隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)(permanentventilationoftunnel)交付運(yùn)營(yíng)的較長(zhǎng)隧道,在鐵路列車(chē)通過(guò)后,及時(shí)向隧道內(nèi)輸入新鮮空氣,排除廢氣的過(guò)程。由于蒸汽或內(nèi)燃機(jī)車(chē)牽引的列車(chē)通過(guò)較長(zhǎng)的鐵路隧道所排放的廢氣在隧道內(nèi)蓄積,若不能很快排除,會(huì)超過(guò)允許濃度,必將危害工務(wù)養(yǎng)護(hù)人員、機(jī)車(chē)司機(jī)及乘客的健康,并對(duì)隧道設(shè)備產(chǎn)生腐蝕,嚴(yán)重地威脅人身安全及行車(chē)安全。此外,隧道內(nèi)有時(shí)溫度過(guò)高,濕度太大,也需要用通風(fēng)降溫和除濕。
蒸汽機(jī)車(chē)排放的廢氣中,有害氣體主要是一氧化碳(CO),中毒往往是急性的,超過(guò)一定含量可使人昏倒甚至窒息死亡,機(jī)車(chē)乘務(wù)員中毒造成的事故,以及洞內(nèi)作業(yè)人員中毒昏倒曾經(jīng)發(fā)生。內(nèi)燃機(jī)車(chē)排放有害氣體主要為二氧化氮(NO2),人中毒后經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才有征兆。
機(jī)車(chē)排出的廢氣,對(duì)隧道內(nèi)的線路設(shè)備及照明設(shè)施、通信信號(hào)設(shè)施的金屬件,也起腐蝕作用。改善通風(fēng)條件,減少?gòu)U氣的污染,對(duì)延長(zhǎng)線路設(shè)備使用周期也是必需的。
鐵路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)按通風(fēng)方式可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。
自然通風(fēng)空氣在水平氣壓差的作用下,由高氣壓區(qū)流向低氣壓區(qū),從而,使隧道內(nèi)空氣流動(dòng);此外,鐵路隧道由于洞內(nèi)和洞外的氣溫不同,空氣密度有差別,加以隧道進(jìn)出口海拔高度不同,也會(huì)產(chǎn)生氣壓差,引起隧道內(nèi)空氣的自然流動(dòng),稱為“自然通風(fēng)’、列車(chē)通過(guò)隧道時(shí),會(huì)產(chǎn)生同列車(chē)運(yùn)行方向相同的氣流(列車(chē)活塞風(fēng))稱“活塞作用”提高列車(chē)速度可以增大“活塞作用”有利隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)。一些短隧道、較短的中長(zhǎng)隧道利用自然通風(fēng),有可能符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),一般不必設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。利用隧道施工用的豎井或斜井實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng),無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi),從實(shí)踐中都沒(méi)有獲得理想的結(jié)果。因井底和井口的氣溫會(huì)隨著季節(jié)和時(shí)間變化,氣流方向有所改變,當(dāng)井口氣溫低于隧道內(nèi)氣溫時(shí),氣流將從井底流向井口;反之,則流向井底,當(dāng)列車(chē)尾部駛離豎井底時(shí),會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓,將排入井內(nèi)的煙氣吸回隧道內(nèi)。長(zhǎng)隧道利用橫洞進(jìn)行自然通風(fēng),只有當(dāng)沿河傍山隧道,有較多的橫洞將長(zhǎng)隧道分割成若干短隧道的情況下才能實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。成昆線李子灣隧道(長(zhǎng)3008m),就是一個(gè)成功的例子。
機(jī)械通風(fēng)隧道是否設(shè)置機(jī)械通風(fēng),應(yīng)根據(jù)牽引種類、隧道長(zhǎng)度、隧道平面與縱斷面、道床類型、行車(chē)速度和密度、氣象條件及兩端洞口地形條件、高差等因素經(jīng)過(guò)分析計(jì)算、試驗(yàn)綜
合考慮確定。對(duì)單線隧道一般規(guī)定如下:①蒸汽機(jī)車(chē)牽引,隧道長(zhǎng)度在1.5km以上,或內(nèi)燃機(jī)車(chē)牽引,長(zhǎng)度在2km以上,宜設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。②隧道長(zhǎng)度雖小于上述數(shù)值,但自然通風(fēng)條件不良,難以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到容許衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(列車(chē)通過(guò)隧道后15rnin以內(nèi),空氣中CO的濃度應(yīng)在30mg/m3以下,換算成NO2的濃度應(yīng)在10mg/m3以下,其他詳見(jiàn)《鐵路橋隧建筑物大修維修規(guī)則》相關(guān)條文,亦應(yīng)考慮機(jī)械通風(fēng)。新的研究表明:電氣化鐵路特長(zhǎng)隧道,由于電力機(jī)車(chē)當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸脫離時(shí)因高壓放電產(chǎn)生的氮氧化物可能出現(xiàn)的洞內(nèi)溫度、粉塵、臭氧超過(guò)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn);不利條件的困難地段,洞內(nèi)溫度過(guò)28℃,氧氣含量低于20%的情況,也有必要設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。
中國(guó)鐵路隧道運(yùn)營(yíng)機(jī)械通風(fēng)方式基本上是縱向式通風(fēng)系統(tǒng),即利用風(fēng)機(jī)把污濁空氣從隧道一端吹向另一端擠出隧道,故有擠壓式通風(fēng)之稱。設(shè)置風(fēng)機(jī)主要有三種模式。
洞口風(fēng)道式洞口風(fēng)道式又分為不設(shè)簾幕與設(shè)簾幕兩種。
以吹入方式將新鮮空氣送入隧道,這也和列車(chē)上坡排煙大,同時(shí)要與列車(chē)活塞作用形成的風(fēng)流一致。機(jī)械通風(fēng)設(shè)施主要有風(fēng)機(jī)、動(dòng)力設(shè)備、通風(fēng)機(jī)房、通風(fēng)道和簾幕等,這些設(shè)備一般多設(shè)置在隧道低洞口端。但當(dāng)自然風(fēng)經(jīng)常由高洞口吹向低洞口時(shí),為了克服逆風(fēng),縮短通風(fēng)時(shí)間,將通風(fēng)道和風(fēng)機(jī)設(shè)在高洞口,采取吸出式通風(fēng)。簾幕一般用于較長(zhǎng)(3~7km)的單線隧道通風(fēng)排煙,其啟閉裝置要用信號(hào)控制,如采用與車(chē)站閉塞信號(hào)相聯(lián)鎖,以保證行車(chē)安全。設(shè)簾幕的隧道洞口風(fēng)道式通風(fēng)方式的最大優(yōu)點(diǎn),是可防止漏風(fēng)(風(fēng)流短路),通風(fēng)時(shí)間短,效率高而經(jīng)濟(jì)。詳見(jiàn)《單線鐵路隧道簾幕通風(fēng)運(yùn)營(yíng)管理辦法(試行)》及《單線鐵路隧道簾幕通風(fēng)養(yǎng)護(hù)維修細(xì)則(試行)》。
豎井、斜井、橫洞機(jī)械通風(fēng)特別長(zhǎng)的隧道通風(fēng),由于受到機(jī)械通風(fēng)風(fēng)速以及列車(chē)通過(guò)隧道間隔時(shí)間的限制,一般采用分段式通風(fēng),即利用隧道施工時(shí)的輔助坑道(豎井、斜井或橫洞)等作為通風(fēng)道,在隧道內(nèi)分段設(shè)置若干臺(tái)風(fēng)機(jī),進(jìn)行隧道通風(fēng)。中國(guó)僅有夾馬石隧道是利用施工豎井機(jī)械通風(fēng),但效果不理想。國(guó)際上曾利用豎井分段通風(fēng),將隧道以豎井劃分為兩個(gè)通風(fēng)段,一段由豎井的一半吸出,另一段由豎井的另一半吹入新鮮空氣。
射流通風(fēng)射流通風(fēng)是一種新的單線鐵路隧道通風(fēng)形式,它是將一定數(shù)量的射流風(fēng)機(jī),相隔一定距離,單臺(tái)(雙臺(tái)或多臺(tái))吊裝在隧道建筑限界拱頂空間里,不需要風(fēng)道、機(jī)房、簾幕和信號(hào)系統(tǒng)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),將隧道內(nèi)的一小部分空氣從風(fēng)機(jī)的一端吸入,以較高的動(dòng)能從風(fēng)機(jī)的另一端噴出,高速氣流誘導(dǎo)隧道內(nèi)整個(gè)氣流排出隧道。射流風(fēng)機(jī)可隨時(shí)改變吹吸方向,實(shí)現(xiàn)通風(fēng)方向(吹或吸)優(yōu)化。該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用紅外線光電裝置,使風(fēng)機(jī)逐步啟動(dòng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,并具有良好的通風(fēng)效果,使用管理方便,安全可靠有較大的經(jīng)濟(jì)效益。
中國(guó)鐵路自1955年以來(lái),按規(guī)定設(shè)機(jī)械通風(fēng)的隧道總數(shù)約200座,1956年開(kāi)始在豐沙線、寶成線隧道內(nèi)安裝通風(fēng)機(jī)械,到目前鐵路已電氣化或正在電氣化的以外,仍有近100座應(yīng)設(shè)機(jī)械通風(fēng),已安裝機(jī)械設(shè)備的約50座,但大部分設(shè)備及動(dòng)力尚不配套,其中豐沙線除段家?guī)X(設(shè)簾幕,洞口雙側(cè)風(fēng)道,吸出式機(jī)械通風(fēng))等少數(shù)隧道能長(zhǎng)期正常使用外,大多數(shù)未曾發(fā)揮作用。1988年,柳州鐵路局在焦柳線牙已隧道(長(zhǎng)2528m)進(jìn)行射流通風(fēng)試驗(yàn),該隧道原設(shè)有無(wú)簾幕洞口風(fēng)道式機(jī)械通風(fēng)設(shè)備。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試并與無(wú)簾幕洞口風(fēng)道式比較,通風(fēng)效果基本相同,但射流風(fēng)機(jī)具有可節(jié)省風(fēng)道、機(jī)房等設(shè)施、功率小、運(yùn)營(yíng)費(fèi)少、管理運(yùn)用簡(jiǎn)單、風(fēng)機(jī)本身吹吸可隨時(shí)改變等優(yōu)點(diǎn)。1996年建成的焦柳線新龍門(mén)雙線隧道(長(zhǎng)2540m,隧道內(nèi)線路平面布置為S型曲線),內(nèi)燃機(jī)車(chē)牽引,采用集中布置射流機(jī)械通風(fēng)方案。西康線秦嶺特長(zhǎng)隧道(2個(gè)單線直線隧道,長(zhǎng)約18.45km,線間距離30m,每隔約420m有橫洞相通,洞內(nèi)線路縱坡為人字被,進(jìn)出口高程差156m,電力機(jī)車(chē)牽引)計(jì)劃采用分散布置射流機(jī)械通風(fēng)方案。