隧道工程 第8章

1、,隧道工程,第8章 隧道通風(fēng),學(xué)習(xí)本章的目的： （1）掌握公路隧道內(nèi)的有害物質(zhì)濃度定義和表示方法； （2）了解需風(fēng)量的計(jì)算方法； （3）掌握隧道通風(fēng)方式及其如何選擇。,第8章 隧道通風(fēng),8.1 概述 8.2 空氣中有害物質(zhì)容許濃度 8.3 需風(fēng)量計(jì)算 8.4 通風(fēng)方式及其選擇,8.1 概述 1、隧道內(nèi)污染的形成 2、改善隧道內(nèi)污染的途徑 3、隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)要考慮的主要問(wèn)題,隧道運(yùn)營(yíng)中的通風(fēng)智能控制,1、隧道內(nèi)污染的形成 施工期間：爆破、施工設(shè)備、瓦斯 運(yùn)營(yíng)期間：汽車排放出的廢氣，CO和煙霧 隧道內(nèi)突發(fā)事件的產(chǎn)生：火災(zāi)、消防、交通混亂,2、改善隧道內(nèi)污染的途徑 消除污染源-改造汽車 使用濾毒濾煙設(shè)

2、備，還原被污染空氣 將污染空氣稀釋到容許濃度值以下 突發(fā)事件應(yīng)急措施研究、隧道結(jié)構(gòu)研究、路面結(jié)構(gòu)研究,3、隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)要考慮的主要問(wèn)題 空氣中有害物質(zhì)的容許濃度：人的忍受程度、行車安全視距 需風(fēng)量計(jì)算問(wèn)題：交通量和排放量 自然通風(fēng)的能力 機(jī)械通風(fēng)方式的討論 通風(fēng)方式及通風(fēng)設(shè)備選擇：經(jīng)濟(jì)性和耐久性,8.2 空氣中有害物質(zhì)容許濃度,1、確定隧道內(nèi)污染空氣中有害物的設(shè)計(jì)濃度需要研究的問(wèn)題 對(duì)汽車排放CO量的研究 對(duì)汽車排放煙霧量及透明度的研究 人在污染空氣中的適應(yīng)能力 分別研究CO設(shè)計(jì)濃度和煙霧設(shè)計(jì)濃度,2、CO設(shè)計(jì)濃度 有害氣體濃度的表示：?jiǎn)挝惑w積被污染空氣中含有害氣體體積, 人體對(duì)各種濃度有害氣

3、體的反映, CO設(shè)計(jì)濃度：與隧道長(zhǎng)度和通風(fēng)方式有關(guān) CO設(shè)計(jì)濃度（ppm）,3、煙霧設(shè)計(jì)濃度 煙霧濃度定義：通過(guò)測(cè)定光線在煙霧中的透過(guò)率來(lái)表示 透過(guò)率是光線在污染空氣中的透過(guò)量與在潔凈空氣中的透過(guò)量之比,式中： 分別為同一光源的光通過(guò)污染空氣和潔凈空氣后的照度。則煙霧濃度K為：,式中： 是光源光穿過(guò)lm厚的容許透光率，在隧道通風(fēng)與照明中，取l100m，故其容許濃度,煙霧濃度K為, 司機(jī)對(duì)煙霧濃度舒適度的評(píng)價(jià) 當(dāng)煙霧濃度，透過(guò)率（l 100m）和車速不同，對(duì)舒適程度的不同，下表是行車速度為40km/h時(shí)，司機(jī)對(duì)舒適水平的主觀評(píng)價(jià),司機(jī)對(duì)對(duì)煙霧濃度的舒適度評(píng)價(jià), 煙霧設(shè)計(jì)濃度：與光源和車速有關(guān) 當(dāng)

4、煙霧濃度達(dá)到0.012 1/m時(shí)，應(yīng)考慮采取交通管制等措施； 隧道內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，煙霧濃度不大于0.0035 1/m,4、其他有害物質(zhì) 氮氧化物：柴油機(jī)主要排放的有害物質(zhì)，據(jù)調(diào)查，平均濃度為20mg/m3(接觸45分鐘)，只有少數(shù)人出現(xiàn)不適感，當(dāng)平均濃度為55mg/m3，全部人員有不適感； 丙烯醛：是一種無(wú)色揮發(fā)性液體，對(duì)眼睛和呼吸道粘膜有劇烈刺激作用，如流淚等； 二氧化硫：為具有強(qiáng)烈幸辣刺激性氣味的氣體，進(jìn)入呼吸道后形成硫酸和亞硫酸，引起各種炎癥。 這些有害物質(zhì)的含量與CO和煙霧含量相比較小,8.3 需風(fēng)量計(jì)算 1、按稀釋CO濃度計(jì)算新風(fēng)量 2、按稀釋煙霧濃度計(jì)算新風(fēng)量 3、需風(fēng)量的取值,

5、1、按稀釋CO濃度計(jì)算新風(fēng)量 計(jì)算方法 通風(fēng)設(shè)計(jì)中，車輛有害氣體排放量及與之對(duì)應(yīng)的交通量都應(yīng)有明確的遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限，兩者應(yīng)相匹配；,1、按稀釋CO濃度計(jì)算新風(fēng)量 確定新風(fēng)量時(shí)，應(yīng)對(duì)計(jì)算行車速度以下的各工況車速按20km/h為一檔分別進(jìn)行計(jì)算，并考慮交通阻滯狀態(tài)取其較大者作為設(shè)計(jì)需風(fēng)量；,1、按稀釋CO濃度計(jì)算新風(fēng)量 在雙向交通隧道中，上坡較長(zhǎng)方向的交通量按設(shè)計(jì)交通量的60%進(jìn)行計(jì)算； 首先計(jì)算汽車排放量，然后計(jì)算稀釋到容許濃度所需新風(fēng)量。, 計(jì)算公式 CO的排放量計(jì)算,其中： 是隧道全長(zhǎng)CO排放量； 是CO基準(zhǔn)排放量輛km)，可取0.01； 為考慮CO的車況系數(shù)，對(duì)高速公路、一級(jí)公路取1.0，對(duì)

6、二、三、四級(jí)公路取1.11.2； 是車密度系數(shù)，與車速有關(guān)，按表8.6取值； 是考慮CO的海拔高度系數(shù)，按圖8.3.1取值； 為相應(yīng)車型的設(shè)計(jì)交通量（輛/h）； 為考慮CO的車型系數(shù)，按表8-7取值； 為考慮CO的縱坡-車速系數(shù)，按表8.8取值； 為車型類別數(shù)。 L 為隧道長(zhǎng)度，m, 稀釋CO到容許濃度的新風(fēng)量計(jì)算,式中： 為隧道全長(zhǎng)稀釋CO的需風(fēng)量 ； 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 ，取101.325 ； 是隧址設(shè)計(jì)氣壓 ； 是標(biāo)準(zhǔn)氣溫K，取273； 為隧道夏季的設(shè)計(jì)氣溫K。 是CO設(shè)計(jì)濃度。,2、按稀釋煙霧濃度計(jì)算新風(fēng)量 煙霧排放量是以柴油車作為計(jì)算依據(jù)，當(dāng)交通流組成柴油車比例大到某一限度以后，煙霧危害超過(guò)

7、CO危害，因此，根據(jù)煙霧排放量計(jì)算所需通風(fēng)量成為重要問(wèn)題。, 煙霧排放量計(jì)算,其中： 是隧道全長(zhǎng)煙霧排放量（ ）； 為煙霧基準(zhǔn)排放量 輛km)，可取2.5 輛km)； 含義是每輛中型貨車行1km排放濃度為1m-1的煙霧2.5m3 為考慮煙霧的車況系數(shù)，對(duì)高速公路、一級(jí)公路取1.0，對(duì)二、三、四級(jí)公路取1.21.5； 是考慮煙霧的海拔高度系數(shù)，按圖8.3.2取值； 為考慮煙霧的縱坡-車速系數(shù)，按表8.3.4取值； 是考慮煙霧的車型系數(shù)，按表8.3.5取值； 是柴油車車型類別系數(shù)；, 稀釋煙霧到容許濃度所需的新風(fēng)量計(jì)算 所需新鮮風(fēng)量按下式計(jì)算,為隧道全長(zhǎng)稀釋煙霧的需風(fēng)量（ ）； 為煙霧設(shè)計(jì)濃度（

8、）,3 需風(fēng)量的取值,8.4 通風(fēng)方式及其選擇,1、概述 通風(fēng)方式,通風(fēng)方式,車道空間的空氣流動(dòng),自然通風(fēng),自然風(fēng),機(jī)械通風(fēng),交通風(fēng)(活塞風(fēng)),一般不穩(wěn)定,交通量有關(guān) (車速等),縱向通風(fēng),橫向通風(fēng),半橫向通風(fēng),組合通風(fēng), 如何選擇通風(fēng)方式 確定所需風(fēng)量 考慮自然通風(fēng)是否滿足 選擇通風(fēng)方式, 通風(fēng)方式選擇與多種因素有關(guān) 隧道類型：山嶺隧道、城市隧道、水底隧道 交通量：近期、遠(yuǎn)期、某年限的交通量 經(jīng)濟(jì)問(wèn)題：工程費(fèi)、維修費(fèi)和養(yǎng)護(hù)費(fèi) 地質(zhì)、氣候和周圍環(huán)境的影響：大斷面開(kāi)挖的可行性,2、自然通風(fēng) 自然風(fēng)的變化是復(fù)雜而不穩(wěn)定的，用它來(lái)作為通風(fēng)計(jì)算的依據(jù)，其可靠性自然很差。但是作為機(jī)械通風(fēng)時(shí)的輔助作用，卻

9、不應(yīng)忽視，至少可以調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，有利于節(jié)能。,2、自然通風(fēng) 自然風(fēng)壓阻力,是自然風(fēng)阻力（ ）； 為隧道入口損失系數(shù)，可取0.6； 是隧道壁面摩阻損失系數(shù)；0.02 L 是隧道長(zhǎng)度； 是自然風(fēng)作用引起的洞內(nèi)風(fēng)速（ ），可取23； 為空氣密度（ ），可取1.2； 為隧道斷面當(dāng)量直徑， 為隧道凈空斷面積， 為隧道斷面周長(zhǎng)。, 交通風(fēng)壓阻力 交通風(fēng)力可按下式計(jì)算：,其中： 是交通通風(fēng)力； 是隧道內(nèi)與 同向的車輛數(shù)； 為隧道內(nèi)與 反向的車輛數(shù)； 是隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速ms； 為與 同向的各工況車速； 為與 反向的各工況車速； 為汽車等效阻抗面積（汽車正投影面積）。, 通風(fēng)阻抗力,式中： （ ）。 是隧道設(shè)計(jì)

10、風(fēng)速 ms；, 隧道內(nèi)壓力平衡條件,為射流風(fēng)機(jī)群總升壓力（N/m2）, 射流風(fēng)機(jī)所需臺(tái)數(shù)計(jì)算 在滿足隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速條件下，射流風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)為：,為每臺(tái)射流風(fēng)機(jī)升壓力： 是射流風(fēng)機(jī)出口面積； 是射流風(fēng)機(jī)出口速度； 射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)；,3、是否設(shè)置通風(fēng)機(jī)的經(jīng)驗(yàn)判定 雙向交通隧道,（雙向交通）, 單向交通隧道,（單向交通）,式中：L為隧道長(zhǎng)度（m）；N為設(shè)計(jì)交通量（輛/h）,4、縱向通風(fēng) 縱向式通風(fēng)是從一個(gè)洞口直接引進(jìn)新鮮空氣，由另一洞口把污染空氣排出的方式，與自然通風(fēng)的原理是相同的,4、縱向通風(fēng) 射流式通風(fēng)：在車道空間上方吊設(shè)射流風(fēng)機(jī)，用以升壓 對(duì)于雙向交通，適用于1000m以下的隧道； 對(duì)

11、于單向交通，可達(dá)3000m。, 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)少、經(jīng)濟(jì)； 缺點(diǎn)：噪音大, 有豎井的縱向式通風(fēng)： 縱向式通風(fēng)是最簡(jiǎn)單的通風(fēng)方式，它以自然通風(fēng)為主，不滿足需要時(shí)，用機(jī)械通風(fēng)加以補(bǔ)充，是經(jīng)濟(jì)合理的。但是，通風(fēng)所需動(dòng)力與隧道長(zhǎng)度的立方成正比。如果在隧道中間設(shè)置豎井就可以克服這個(gè)缺點(diǎn)。常常用豎井對(duì)長(zhǎng)隧道進(jìn)行分段。 雙向交通，適用于3000m以上的隧道； 單向交通，適用于5000m以上的隧道；,5、橫向通風(fēng) 半橫向通風(fēng)(送風(fēng)式半橫向、排風(fēng)式半橫向) 送風(fēng)式半橫向通風(fēng)是半橫向通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)型式，新鮮空氣經(jīng)送風(fēng)管直接吹向汽車的排氣孔高度附近，對(duì)排氣直接稀釋，這對(duì)后續(xù)車很有利。污染空氣是在隧道上部擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)兩端洞門排

12、出洞外。, 全橫向通風(fēng) 這種通風(fēng)方式同時(shí)設(shè)置送風(fēng)管道和排風(fēng)管道，隧道內(nèi)基本上不產(chǎn)生沿縱向流動(dòng)的風(fēng)，只有橫方向的風(fēng)流動(dòng)。, 混合式通風(fēng) 混合式通風(fēng)沒(méi)有固定的格局，它是根據(jù)某些特殊的需要，由上述幾種基本通風(fēng)型式組合而成的。其組合方式有許多種，但應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則。,各通風(fēng)方式的適用長(zhǎng)度,6、通風(fēng)方式選擇 影響通風(fēng)方式選擇的因素 隧道長(zhǎng)度：是影響隧道通風(fēng)方式選擇的最主要的因素 。隧道越長(zhǎng)，對(duì)隧道通風(fēng)的安全性和可靠性要求越高, 隧道交通條件 隧道交通條件指隧道內(nèi)為單向行車還是雙向行車以及隧道的交通量 一般單向行車的隧道采用縱向和半橫向通風(fēng)較好，能利用自然風(fēng)和活塞風(fēng)； 交通量大的隧道一方面有害氣體排放量

13、大，另一方面安全要求高，應(yīng)選用橫向通風(fēng)或半橫向通風(fēng)方式。, 隧道所處地層的地質(zhì)條件 隧道所處地層的地質(zhì)條件好，隧道施工比較容易，費(fèi)用低，這時(shí)選用橫向通風(fēng)方式；如果圍巖條件差，則可能由于隧道施工困難，以及施工費(fèi)用高而影響到橫向通風(fēng)的使用。 隧道所處地區(qū)的地形和氣象條件, 通風(fēng)方式選擇的原則 合理通風(fēng)方式是安全可靠性高，建設(shè)安裝方便，投資小，隧道內(nèi)環(huán)境好，對(duì)災(zāi)害的適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)營(yíng)管理方便，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低的通風(fēng)方式。 隧道通風(fēng)方式的選擇是一項(xiàng)十分復(fù)雜而艱巨的工作。在選擇通風(fēng)方式時(shí)，一定要認(rèn)真，要有科學(xué)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)頭腦，要對(duì)國(guó)家和人民負(fù)責(zé)。, 通風(fēng)機(jī)的選擇 通風(fēng)機(jī)的選擇包括選擇通風(fēng)機(jī)的類型、通風(fēng)機(jī)的型號(hào)、通風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)方式以及通風(fēng)機(jī)的機(jī)號(hào)、轉(zhuǎn)速和葉片安裝角等。合理的通風(fēng)機(jī)是在滿足通風(fēng)要求(足夠的風(fēng)量)時(shí)，工作效率 比較高的通風(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)選擇的依據(jù)是隧道的通風(fēng)阻力和要求的通風(fēng)量 以及其它的一些隧道條件。,通風(fēng)機(jī)的選型可按下列步聚和方法進(jìn)行： 根據(jù)離