淺談交通工程隧道通風系統(tǒng)選用

1、淺談交通工程隧道通風系統(tǒng)選用摘要:近年來,隨著交通系統(tǒng)的飛速開展,為了更多的行車便利隧道的使用也日益普及,為了確保行車的平安,隧道的通風系統(tǒng)也變得至關(guān)重要.本文從交通量、隧道長度并結(jié)合地形、隧道周圍環(huán)境一系列條件來選用各種適宜的通風系統(tǒng),以使隧道內(nèi)有害氣體濃度及可見度到達要求.使行車平安得到保障.關(guān)鍵詞:交通工程;隧道通風;系統(tǒng)選擇1前言公路隧道內(nèi)對人體有害的氣體，來自汽車排出的廢氣，其主要成份有:一氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物、醛類、有機化合物等，其中一氧化碳危害最大。因此，一氧化碳做為有害物的主要指標。此外，由于車輛產(chǎn)生的煙霧及汽車行駛揚起的灰塵，造成隧道內(nèi)可見度降低。隧道通風的目的，就

2、是用新穎空氣來稀釋隧道內(nèi)汽車排出的廢氣，降低有害物質(zhì)的濃度，并到達所要求的可見度，從而保證人體安康和車輛行駛平安。隧道通風系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合交通量、隧道長度、氣象、地形、環(huán)境等因素，同時兼顧供電照明、通信監(jiān)控、事故、火災、工程造價和維修保養(yǎng)費用綜合考慮。2容許濃度與可見度2.1有害氣體的計算根據(jù)上海有關(guān)部門的研究，一氧化碳產(chǎn)生量的計算公式為:式中:a-汽油含碳量(重量比)，一般取a=0.855;e汽車每公里耗油量(kg/k);v一一廢氣中一氧化碳所占的體積百分數(shù);v;一廢氣中二氧化碳所占的體積百分數(shù);p一一輛汽車行駛1k的一氧化碳產(chǎn)生量(耐3/輛.k).日本用p=0.315f(l/輛k)計算一氧化碳產(chǎn)

3、生量，可作參考。該式中p為一輛汽車行駛1k產(chǎn)生一氧化碳的平均值;f為燃料消耗率，f=0.105l/輛k。此外，汽車一氧化碳產(chǎn)生量還與發(fā)動機的類型、汽車保養(yǎng)程度、車速、道路狀況、坡度和駕駛技術(shù)等有關(guān)，如根據(jù)國際道路會議常設(shè)協(xié)會(plar)資料，坡度為5%時，一氧化碳排放量增加5%,一氧化氮排放量增加84%，煙霧排放量(車速為30k/h)增加160%.2.2容許濃度與可見度要求2.2.1隧道內(nèi)一氧化碳()容許濃度(1)隧道內(nèi)工作人員長期停留的工作間、休息室和控制室等為24pp.(2)正常營運時為150pp.(3)發(fā)惹事故時，短時間(15in)以內(nèi)為250pp.2.2.2隧道內(nèi)煙塵容許濃度(1)高速

4、公路，一、二級公路隧道為75%.(2)三、四級公路隧道為90%.2.23可見度要求在路面平均照度30勒克斯情況下，光透過率:=65%，即隧道內(nèi)稍有薄霧，視力1.5者在75間隔 內(nèi)看車和人清楚，視力0.7者在50間隔 內(nèi)看車清楚，隧道內(nèi)有舒適感。日本規(guī)定:在平坦的隧道內(nèi)，車速為40一60k/h，正常情況下，一氧化碳及塵煙濃度標準見表1.歐洲和美國的標準是l00pp,在第13屆國際道路會議上，曾建議在正常交通狀態(tài)下，一氧化碳濃度為70一100pp,當發(fā)生交通阻塞時，在15in內(nèi)允許到達250pp。可見，我國的標準有點偏低，隨著高等級公路隧道的開展及交通量的增加，建議一氧化碳容許濃度不超過l00pp

5、為宜。3通風量和風壓隧道內(nèi)所需通風量，應(yīng)根據(jù)稀釋隧道內(nèi)空氣中的有害物濃度到達允許濃度時所需的新穎空氣量來確定。對于一氧化碳和塵煙，以稀釋二者到達容許濃度所需的通風量，取其大者為設(shè)計通風量。隧道內(nèi)稀釋一氧化碳所需的新穎空氣量可按下式計算:可參閱公路隧道設(shè)計標準.日本采用的計算方法是,在平坦隧道,行車速度為4060k/h時:4通風方式的選擇目前各國公路隧道通風方式的選擇，主要根據(jù)隧道長度和交通量大小來確定。一般隧道長度在200以下甚至200300時，在一定的交通量以下，可采用自然通風。當ln600時，采用機械通風，式中l(wèi)為隧道長度(k),n為隧道頂峰小時交通量(輛/h).根據(jù)空氣在車道空間流動的方

6、向，機械通風的方式可分為:縱向通風、橫向通風、半橫向流人通風和半橫向流出通風。機械通風方式見圖1。4.1縱向通風縱向通風系統(tǒng)即利用隧道作通風道，一端送風，另一端排風，或兩端進風，中間豎井排風。由熱壓、風壓和洞門附近的大氣壓產(chǎn)生的局部壓力差稱為自然壓力差，以pe表示，自然壓力差對縱向通風系統(tǒng)影響最大，可能嚴重阻礙氣流，甚至會使氣流倒流。因此，縱向通風系統(tǒng)必須安裝自動操縱換向裝置。通過豎井進出風的縱向通風系統(tǒng)，在有壓力差的情況下，不能全靠進步通風機壓力或使氣流換向，必須增加空氣總用量l。對通風機從隧道較長支路一側(cè)產(chǎn)生的氣流來說，如圖2，自然壓力差pe的反作用將是不利的。這條長度為lt的支路，其阻力

7、與pe之和將等于長度為12的另一條支路的阻力:圖2縱向通風pe+kl1l21=kl2(l-l1)2式中:k-單位長度隧道氣動阻力系數(shù);l1支路l1稀釋有害物質(zhì)所需用的空氣量.l1=(ql1)/式中q-單位長度隧道內(nèi)有害物質(zhì)的排放強度(假定有害物質(zhì)排放均勻分布,下同)隧道空氣中有害氣體的容許濃度。由此得:沿較長支路i，有害氣體的濃度:x=qx/l1沿較短支路12,有害氣體的濃度:上述兩式中x的值從豎井與隧道的交點起向右或向左計算.4.2，橫向通風橫向通風是沿隧道均勻地抽出和輸入等量空氣，在整個隧道上不會產(chǎn)生壓力差.因此，自然壓力差附加到橫向壓力上并不會影響空氣的軸向?qū)α?，也就不會降低通風效果.設(shè)

8、汽車排出的廢氣為q并均勻地分布在隧道全長上，那么橫斷面x和(x+x)之間有害物質(zhì)的平衡方程式為:xle+qx=(x+)le+(x+)lbx式中:le在自然壓力差作用下進人隧道的軸向氣流;x區(qū)段上有害物質(zhì)濃度的增值;lh無風時通風系統(tǒng)產(chǎn)生的隧道單位長度的橫向氣流.微分方程為:由此得出:由上式可以得出如下結(jié)論:吹入的軸向氣流le越強，有害物質(zhì)的濃度就越低;無論在隧道的哪一段，有害物質(zhì)都不會超過q/lb值，即不會超過無風時的濃度.4.3半橫向通風半橫向流人通風的傳統(tǒng)方案如圖4所示.風從與隧道平行的平洞或?qū)ｉT的風道進人洞內(nèi)，并沿隧道長度均勻供風，空氣在洞內(nèi)的剩余壓力作用下經(jīng)洞門排出.因此，采用半橫向通

9、風時，隧道內(nèi)產(chǎn)生軸向氣體氣流，并受到自然壓力差的形響.排出的有害氣體如為均勻分布，那么其濃度沿隧道長度不變，這時，空氣總用量可按下面的公式計算:式中:l-隧道長度.自然壓力差的作用，破壞了氣流的對稱性.最不利的自然壓力差值是這樣的:在其作用下空氣既不能從隧道的一個洞門排出，又不能流人隧道。這時，洞內(nèi)最大的剩余靜壓力為ht=pe，該壓力值定義為整個隧道的氣動全阻力，注意到lx=lx/1，那么得:如無自然壓力差，就應(yīng)沿隧道長度的一半求積分，得:由此可見，在選擇通風機時，半橫向通風系統(tǒng)的自然壓力差可按隧道氣動阻力增大8倍的方法進展計算.也就是說，無論自然壓力差值多大，為了保證所需的通風效果，通風機的

10、壓力系數(shù)為10%-15%實際上就足夠了.半橫向流出通風僅能作為一種應(yīng)急通風系統(tǒng)，在發(fā)生火災或其他危急情況時，將半橫向流人通風系統(tǒng)反向，關(guān)閉一局部進風管道，便得到半橫向流出通風系統(tǒng).在正常情況下，不使用這種通風系統(tǒng).4.4各通風系統(tǒng)比較4.4.1縱向通風系統(tǒng)(1)能充分發(fā)揮汽車活塞風作用，所需通風量較小;(2)無需額外通風渠道，隧道斷面小，工程費用低，因此比較經(jīng)濟;(3)靠近送風口空氣新穎，隨著空氣流動，間隔 送風口越遠，空氣越不新穎，污染也就越嚴重，假設(shè)要求一氧化碳到達允許濃度，通風量必然要加大，新穎空氣沒有得到充分利用;(4)以隧道作通同道(規(guī)定氣流速度l0/s)，汽車司機有不適之感;(5)

11、由于存在煙囪效應(yīng)，對控制火災不利，往往需要避車洞.4.4.2全橫向通風系統(tǒng)(1)隧道全長空氣污染程度均勻，新穎空氣得到充分利用;(2)隧道縱向無氣流動，駕駛?cè)藛T無不舒適感，同時有利于防火;(3)隧道長度不受限制;(4)投資及運行費用高。4.4.3半橫向通風系統(tǒng)(1)由于沒有專門的排風道，比全橫向系統(tǒng)節(jié)省了投資;(2)利用車道排風，減少了排風系統(tǒng)阻力，可降低排風機電機容量;(3)氣流在隧道內(nèi)呈局部流動，對防火不利。對通風方式的選定，除應(yīng)考慮隧道長度和交通條件外，還須結(jié)合地形、周圍環(huán)境以及交通停滯或火災等非常情況的適應(yīng)性和隧道工程費和維修保養(yǎng)費等因素做比較后決定。5隧道通風方式的開展趨勢公路隧道的各種通風方式，對一般隧道傳統(tǒng)適用長度界限如下:縱流式通風約2000以下;半橫流式通風約3000以下;橫流式通風約2000以上。由于縱向通風顯著的經(jīng)濟優(yōu)越性，近年來在國際上得到日益廣泛的采用，隨著射流通風技術(shù)的日臻完善，在2k以上的公路隧道中采用縱向通風已日益增多，據(jù)不完全統(tǒng)計，歐美和日本已有39座2k以上的長隧道采用了射流縱向通風方式。日本第二新神戶隧道，全長7175,采用單井吸出式射流縱向通風，配以良好的消音、除塵裝置及監(jiān)控、消防、