公路隧道營(yíng)運(yùn)通風(fēng)

1、公路隧道營(yíng)運(yùn)通風(fēng)1一、需風(fēng)量 為稀釋洞內(nèi)被汽車(chē)尾氣污染的空氣，使之有害物質(zhì)濃度達(dá)到規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。 公路隧道營(yíng)運(yùn)通風(fēng)的需風(fēng)量既為稀釋洞內(nèi)污染空氣所需的新鮮風(fēng)量。需風(fēng)量與汽車(chē)動(dòng)態(tài)排污量有密切關(guān)系。21、國(guó)外汽車(chē)污染物排放法規(guī)第一階段（1966年至1974年）是排放法規(guī)的形成階段。日、美、歐等分別制訂了國(guó)家汽車(chē)排放法規(guī)，但是在1971年之前主要是對(duì)CO、HC的限制，1971年起美國(guó)加州排放法規(guī)首先采用7工況連續(xù)采樣對(duì)NOX實(shí)施控制；1973年美國(guó)聯(lián)邦和日本分別采用LA-4C和10工況CVS采樣增加對(duì)NOX限制；1970年歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)統(tǒng)一制定了ECE排放法規(guī)，主要對(duì)CO、HC的限制。3 第二階段（

2、1975年至1992年）是法規(guī)的加強(qiáng)和完善階段。美國(guó)從1975年起，不斷加強(qiáng)對(duì)CO、HC的限制，幾乎逐年加強(qiáng)對(duì)NOX限制。歐洲1975年10月執(zhí)行R15/01法規(guī)，只對(duì)CO、HC實(shí)施限制；1977年10執(zhí)行R15/02法規(guī)，增加了對(duì)NOX的限制；1979年執(zhí)行R15/03法規(guī)；1982年10月R15/04法規(guī)，將HC和NOX加在一起進(jìn)行限制；1989年執(zhí)行ECE-R83新法規(guī)，按發(fā)電機(jī)排量劃分限值，各污染物排放限值比1982年法規(guī)限值減少了40%。4第三階段（1993年以后）加強(qiáng)對(duì)HC的限制進(jìn)入低污染車(chē)時(shí)期。1990年美國(guó)大幅度修訂了大氣清潔法，要求到2003年對(duì)汽車(chē)排放的CO、HC和NOX的

3、限值分別降低到1992年限值的50%、25%和20%。美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定從1992年到2003年，達(dá)到低排放車(chē)（LEV）和超低排放車(chē)（ULEV）的要求。 歐洲于1993年10月起執(zhí)行ECE/MVEG-1號(hào)法規(guī)，1996年10月執(zhí)行MVEG-2號(hào)法規(guī)將CO降低了20%，HC+NOX降低了約50%，2000年10月起執(zhí)行MVEG-3號(hào)法規(guī)，CO、HC+NOX顆粒物的顆粒物限值分別降到1.0g/km， 0.7*g/km，0.08g/km，歐洲計(jì)劃2004年執(zhí)行MVEG-4號(hào)法規(guī)，達(dá)到超低排放車(chē)的要求。52、我國(guó)汽車(chē)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際接規(guī)的實(shí)施步驟 我國(guó)1999年3月頒布的和2001年4月頒布的汽車(chē)污

4、染物排放標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法是等效采用歐盟（EU）有關(guān)防止機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染大氣法律的全部技術(shù)內(nèi)容，或部分技術(shù)內(nèi)容。因此我國(guó)的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)將來(lái)是與歐洲汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)接規(guī)。6 我國(guó)實(shí)施現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)將分為兩個(gè)階段：第一階段從2000年至2004年實(shí)施的限值相當(dāng)于歐洲1993年10月實(shí)施的ECE/MVEG-1號(hào)法規(guī)的控制水平；第二階段從2004年至2007年實(shí)施的限值相當(dāng)于歐洲1996年10月實(shí)施的ECE/MVEG-2號(hào)法規(guī)的控制水平；我國(guó)將于2007年起實(shí)施相當(dāng)于歐洲2000年10月實(shí)施的ECE/MVEG-3號(hào)法規(guī)的控制水平；到2010年起實(shí)施ECE/MVEG-4號(hào)法規(guī)的控制水平。73、我國(guó)汽車(chē)動(dòng)態(tài)排污量現(xiàn)狀

5、研究 根據(jù)TJT026.1-1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范要求，汽車(chē)排放因子中CO和VI排放量是確定通風(fēng)量的主要依據(jù)。其中：基準(zhǔn)排放量、海拔高度系數(shù)、縱坡-車(chē)速系數(shù)是影響汽車(chē)動(dòng)態(tài)排污的主要參數(shù)。 研究汽車(chē)排放因子的排放量通常采用單車(chē)路試和臺(tái)架試驗(yàn)法、隧道內(nèi)實(shí)測(cè)法。主要結(jié)論如下： 81） 基準(zhǔn)排放量： CO基準(zhǔn)排放量為0.007 m3/km.veh； 柴油車(chē)煙霧排放量可以選取2.0。9 2）汽油車(chē)CO排放量和柴油車(chē)自由加速煙霧排放量平均海拔高度修正系數(shù) 車(chē) 型 排放物海 拔 高 度 （m） 400 600800100012001400160018002000汽油CO 1.000 1.142 1

6、.284 1.4261.5681.7101.8521.9942.136柴油VI 1.000 1.064 1.128 1.1921.2561.3201.3841.4481.512103）道路縱坡車(chē)速影響修正系數(shù)汽油車(chē)道路縱坡車(chē)速影響修正系數(shù) i（%）v（km/h） -2.75-2.36-1.6701.672.362.75700.860.880.9111.091.121.14600.820.860.8911.111.141.18500.780.850.8811.121.151.22400.580.600.6211.381.401.42114、技術(shù)進(jìn)步因子的分析 我國(guó)執(zhí)行汽車(chē)排放法規(guī)的時(shí)間和歐洲排放

7、法規(guī)1、2、3號(hào)的限值，一氧化碳和顆粒物下降幅度見(jiàn)表。 一氧化碳的下降幅度值 年 限 200120042007國(guó)標(biāo)限值（CO） 2.72g/km2. 2g/km1.0 g/km降低比例（%） 100%（基準(zhǔn)）降低20%降低63%12 顆粒物的下降幅度值 年 限200120042007國(guó)標(biāo)限值（顆粒物）0.14g/km（一類車(chē)）0.08 g/km（一類車(chē)）0.08g/km（全部車(chē)）降低比例（%）100%（基準(zhǔn)）降低43%降低43% 目前我國(guó)公路隧道營(yíng)運(yùn)通風(fēng)規(guī)范還沒(méi)有對(duì)NOX濃度計(jì)算作出規(guī)定。134、特長(zhǎng)公路隧道污染物濃度設(shè)計(jì)限值 國(guó)際上確定公路隧道內(nèi)污染物濃度的限值主要是從人在隧道內(nèi)的健康和隧道

8、營(yíng)運(yùn)安全考慮的。1）公路隧道的分類 過(guò)人隧道為允許人員在隧道內(nèi)徒步巡查，檢修和通過(guò)隧道。 非過(guò)人隧道為除了偶然有專業(yè)維修人員在隧道內(nèi)作業(yè)外，不允許任何人員在隧道內(nèi)下車(chē)活動(dòng)。142）公路隧道污染物設(shè)計(jì)濃度限值 國(guó)際常設(shè)道路協(xié)會(huì)(PIARC)對(duì)公路隧道內(nèi)污染物濃度限值。 PIARC公路隧道推薦CO濃度值 推薦時(shí)間正常車(chē)流阻塞車(chē)流1971年150 ppm250 ppm(15min) 1991年100-150 ppm150-200 ppm15 PIARC柴油煙霧推薦限值 交通類型 煙霧設(shè)計(jì)濃度K限（1/m） 行車(chē)速度: Vmax=60-80(km/h) Vmax=100(km/h) 阻塞交通 關(guān)閉隧道

9、（交通管制） 隧道維修 0.005-0.0070.0050.007-0.0090.0120.003 PIARC同時(shí)指出，當(dāng)隧道海撥高度超過(guò)1500m，必須對(duì)CO限值作相應(yīng)的修正。16美國(guó)環(huán)保局給出一組低海撥高度（1500m）和高海撥高度（3600m）不同暴露時(shí)間CO濃度限值. 公路隧道內(nèi)CO濃度限值 暴露時(shí)間（min） 高 度 1500m （ppm） 3660m（ppm） 15304560 125654535 140705035 17我國(guó)公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ026.1-1999）對(duì)設(shè)計(jì)濃度提出的采用限值。JTJ026.1-1999 CO設(shè)計(jì)濃度 18 JTJ026.1-1999煙霧

10、設(shè)計(jì)濃度K 193）秦嶺終南山隧道CO設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)限值確定汽車(chē)排放的空氣污染物主要有CO、NOX、HC、CO2和顆粒物（煙霧）等。對(duì)人體健康和行為的影響各不相同。其中CO是對(duì)人體健康和人的反應(yīng)能力影響最突出的。CO容易和人體血液中血紅蛋白生成一氧化碳血紅蛋白（簡(jiǎn)寫(xiě)CoHb），降低了人體血液中的氧氣和輸氧能力，引起視力、聽(tīng)力下降、頭痛、眩暈、動(dòng)作遲動(dòng)、痙攣等癥狀，甚至導(dǎo)致死亡。2021推薦秦嶺終南山公路隧道不同車(chē)速CO濃度設(shè)計(jì)限值 正常營(yíng)運(yùn)條件 通過(guò)車(chē)速（km/h）505560708090經(jīng)歷時(shí)間（nim）21.6019.6418.0015.4313.5212.00允許CO濃度（ppm）849310

11、1117133150阻塞情況（極端） 通過(guò)車(chē)速（km/h）10 (JTJ026.1-1999) 17-18 (日本) 經(jīng)歷時(shí)間（nim）108.024 61.728允許CO濃度20ppm32ppm22 上述推薦值是根據(jù)CO濃度矩形分布條件下計(jì)算的結(jié)果，而縱向通風(fēng)隧道CO濃度為三角形分布。按濃度分布面積等值效果推斷，最大的濃度值應(yīng)為推薦值的2倍。235、交通流量對(duì)需風(fēng)量的影響1）汽油車(chē)與柴油車(chē)比例的影響。降低汽油車(chē)CO排放量顯著于降低柴油車(chē)VI 的排放量；大型柴油車(chē)數(shù)量增多也反映出汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。所以出現(xiàn)以稀釋VI的需風(fēng)量作為設(shè)計(jì)值。2）近、遠(yuǎn)期交通量的影響。在可預(yù)見(jiàn)的技術(shù)進(jìn)步期間內(nèi)，隧道遠(yuǎn)期需風(fēng)

12、量大于近期需風(fēng)量。遠(yuǎn)期需風(fēng)量常決定特長(zhǎng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)的土建規(guī)劃。必要時(shí)按隧道通行能力計(jì)算遠(yuǎn)期需風(fēng)量。246、需風(fēng)量計(jì)算 按公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ026.1-1999）進(jìn)行運(yùn)營(yíng)通風(fēng)需風(fēng)量計(jì)算時(shí)，隧道通風(fēng)主要對(duì)一氧化碳（CO）、煙霧（VI）和異味進(jìn)行稀釋。確定需風(fēng)量時(shí)，分別對(duì)計(jì)算行車(chē)速度以下工況車(chē)速進(jìn)行計(jì)算，并考慮交通阻滯狀態(tài)需風(fēng)量，取其較大者作為設(shè)計(jì)風(fēng)量。 秦嶺終南山隧道各方案需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果隧道方案A1K方案A2K方案AK方案上行線6501192.461541.30下行線695.53768.51051.1125二、方案通風(fēng)計(jì)算按一元流理論計(jì)算，并對(duì)氣體作以下基本假定：a)不可壓縮。風(fēng)機(jī)造

13、成的風(fēng)流靜壓變化；風(fēng)流流速的變化；井筒深度的變化，造成的靜壓、動(dòng)壓對(duì)風(fēng)流壓縮性的影響都很小，不會(huì)明顯影響計(jì)算結(jié)果的精度，故可將隧道內(nèi)的空氣假定為不可壓縮體。b)恒定流。隧道通風(fēng)過(guò)程中，任一坐標(biāo)點(diǎn)的機(jī)械風(fēng)、交通風(fēng)、自然風(fēng)的風(fēng)壓、流速是隨時(shí)間變化的，為計(jì)算簡(jiǎn)便將其視為不隨時(shí)間變化、只是空間坐標(biāo)的函數(shù)。c)連續(xù)介質(zhì)。隧道內(nèi)流動(dòng)的氣體被認(rèn)為流入和流出任意的脫離體的質(zhì)量不變。如當(dāng)氣體的溫度變化不大時(shí)，其密度為常量，則隧道斷面的流量不變。261、A1K方案通風(fēng)半橫向通風(fēng)方案27全橫向通風(fēng)方案28分段縱向通風(fēng)方案292、AK方案計(jì)算二豎井分段縱向通風(fēng)方案 30三豎井分段縱向通風(fēng)方案 312、各方案計(jì)算結(jié)論1

14、）A1K方案的通風(fēng)方式比較 全橫向通風(fēng)方式所需電機(jī)功率較大，但車(chē)道風(fēng)速符合規(guī)范要求,所以全橫向通風(fēng)方式是可行的通風(fēng)方式； 半橫向通風(fēng)方式所需電機(jī)功率較低，土建量相對(duì)也較少，是經(jīng)濟(jì)的，但車(chē)道內(nèi)風(fēng)速已超過(guò)規(guī)范要求值，不適用于本隧道方案或更長(zhǎng)的隧道方案； 分段縱向通風(fēng)方式所需電機(jī)功率較高，是不經(jīng)濟(jì)的，但車(chē)道內(nèi)風(fēng)速符合規(guī)范規(guī)定。32比較項(xiàng)目半橫向全橫向平洞送風(fēng)分段縱向分期同期分期同期分期同期分期同期比較目標(biāo)功率806550845369921598408566683642243134風(fēng)速10.612.4008.59.98.984.87車(chē)道斷面5656565670707070長(zhǎng)度1110522250111

15、052225011105222501110522250豎井?dāng)嗝?4242424002424長(zhǎng)度76376376376300763763送排風(fēng)道斷面14147734.7234.7200長(zhǎng)度1050216021004320111051110500連通風(fēng)道斷面151515159.59.51515長(zhǎng)度1050216010502160630126010502160主要比較參數(shù) 332）A2K方案的通風(fēng)方式比較 半橫向通風(fēng)方式雖然所需電機(jī)功率最低，但車(chē)道內(nèi)風(fēng)速已嚴(yán)重超出規(guī)范允許值，所以不能采用； 全橫向通風(fēng)方式需電機(jī)功率最高，是不經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)方式； 分段通風(fēng)方式需電機(jī)功率居中，車(chē)道內(nèi)風(fēng)速符合規(guī)范要求，且通風(fēng)

16、所需土建量最少。 34比較項(xiàng)目半橫向全橫向分段縱向分期同期分期同期分期同期比較目標(biāo)功率1800379091145828993526456.2168833風(fēng)速13.3614.76008.16.47車(chē)道斷面565656567070長(zhǎng)度131752635013175263501317526350豎井?dāng)嗝?8.2728.2728.2728.2728.2728.27長(zhǎng)度142714271427142714271427送排風(fēng)道斷面14147700長(zhǎng)度1317526350263505270000連通風(fēng)道斷面16.1716.1716.1716.1716.1716.17長(zhǎng)度6901380138027601380

17、2760主要比較參數(shù) 353）AK方案的通風(fēng)方式比較 3豎井分段縱向通風(fēng)較2豎井分段縱向通風(fēng)有較大的優(yōu)勢(shì)。首先，所需電機(jī)功率少進(jìn)一半；其次，車(chē)道內(nèi)風(fēng)速滿足規(guī)范要求；再者，通風(fēng)土建量也少的多。36比較項(xiàng)目2豎井分段縱向3豎井分段縱向分期同期分期同期比較目標(biāo)功率64574921143176750892風(fēng)速10.097.768.16.26車(chē)道斷面70707070長(zhǎng)度18020360401802036040豎井?dāng)嗝?8.2728.2728.2728.27長(zhǎng)度79579513701370送排風(fēng)道斷面0000長(zhǎng)度0000連通風(fēng)道斷面16.1716.1716.1716.17長(zhǎng)度3622724410802160主要比較參數(shù) 373、縱向分段通風(fēng)方案優(yōu)化途徑1）隧道分段數(shù)，宜使每段的設(shè)計(jì)風(fēng)速均為6m/s左右?？紤]豎井和風(fēng)道卻受地形起伏的限制，盡量使隧道分段長(zhǎng)度接近。所以應(yīng)研究隧道通過(guò)地域的地勢(shì)、隧道軸線平面位置、可供設(shè)置豎井斜井的地點(diǎn)等，并考慮施工、運(yùn)營(yíng)管理等多因素的影響，綜合分析后擬定出隧道分段數(shù)、分段長(zhǎng)度。38 秦嶺終南山隧道的地勢(shì)如圖所示，主峰牛背梁最高，兩坡面北緩南陡，西高東低。AK方案中隧道分段時(shí)先將牛背梁分出，余下的考慮分兩段主要是利用一較低的地形。392）由圖中曲線可知：隧道段內(nèi)通風(fēng)流量增加，車(chē)道的風(fēng)阻