通風井

為了保證安全，在工程設計中，根據需要設定通風和排氣通道。通風井就是排氣設施中的一種。

基本介紹

• 中文名：通風井
• 外文名：The ventilation shaft
• 用途：地下建築通風和排氣通道
• 結構：一般是垂直向上的通道

基本信息

煤礦的坑道、鐵路和公路的隧道、捷運的通道及地下室、防空洞等建築在地下的設施，由於地層中散發出的水蒸氣及其它有害的、易爆氣體、內燃機工作時排放的廢氣、工作人員呼吸時排出的水蒸氣和二氧化碳會大量積聚起來，形成不安全的因素。為了保證安全，在工程設計中，根據需要設定通風和排氣通道。通風井就是排氣設施中的一種。一般通風井是垂直向上的通道結構，就象“井”一般，所以稱為通風井。通風井的一頭連線地下建築的空間，另一頭開放於地面空間，通風井中裝有一定規格的排風機，利用排風機的抽力和通風井的自然拉力，將地下建築內的氣體派放到大氣中去。

出地面處理

在塑造高品質的建築室外景觀環境的設計中，地下建築出地面通風井的位置及形式是制約設計的重要因素。因此，科學合理地布置地下建築的通風井、並協調好通風井出地面後與建築景觀環境的關係，將有助於我們提升工程的設計品質。

一、建築設計的處理手法。

第一，利用傳統的建築設計手法，結合一定的新技術手段，把欲出室外地面的通風井整合後布置到主體建築內部，並以主體建築立面造型中某種設計元素的形式出現，從而實現通風井的“隱身”。這種方式適用於當地下建築的全部或大部分面積被包含在地面建築投影線範圍以內，而僅有較少數量的面積位於建築室外廣場地面之下時的情況。

第二，利用具有生態理念的建築設計手法，通過設定下沉式庭院，進行地下建築的自然通風換氣，從而取代傳統的做法（在室外廣場上設定出地面通風井）。這種設計方式不僅完美地將地下建築的通風井“隱藏”起來，而且還更有利於建築的環保節能。

二、景觀設計的處理手法。

利用景觀設計的手法來考慮通風井出地面的位置及形式，將通風井作為景觀設計的一部分內容而融入廣場環境中，從而使其藝術性地“隱身”起來。這種方式適用於當地下建築的範圍較大，遠遠超出地面建築投影線範圍時的情況。這時，地下建築的通風井不可能再全部隱藏到建築內部並伴隨地面建築升出地面，而絕大部分通風井會布置在建築室外廣場上，這樣，勢必會對室外廣場景觀環境造成較大的影響，因此，必需結合廣場景觀設計方案，並藉助景觀設計的手法來處理這些通風井。

通風井

用景觀設計的處理手法大致有三種基本方式：

第一種是結合景觀設計方案，將廣場上出地面的通風井設計成陣列式景觀。根據室外廣場景觀設計方案，合理地布置通風井出地面的位置，使通風井以陣列式景觀的形式出現在廣場上，例如，大型燈陣、塔林、景觀水池的序列式噴水口，或者是高大的文化柱列等。這樣，通風井被作為陣列式景觀中的個體元素而被巧妙地“隱藏”起來，廣場上幾乎感受不到有通風井的存在。

第二種是將室外廣場上出地面的通風井設計成獨立式景觀。當廣場上出地面風井不多、或者風井的體量比較大時，可將單個的通風井做成廣場上獨立的主題景觀，例如，將風井做成音樂噴泉、文化雕塑、文化牆等，如上海靜安寺下沉廣場處的通風井做成了音樂噴泉的形式，又如上海黃浦江隧道工程中，將通風井做成高大的龍柱等，這都是設計師的大膽創舉。

第三種是通過綠色植物來隱藏建築室外通風井。在考慮通風井出地面的位置時，儘量將這些通風井布置在綠化帶里或者其它較隱蔽的地方，然後通過在其周圍種植綠色植物遮擋通風井。這種方式對處理體量較小的通風井比較方便，而對於體量較大的通風井，則可以在其四周種植攀爬植物，通過綠色植物的攀爬形成立體的視覺屏障，從而形成對大體量風井的有效遮擋。

隧道通風設計

斜井與豎井的選擇

一、地形地質條件的影響

地形條件常是通風井方案選擇的首要依據。如果選擇豎井方案，則必須井口地面比較平坦，並且井口容易使人員與施工設備通達。因為不論採用何種豎井施工方法，井口地面的井架和提升絞車都是必需的，沒有平坦的地面，施工將無法進行。斜井則有所不同，可直接利用反井法自下而上施工，可以不考慮井口地面平整與否。當然，在斜井採用正井法施工時，也要求井口容易使人員與施工設備通達。比較而言，豎井對井口的位置與地形要求高，斜井要求較低。

通風井

不論是豎井還是斜井，都希望能在穩定的地質條件下修建。但有時根據地形條件選擇的通風井其地質條件卻只適合修建豎井，或者相反，這時地質條件可能成為通風井方案選擇需考慮的首要因素。一般而言，因豎井內施工空間狹小，一些施工措施不易實施，所以，相對來說對地質條件要求較高；斜井內施工空間相對較大，超前支護或加強支護也較易實施，工程質量容易保障，所以，斜井對其穿越的地質條件要求相對較低。

二、經濟因素的影響

隧道通風系統的工程造價發生在建設期，相對容易計算和比較。計算工程造價並在不同方案之間進行比較時，必須全面準確。值得指出的是，不同的系統方案可能對施工便道的要求不同。一般來說，豎井對施工便道的要求高，斜井對施工便道的要求低。隧道運營期的費用計算和比較相對較難。一方面，由於排送組合通風系統的風壓風量計算比較困難；另一方面隧道通風系統的運營時間需要估算，容易造成分析結果的多解性。在計算風壓損失時，要注意局部阻力和沿程阻力兩個方面，且應準確無誤。各個隧道的通風井都有其特定的設計參數，無法給出斜井或豎井通風系統孰優孰劣的一般性結論。

三、施工因素的影響

不論是豎井還是斜井，相對於一般的隧道本身施工而言都是比較困難的，所以在選擇通風井方案時必須慎重考慮施工因素。在斷面、長度相同或相近的情況下，一般說來，豎井的施工比斜井的施工稍難。在大多數情況下，斜井的施工難度隨其傾角的增加而增加。

豎井在施工時，隨著開挖直徑的增大，施工井架和井口其他設施的規格也隨之增大；隨著井筒深度的增加，施工的難度也隨之增加。一些比較小的通風豎井，施工方法比較靈活，施工設施也較為簡單。因此，設計時應儘量避免大而深的豎井的出現。

斜井的優點是，可以直接從隧道洞內（即斜井底部）自下而上地向地表施工，從而降低了對井口地表條件的要求。

斜井傾角的選擇

斜井的傾角是斜井設計的一個重要參數。目前許多通風斜井的傾角都是由斜井的施工方法確定的。斜井的基本施工方法是自上而下的傳統方法，此法通常要求斜井的傾角小於25，以便提升運輸岩渣。傳統方法的優點是施工技術成熟，施工風險小；缺點是：（1）要求在井口地面“三通一平”，工程造價高；（2）棄渣和便道工程會影響環境與生態；（3）排水通風不便，施工條件差。

斜井採用自下而上的方法施工時，關鍵工序是運渣。由於斜井具有一定的傾角，常規的運輸機械不便安全使用，非常規的機械使用時又有特殊要求。事實上，在斜井設計過程中，如果考慮到斜井全長或部分採用自下而上的方法施工，則可將斜井的傾角調整到一個稍大的角度。該傾角使岩渣能自動地沿著斜井底板或專用的無動力運輸溜槽下滑，便可使複雜的排渣運輸問題變得比較簡單。斜井傾角加大後帶來的問題是鑽爆作業比較困難，特別是在全斷面開挖的情況下問題尤為突出。為了解決斜井施工的鑽爆問題，可採用如下工藝流程：先自下而上開挖導洞，形成斜井的排渣系統與材料運輸系統，並形成後續施工的通風通道；然後自上而下進行擴大開挖與支護，這時的施工條件與傳統方法的條件相近，鑽爆時斜井傾角稍大一些，但排渣十分容易；最後自下而上澆築襯砌。

曲面病害

主要病害及原因

曲線方向不良和曲線鋼軌的磨耗是曲線的主要病害。曲線方向不良的直接原因是橫向水平力的作用，而橫向水平力的大小取決於曲線的平面形狀，二者互為因。曲線方向不良，當機車通過時，會發生劇烈的橫向搖擺，加劇了機車車輪對軌道的衝擊和振動，使曲線線路各種不良現象惡化；惡化的後果反過來又會加大機車通過時的搖擺，影響機車的平穩運行，造成惡性循環，加劇了鋼軌的磨損。鋼軌的垂直磨耗主要是由於內外軌輪滾動距離與內外軌線長度不相適應的長度差，要用輪對在鋼軌上滑行引起的。鋼軌的側面磨耗的原因主要是導向輪的作用。另外，超高過大過小，曲線軌距擴大，曲線軌底坡不正確也都會引起或加劇鋼軌的磨耗。

整治方法

（1褓持正失不超限。用繩正法認真做好曲線整正的計算及撥道工作，保持正確的曲線標樁位置，執行對重點病害地段不定期撥道。加強日常養護工作，保持曲線頭尾的圓順，對於曲線的“鵝頭”、“支嘴”等病害進行及時的整治。全面撥正曲線，特別要重視對小方向、小碎彎的處理。

（2）保持正確的軌距和水平。正失不良給保持軌距、水平增加困難，但軌距、水平超限也會影響到正失的變化。因此，必須按規定設定。保持超高和軌距加寬，徹底鎖定線路，防止爬行，矯正硬彎鋼軌，整修和更換不良道釘，上緊軌距桿，保持道床整潔。加強搗固，及時消滅坑窪，消滅鋼軌接頭“支嘴”，在改道作業時，要兼顧正失不超限，對連線零件做到“全、正、緊、靠”，做到“改道不離繩”。

（3）保持曲線頭尾圓順。如果曲線兩端的直線方向不是曲線的切線方向，或者曲線標樁不正確把直線撥成曲線或把曲線撥成直線；或者為了撥道省勁，長期上排，都容易產生“鵝頭”，出現曲線頭尾的不圓順。因此，在曲線整正時測量現場正失前，必須撥好兩端直線方向，消滅“鵝頭”，然後用繩正法確定各曲線標樁的正確位置，正確設定計畫正失和計算撥道量，在撥道作業時，可從曲線兩端往中間趕。

（4）正確調整曲線外軌超高，並做好緩和曲線超高順坡。曲線的超高及超高順坡的設定，對鋼軌的磨耗有著直接的影響。如果曲線外軌超高設定偏大，就會使機車車輪更加接近內軌，機車的轉向架滑動增加，外軌增加側面磨耗，內軌的垂直載荷被動增大，增加內軌的垂直磨耗；相反，曲線外軌超高偏小，導向力增加，外軌就會增大載荷，導致外軌增加側面和垂直的雙向磨耗。按實際載重運行測速而設定的正確超高是減輕鋼軌磨耗的主要手段之一。如果超高順坡過大，機車車體前軸的外輪就會懸浮，甚至會導致脫軌事故。因此，正確設定曲線的超高順坡是防止曲線脫軌的又一保障。所以，減輕鋼軌的磨耗，正確的設定曲線超高和做好緩和曲線超高順坡很重要。