理长度。
（2）排风口角度的取值对隧道排风段平均风速有着显著的影响，通过实验，得到随着
排风口角度的增大，隧道内风速所受的影响也越来越大的规律。因此在公路隧道竖井送排式通风中，排风口与隧道轴向夹角适宜取结构和安全性允许条件下的最小角度，建议在X隧道设计中将排风角度设计为30度。
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