隧道通风讲义

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1、tunnel ventilation零、引言1、我国是世界上隧道发展最快的国家2002年11月6日交通部副部长胡希捷向7 7 0多名中外专家宣布，中国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。据交通部统计，20世纪50年代，我国仅有30多座隧道，总长约2. 5公里。六七 十年代，我国干线公路上曾修建了百米以上的公路隧道。1 9 6 4年修建的北京至山西原平 公路上，修建了两座2 0 0米以上的隧道，已是非常大的工程。据统计，到1 9 7 9年，我 国公路隧道通车里程仅为5 2公里，数量为3 7 4座。1 9 9 3年发展到6 8 2座，总长1 36公里。隧道平均长度为199米，均是二级以下

2、的短隧道为主。据交通部总工程师风懋润介绍，近10年来，我国已修建了不少长隧道、特长隧道以及 隧道群。其中，主要有：1995年建成的成渝高速公路上的中梁山隧道，长3公里多，解 决了我国长大公路隧道的通风问题；1999年通车的四川省川藏公路上二郎山隧道，长4 公里多，是连接西藏与内地的重点工程；1999年通车的四川广安地区华蓥山公路隧道， 长453公里，是我国目前已通车的最长公路隧道。近10年来，我国交通部门每年投入大量科研经费，已摸索出成套隧道施工技术。19 98年通车的浙江省甬台高速公路大溪岭隧道，是我国自行设计施工，采用国产材料设备为 主的现代化大型隧道，隧道内设置了照明、通风、防火、监控等

3、完善的运营机电设施；长34 5公里的北京八达岭高速公路潭峪沟隧道，单洞开挖宽度约15米，为我国3车道公路隧道 修建积累了经验；沈大高速公路中一条隧道为单向4车道行车，单洞开挖宽度约20米；上 海的8车道沉管越江隧道已经建成，标志着我国在沉管隧道领域达到了国际先进水平。风懋润说，按照交通部规划，我国10年内将新建成40万公里新路，“五纵七横”国 道主干线将贯通。10年内，我国将再建设总长155公里以上的公路隧道。正建设的终南 山隧道全长184公里，长度居亚洲第一，世界第二；湖南雪峰山隧道长7公里多；西安 汉中高速公路上穿越秦岭的三座特长隧道群总长34公里，全线隧道总长100公里；上海 崇明岛和武

4、汉的长江上将建设大型过江通道工程。我国现在有铁路隧道6876座，总长度为3670公里，为世界第一；我国公路隧道 总数已达1782座，总长度704公里，分别是改革开放之初的4.7倍和135倍， 是世界上公路隧道最多的国家。2、世界第二的公路隧道秦岭终南山隧道目前正在修建的秦岭终南山隧道，是我国最长的公路隧道，居亚洲第一，世界第二。据交通部提供的资料，秦岭终南山隧道位于我国西部大通道内蒙古阿荣旗至广西北海国 道上西安至柞水段，在青岔至营盘间穿越秦岭，全长18 .4公里，技术标准为高速公路双 洞四车道，行车速度为每小时80公里。终南山隧道2002年1月由国家发展计划委员会批准立项建设，设计工期为6

5、7个月， 总投资约2 5亿元人民币。隧道结构设计基准暂定为10 0年，安全等级为一级。隧道内 将设置有照明、通风、消防、通信、监控、供电、救援、危险品检查等系统，以保障隧道运 营正常安全。3、瑞士“新千年隧道”瑞士投资 140 亿瑞士法郎的这项“世纪工程”的核心部分是挖掘两条世界上最长的铁路 隧道57公里长的圣哥达新铁路隧道和36公里长的勒奇山铁路隧道。该项工程是瑞士有 史以来工期最长、工程量最大、投资最高和工程技术人员最多的一项铁路运输建设工程。1871年法国和意大利之间的塞尼山开凿了第一条铁路隧道，以后又建成多条，其中于 1922年竣工的瑞士和意大利间长19.8 公里的辛普朗隧道是世界上最

6、长的铁路隧道之一。 1965年法国和意大利共同建成长11.6 公里的勃朗峰公路隧道。 1980 年瑞士建成的长16.3 公里圣哥达隧道是目前世界上最长的公路隧道。根据欧盟的估计，穿越阿尔卑斯的陆路交通 量每 8 年便翻一番，目前瑞士道路交通已达到极限。特别是货运交通，问题最严重的是从瑞 士中部的卢塞恩到意大利米兰的高速公路，几乎全部到意大利北部经济中心的货运都通过这 里。自从 2001 年秋该隧道发生火灾以来，瑞士对货运车辆通行实行定额制，经常出现严重 的堵车现象。而到了假期，穿越阿尔卑斯山脉的通道几乎瘫痪。据悉，到2014年“新千年隧道”项目全部完工时，列车无需再“翻山越岭”，隧道以 海拔5

7、00米的高度穿越阿尔卑斯山脉。因此，隧道内部比较平缓，客、货车不仅运载量增加， 而且速度也极大提高。客运列车在隧道内的速度可达到每小时240公里。而每小时160公里 货运列车的速度比现在提高了一倍。从瑞士苏黎世到意大利米兰每小时有一班列车，时间从 现在的5 小时减少到2.5个小时，年运送乘客2000万人次。“新千年隧道”之所以被称为是“全世界最安全的隧道”，与瑞士人防患于未然的安全 理念分不开。首先，隧道设计为双隧道单向行驶，完全避免了两车相撞事故的发生。其次， 隧道内每隔333米就有一个紧急出口，设立了多个紧急救援车站、多条双层人员应急疏散通 道和强劲的通风系统。所有车站均与应急通道相连。一

8、旦发生紧急情况，乘客可以很快进入 应急通道，通风系统将新鲜空气送入应急通道，同时将废气从上层排出，避免人员在隧道内 窒息。第三，由于列车在隧道内速度很快，司机根本无法看到传统意义上的指示灯，因此， 设计人员将传感警示灯安装在铁轨的枕木上，直接将信息传给司机。第四，铁轨下部每隔几 十米就被一块横板隔断。导游解释说，这样做的目的是，一旦运载液体有害物质的车辆发生 事故，可以防止有害液体随坡外溢，将其控制在最小范围内。一、隧道分类公路隧道 铁路隧道 地铁隧道 矿用隧道二、隧道通风的目的1、公路隧道 稀释CO,保证卫生标准 稀释烟雾，保证可见度 排除烟雾，用于火灾防排烟公路隧道通风的目的是要保证隧道正

9、常交通运行时能稀释汽车尾气中的 CO 浓度和烟 雾浓度，保持隧道内空气清新，又要在隧道一旦发生火灾时具有一定的排烟能力。同时要尽 量减少隧道的污染空气和风机运行噪声对隧道洞口周围环境的污染和影响，应符合国家大气 环境质量标准和城市区域环境噪声标准。2、铁路隧道稀释氮氧化物，保证卫生标准排出余热，保持正常工作条件 排除烟雾，用于火灾防排烟 应该注意，即使是采用电力机车和全部电气化的铁路隧道，机械通风系统也是必不可少 的。这是因为：不论怎样电气化的铁路隧道，电力机车在运行中，由于机车受电弓与接触网 滑动接触经常会脱离而放电，从而在隧道内也产生一定量的氮氧化合物有害气体，特别是对 行车密度大的长大隧

10、道，这种情况就更为严重。同时，对埋深数十公里的长隧道，由于地热 以及机车在隧道中消耗的功率转变为热量而散发在隧道中，当列车密度大时可使隧道内的气 温很高。为保持隧道内正常的工作条件，要求夏季温度低于30C，冬季低于25C。这就必 须通过机械通风以降低隧道内的温度和湿度。于是，通风的目的由对蒸汽机车和内燃机车通 过的隧道以排除有害气体和烟尘为主转变为对电力机车通过长隧道以降温除湿为主。此外 在电力机车运行的双线长隧道中，当双向都有列车运行时，列车的活塞作用不能向隧道内引 入新鲜空气，也需用通风机向隧道内送人新鲜空气以满足旅客的生理需要。三、隧道通风的方法1、自然通风2、机械通风 一般情况下，机械

11、通风方式按隧道内空气流动的方向分为 3 类，即使用通风风道的纵流 方式；只设送风道或排风道的半横流方式；以及送风和排风两个风道都设置的横流方式。纵流通风方式纵流通风方式就是指从一边洞口直接向车 道内送入新鲜空气，从另一侧洞口抽出隧道内的 污染空气的方法。它与自然通风原理一样，对于 低风速，空气也可看作是不可压缩流体；所以认 为，在这种情况下，隧道内纵向流动的空气的风 速从入口到出口是一样的。使用这种方式，隧道内的空气污染浓度朝出 口方向线性增加，见图 1。当没有交通风和自然风，隧道内的风速为v 时，所需风压h可由下式算出：h = (1 + g+九 ) *P v 2d2式中：h 所需风压， Pa

12、g 隧道入口的损失系数；九一一隧道壁面的磨损系数；ffil纵朧通凤方式1 隧道长度，m；d 当量直径，m；空气密度， kg/m3； v 隧道内风速， m/s。对于这种通风方式，摩擦损失随隧道长度成 比例增加，相应的所需风压也就增加，从而通风 动力也要增加。为了时常确保所需的车道风速，从隧道入口 至内部，可设置能产生风压的射流式通风机械， 即在洞口设置射流风机的办法，射流风机喷射口 的风速可达2530m/s,利用它所产生的风压上 升，以抵消部分通风阻力，从而带动空气的流动。 因此种风机外形尺寸较小，把它设置在与车道轴 线平行的上方建筑界限之外，对于车辆不会产生 不良影响，作为纵流通风装置使用，效

13、果很好。图2有中闻曼井的纵流通凤方式（实线是交通流强度相尊的双向交通情况，虚銭是单向 交通的悄况）在各种机械通风方式中，纵流方式是最简单 的一种，它是以自然通风为主体，仅在条件恶劣 的情况下才用机械通风作补充的极其合理的一 种方式，但由于这种方式的通风动力与隧道长度 成比例增大，要想办法来消除该缺点。因此可采 用在隧道中间设置竖井的方式来解决，即利用该 竖井进行排风，从两端洞口吸入外气，在竖井两侧车 道内的风向相反，见图 2，如果竖井位于隧道的正中 央，一般而言，因有交通流强度差别和自然风影响， 浓度分布并不对称，特别是在单向交通的情况下，位 于竖井前面的区间，因交通流受顺风影响，浓度分布 并

14、不对称，因此竖井位置应由隧道中央向出口一侧移 动。半横流方式半横流方式是沿车道设置独立的通风风道，使车 道风速发生变化，隧道内各处的污染浓度基本接近一 定值，该方式的标准方法称为送风风道方式。因此该 方式是用送风风道，沿车道空间连续吹出新鲜空气， 其特征见图 3。对于单向交通隧道，往往朝入口一端 洞口吹出的更多。从新鲜空气风道到车道的吹出口， 如果接近汽车排气孔高度，排出的废气可直接扩散稀 释，对后续车辆无不良影响。还有火灾时可使烟朝天 井方向扩散，因此该吹出口最好设在车道两侧的下方 在行驶方面一般来说要比纵流方式有利。对于半横流方式，最希望的是送风风道型式，但 如果隧道长度增加，纵向的车道风

15、速就会过大，因此以适当的间距依靠竖井等来集中排风，见图3，就能克服该缺点，并能控制最大风速。这时 竖井中需要使用排气风机，因为是从车道直接抽出空气，与排风风道时比较，压力损失要小 得多，消耗的通风动力也就少，但竖井工程量增加。另一种是用风道排风，见图 4，该方式的运行效 率要比送风方式差，另外对于单向交通的隧道在入 口处有大的风速向隧道内吹入，此外若在入口端半 边设置排风道，在出口端边设置送风道，可使车道 风方向经常与交通流方向一致，但出口易受逆压影 响。若发生阻塞时，易造成送风和排风两连接处的风道短路，通风量就下降到所需风量的1/2左右，因4排凤型半横就11风方式图6她1风方式（实线为单向交

16、通准我为双向交通）而必需使某一端的通风道区间反向运转，改 成全送风成全排风形式。但在实际上，一旦 风道改为送风，就会产生许多煤烟，不可能 实施。横流方式 横流方式是送风道和排风道各自设在 车道下面和天花板上面，由送风机送出新鲜 空气，沿着隧道方向在送风道内流动，并设 置等间距的送风支管，各自等量吹向风道， 新鲜空气在车道内与污染空气相混合，由天 花板上等间距设置的排风支管排风，各自等 量的吸出污染空气在排风道内沿隧道方向 流动，由排风道排至大气中。因此采用这种 方法，送排风用的两种风机都是必要的，在 车道外沿着隧道的全线要设有送风道和排 风道也是必要的，见图 6。这种方式是把车 道作为横断面来

17、通风的，存在有隧道长度方 向空气污染浓度是相等的，纵方向无空气流 动，不会给司机有不快感；火灾时不必担心 蔓延等优点。但开拉断面大，通风动力费高， 造价非常昂贵。通风方式的选择，应该从隧道的长度、 交通量、坡度，地形等多方面考虑决定，而 且要采用对该隧道最经济的方法来进行比较而定。过去从车道风速受限制考虑，所以着眼于采用横流或半横流通风方式，然而这两种通风 方式均设有风道，必然增大隧道断面，增大建设费用，另外管路系统的压力损失也较大。可 以说这是耗能较大的通风方式。纵流方式无需通风管道，从而也无需增大隧道断面。特别是在单向交通隧道中能全部利 用汽车活塞风作用，所以是一种经济的节能型通风方式。但

18、在通风稳定性方面和对通行车辆 影响方面等还存在一些问题。然而根据射流风机型纵向通风的运用经验，以及用竖井把隧道 划分为适当的通风区段等措施，采用节能型的纵向通风方式越来越受到重视。四、隧道通风设计1、 标准按公路隧道通风照明设计规范JTJ026.1999并参考PIARC（国际道路协会常设委员会） 1991 的推荐值2、设置机械通风的条件双向交通隧道：L N 6x 105L：隧道长度（m） N：设计交通量（辆/h）单向交通隧道：L N 2x 1053、隧道通风要求单向交通隧道设计风速W10m/s； 双向交通隧道设计风速W8m/s； 人车混合交通隧道设计风速W7m/s。4、CO 设计浓度和烟雾设计

19、浓度CO设计浓度5 （ppm）通风方式 隧道长度W1000m三3000m (三2000m)全横向、半横向250200纵向300250交通阻滞300人车混合通行150(100)烟雾设计浓度 K计算行车速度（km/h）100806040K(m-1)0.00650.00700.00750.0090以上为米用钠灯光源，若米用荧光灯光源，设计浓度提高一个等级5、通风量通风量=max（稀释CO需风量、稀释烟雾需风量、稀释异味需风量）Q = CO 0 x106req (CO) p T0Q 隧道全长稀释CO的需风量(m3/s)；req(CO)QCOQreq(VI)QVI1.21.5；Q隧道全长CO排放量（m3

20、/s）；COPo一一标准大气压；p 隧址设计气压3.6 X 106 qCO fa - fd fh - fv L E (Nm - 4m=1qcoco基准排放量可取O.OT辆kmf 一一考虑CO的车况系数，高速公路、一级公路取1.0,其余公路取1.11.2； af 一车密度系数，车速越快，系数越小，可取0.66； df 海拔高度系数，海拔越高，系数越大; hf 一一车型系数，柴油车取1，汽油车取1.07.0；mf 一一考虑纵坡一车速系数; iVL 隧道长度，m；n 一一车型类别数；N 相应车型的设计交通量（辆/h）。 m牛Q 一一隧道全长稀释烟雾的需风量（m3/s）；req（VI）Q一一隧道全长烟

21、雾排放量（ m2/s）；VIK烟雾设计浓度（mT）；3.6 X106 珞 fa (VI) fd fh (VI) fv (VI)L 凹(Nm - f (VI)m=1qvi-烟雾基准排放量可取2.5m2/辆kma （VI厂一考虑烟雾的车况系数，高速公路、一级公路取E其余公路取f 一车密度系数，车速越快，系数越小，可取0.66； dh（vi厂一海拔高度系数，海拔越高，系数越大;m（VI厂一车型系数，轻型货车取4,集卡取34f 考虑纵坡车速系数；iV (VI)L隧道长度，m；nD 一柴油车车型类别数；N 相应车型的设计交通量(辆/h)。m稀释异味的通风量：换气次数不低于5次，换气风速不应低于2.5m/

22、s。6、阻力自然风阻力、交通通风力、通风阻抗力具体计算见公路隧道通风照明设计规范JTJ026.1999五、射流风机的布置1 、 射流风机简介射流风机是一种特殊设计的轴流风机，风机出口的气流平均速度30m/s左右。由于其具 有较大的出口动量，因此被广泛应用于各种中短距离的隧道通风，以降低隧道内废气浓度 提高可见度，维护人员的健康和车辆通行安全。在突发性事故中，用来紧急排出一氧化碳和 其它有毒气体。由于射流风机主要用于沿隧道纵向的气体输送，因此在结构上采用轴流形式。普通风机是与一定的管路连接的，主要利用较高的静压克服管路的阻力，实现流体的输 送。一般要求能满足一定的流量和总压头，而不需要较高的流速

23、，因为流动损失与速度的平 方成正比，所以利用动能来输送流体不合适，需要扩压器或后导叶把动能转化为压力能。射流风机是不连接任何管路的，静压能在出口处就立刻损失于大气中，起不到推动气体 纵向运动的作用，只有包含在高速射流之中的动能才起到输送气体的作用，所以我们希望风 机所做的功全部用来增加动能，而静压增加越小越好。推力是选择射流风机时的主要依据，它比全压参数更加重要。射流风机的推力F定义 为风机进口和出口之间的动量变化，即质量流量和平均速度的积：F 二 mV 二 pQ 二 pQ2 /A2、 射流风机的布置公路隧道射流通风系统如图 1 所示。它是沿隧道长度方向，按一定的间距在拱顶安装若 干组射流风机

24、，各风机组以串联方式产生纵向气流，达到隧道通风的目的。在相邻的两风机 组之间形成了一个相对独立的单元通风段，各段具有相同的气流状态，并依次相接形成了整 个隧道内的空气流动。紊流射流的基本特性表明，单元通风段的流动由两个基本部分组成，其流动结构如图2所示。前一部分是射流扩散段，该段流动保持了紊动射流的基本特性，通风效应产生于射流 的混掺卷吸作用，称为射流的诱导通风段。后一部分是均匀流段，该段属于一般的压力流动， 称为射流的压力通风段。从能量观点来看，两个流段的不同通风效应，均是射流能量的不同 形式的转换结果。前段内的能量转换表现为射流的诱导效应，后段内的能量转换来自射流的 增压效应。这两种效应均

25、随射流的开始而发生、又随射流的结束而消失，它们之间又彼此密 切相关。射流的混掺卷吸作用这是各种形式的紊动射流普遍具有的基本特性。射流通风的射流是一种近壁的有限空间 射流，它是在隧道的拱顶空间产生和流动的，称为主射流区。射流的混掺卷吸作用主要在隧 道的工作空间中进行，称为辅射流区。主射流区的流动，是射流本身的惯性运动；辅射流区 的流动，是射流的混掺卷吸作用产生的诱导流动。随着射流的发展，射流速度逐渐减小，射 流范围不断扩大，而压力则逐渐上升。就隧道通风来说，这一过程表现了射流所具有的诱导 通风效应和增压效应。六、隧道火灾排烟1、隧道火灾的特点（1）消防扑救难度大：隧道是封闭的狭长空间，发生火灾后

26、烟气大而且不易散发，隧 道愈长愈难于排除；火灾时火势集中，温度高，辐射热强。消防人员不易接近起火部位，灭 火范围受到限制，给消防扑救带来巨大的困难。（2）火灾发展蔓延速度快：在隧道内行驶的车辆携带有一定数量的燃料（易燃液体或可 燃气体），起火后会猛烈燃烧，以致发生爆炸。同时载重汽车装有大量可燃货物，也会加大 燃烧的猛烈程度。车辆在行驶时产生一定的气流，也给火势扩大带来相应的影响。火灾时发烟量主要与可燃物物理、化学特性，燃烧状态和供气程度有关。城市隧道由于 内部空间较小，基本处于密闭状态，火灾发生时，隧道中空气不足，多产生不完全燃烧，发 烟量一般较大，而且产生的热烟难以扩散，导致城市隧道火灾初期

27、升温迅速，并产生较强的 热冲击。德国研究机构在模拟小汽车引发的可燃液体火灾得到的RABT曲线中，温度在5min 内快速升高到1200C，并在1200C处持续90 min。（3）安全疏散困难：隧道内发生火灾时，烟雾和火焰立即向二个洞口方向蔓延，当隧 道有一定长度时，人员往往来不及逃离洞口，可能会被烟气熏倒而致死，不少隧道火灾造成 人员重大伤亡就足以说明安全疏散是很困难的。（4）火灾造成直接的重大经济损失：火灾不仅造成车辆、货物等损失，也会造成人员 的伤亡事故。隧道顶部和地面也会因火灾而发生剥落、坍塌等损坏。一些长度长的现代化隧 道还设有电子显示屏、监控装置、排烟系统等设施，所以火灾发生会带来重大

28、损失。（5）火灾后会造成一段时间的交通中断：隧道火灾燃烧猛烈，扑救时间长（往往要几个 小时以致几十个小时）。通常会造成拱顶坍塌、地面破损、设施毁坏等情况，往往需要经过 几天或数十天时间的修复才能通行。2、 火灾实例（1）1999 年 3 月 24 日，法国勃朗峰隧道中部有一辆装载面粉、黄油的货车起火。 火势迅即发展到前方12 辆车上，顿时隧道内一片火海，虽经消防人员奋力扑救，大火直到 26日下午才被扑灭，约有3040人伤亡。（2）1999年5月29日凌晨5时 55分，奥地利最长的高速公路隧道陶思隧道， 长6400m,在810m处一辆载有油漆和化工原料的货车因故障在修理。后面驶来的车辆发现 立即

29、刹车，可紧跟而来一辆车却未能刹住，撞车导致火灾，殃及60多辆汽车。由于隧道没 有设置自动排烟和自动灭火设施，给灭火救援带来巨大困难。大火经 20h 才被扑灭，火灾中 死7人，伤49人。（3）2000年5月28日，意大利都灵至巴多内基亚的高速公路一个4000m长的隧道发 生火灾，这里距离边境只有20km。火灾是由一辆罗马尼亚货车引起的，车内装载甜菜。当 时隧道内大约有30人，其中有14人因吸人大量烟雾而中毒受伤。（4）2000年10月 24日上午9时45分，瑞士圣哥达隧道（号称世界第二大公路隧道）， 在南端1500m处，因两辆货车相接引起巨大的爆炸，导致100多米长隧道顶部坍塌，坍塌 物还砸毁另

30、外几辆过往车辆，烟雾和有毒气体导致部分乘客身亡。高温和浓烟阻碍了救援工 作的顺利进行。该隧道穿越阿尔卑斯山，是瑞士南部通向意大利、德国的主要干道， 2000 年的流量达120万辆，运送乘客数百万人。隧道内设有火灾探测、排烟设施，每隔250m就 设有紧急出口和安全避难设施，完善的消防设施避免了人员更大程度的伤亡。但是火灾的高 温、灼热、浓烟和爆炸，使消防人员几次进攻都无法进入，而隧道又是那么长，经过几个小 时后消防人员才接近现场，这次灾难共有139人死亡、失踪。（5）1999年9月30日凌晨5时许，我国浙江省甬台温高速公路湖雾岭隧道（长4115m）， 由于一辆装载9吨苯乙烯的槽车撞到隧道壁上，造

31、成泄漏，消防队出动4辆消防车，封锁了 隧道，全力排险，直到中午12时余才恢复通行。（6）2002年1月10日上午9时45分，甬台温高速公路的长3600m猫猩岭隧道发生火灾。一辆河南商丘某运输公司满载皮鞋等货物的东风牌5 吨零担货车，在进入隧道时，司 机闻到有焦味，就停车检查，刚打开引擎盖，立即腾起一股火焰，很快窜人车厢，瞬间火光 冲天，20min后还发生了爆炸。当时后面车辆还在不断驶入，隧道里已有20余辆。经交通、 消防等部门紧急疏散人员，同时紧急关闭隧道，半个多小时后总算控制了火势，车流也逐渐 退去。由于处置及时，虽无人员伤亡，但隧道内的电子显示装置、光缆、消防监控、电子监 控等设施已被烧毁

32、，约有 100 多米的隧道壁瓷砖和混凝土面层脱落破损，直接损失近 100 万元。隧道被迫关闭，经10多天突击抢修，于1月27日下午才恢复通车。表1世界慶道火灾年份隧道名称长度（米）国家地区1976Crossing BP-A6430法国巴黎1979Nihonraka2045日本 Shitzuoka1982Caldecott1028美国 Oakiand1993Hovden3914南非1999. 3. 24MontBlane11600法国1999. 5. 29Tauern6401意大利2000. 7. 14Seljestad1272揶威2001. 5. 28Prapontin4409意大利200L

33、10. 17Guldborgsuzard460丹麦2001. 10. 24St. Gotthard16918瑞士3、防排烟设施设计 隧道火灾的危害主要来自烟雾，公路隧道通风照明设计规范中规定：“长度大于 1500 m 且交通量较大的隧道应考虑排烟措施。”隧道火灾中烟雾具有很强的扩散作用，在不同隧道气流条件下，火灾烟雾有自由扩散 受限扩散和强制扩散3 种基本形式，扩散模式仅与隧道通风方式有关。因此，隧道应结合通 风控制和通风方式，在充分利用运营排风方式的基础上考虑其防排烟设计。隧道机械通风可 分为纵向式（风流沿隧道纵向流动，如射流风机式，洞口集中送入式和排出式）、半横向式（由 隧道通风道送风或排

34、风，由洞口沿隧道纵向排风或抽风。）、全横向式（分别设有送排风道， 通风气流在隧道内作横向流动）和在这三种方式基础上的组合通风方式。防排烟设计时，半 横向和全横向通风可以通过主风道实现排烟要求；纵向通风方式主要通过控制风速、风向及 竖井排烟等手段达到缩短火灾时烟雾在车道内行程的目的。目前城市隧道主要采用的是射流 通风方式，它是一种较理想的纵向通风方式，其利用射流风机的调节作用控制纵向气流的方 向，从而控制烟雾以23m/s速度扩散。由于烟雾扩散速度要小于车行速度，所以火灾前 方的车辆可不受火灾的阻塞迅速向前疏散，火灾后方的人员可以在通风系统控制下的无烟环 境中安全撤离。例如南京玄武湖东西向隧道根据

35、在满足火灾规模为20 MW（辆装满可燃货 物的大型卡车的热释放速率）的条件下，保持隧道断面风速为2.12m/s，阻止烟雾向后续车 辆扩散需要的总推力，沿隧道纵向布置了 20台射流风机。风机均为耐高温风机，在250 时能连续工作l小时。七、隧道列车的空气动力学当高速列车进入隧道时，隧道内的空气突然受到压缩而形成压力被。压力波以音速传 递到隧道出口后又以膨胀波方式反射回来，此后压力波与膨胀波在隧道中连续地传播与反 射，使列车上的旅客和隧道中的作业工人经受剧烈变化的空气压力波动（或称压力瞬变）而感 到很不舒服，甚至可破坏耳膜。严重的瞬变压力还能毁坏列车前窗玻璃，并严重干扰隧道通 风系统的正常工作。高

36、速列车在隧道中运行的空气阻力比明线上大得多，如要在隧道中保持 原来的行车速度则需增大列车发动机的功率，从而使隧道内温度急剧升高，废气排放量增大。不然，在既成的隧道中就需限制行车速度，而这样做又会影响运输能力。空气质量、温度、 压力瞬变已成为现代长距离铁路隧道环境控制的三个方面问题。在海峡隧道的设计中，空气动力学、通风和冷却的问题是非常重要的。以高速运行的列 车会造成大的活塞效应压力，由于这种列车在运行隧道中要排代5000t空气.其最大压力差 约 30kPa。这些压力对列车会产生很大的阻力，要消耗大量的牵引机车动力，同时产生的热量也扩 散在隧道内。减压风道在隧道设计中起到了非常重要的作用，其有效

37、性也得到了证实。1、减压风道 减压风道的作用 减压风道允许空气流从列车前面的高 压区，通过减压风道再经其对面的另一运行 隧道再流到列车后面的低压区，此效果大大 减小了列车正面的压力和沿列车边的空气 的相对速度，这就转而降低了列车的阻力。 这种气流的状态是这样的，即当两列列车相 对通过时，每列列车的气流结构被强化，流 经列车的压降进一步降低，因而阻力也进一 步下降。对连发列车之间的间隔距离较长的列 车来说，减压风道的有效性是最明显的。在 连发列车以非常短的间隔距离通过无减压 风道的隧道时，则各个列车相互通过隧道起 助推作用，同样也起到降低列车阻力的作 用。减压风道的优化 空气动力学的计算表明，由

38、减压风道引 起的列车阻力的减小与隧道每公里减压风 道的总横断面面积接近于正比。因此对每段 长度的这个面积进行优化是可能的。施工费 用也大致与所配备的减压风道的总横断面 积成正比，而且此费用在若干年后可转换成 年度费用。图 2示出了所需的空气动力是怎 样随着减压风道面积的增大而减小的。较低 的阻力减少了机车架空供电线、冷却系统以 及用于牵引和冷却的电力的费用。这也可近似于如图3 所示的年度费用。将这些曲线进行汇 总，得出另一条具有最小值的曲线，它代表在此费用基础上的最优值。每公里隧道有 12m2 的减压风道，面积接近优化值被认为是可以接受的。在选定每隔250 m布置一条直径为2m 的减压风道时，

39、还考虑了其它一些因素，包括施工、影响旅客的压力脉冲等。图4 表明，在这种设有减压风道的情 况下，机车所需要的动力是如何随速度而 变化的。此图示明了在有、无减压风道时 和在露天情况下所需的动力和滚动阻力 （即无空气动力阻力时总的列车牵引阻 力）。横向力减压风道有一个缺点就是它对列车产 生一种横向力或侧向力。有一股较强的空 气流从靠近列车前端处穿过减压风道流 走，并有一股较弱的空气流流向列车的尾 端。穿梭列车的车厢（在圆形隧道中一般是 方形的横断面）的顶部转角，限制了空气流 从列车的一例流向另一例，较大的空气流穿过减压风道时，对加在列车的每一侧的压力产生 了局部的不平衡，因此产生一侧向力。这是除了

40、喷吹到车厢侧面上的空气压力外的另一种力。 必须确保这些力不会对旅客产生不可接受的影响。也不引起额外的侧向运动。可以通过对穿 梭列车选择适当的运行速度相对减压风道取得适当的压力损失系数来限制这种影响。影响旅客的压力 在运行隧道中，当列车经过减压风道时，由于气流速度变化的影响而产生压力波动。在 德国的 BR 研究所进行了大量的试验以确定这些压力变化和由于列车相互作用引起的其它 压力变化是否明显，或者是否会对旅客和列车乘务人员产生干扰。所得结果是让人放心的单线行车作用 计划在维修期间将关闭一条运行隧地，并在另一条隧道内进行单线双向交替行车作业 如果减压风道是打开的，已封闭的这条隧道中的气流速度会太大

41、，不能去进行维修。因此有 必要在每一减压风道中安装可关闭的风门，在维修的时候可将风门关上。在另一条隧道中的 列车将以低速运行以便减少阻力、压力和速度的影响。设计标准 下面给出了与此研究有关的环境设计际准，以及在正常和事故情况下旅客和隧道工作人 员所能承受的最大气流速度、压力和温度的标准。通风：对运行隧道内的人员来说，空气是一种生理上需求，这个隧道内能容纳 20000人，每人的供气量是26m3/h。因此空气的总需求量是144m3 / s,或者说每8h就换一次空气。 由于所有的列车部将使用电动机车，因此几乎没有内燃机排出的废气，故重点应放在消除从 列车所运送的汽车中和从维修用汽车中排放出的污染物。

42、气流速度：隧道内工作人员和旅客不允许暴露于很高速度的隧道风流中。在维修期间 除了紧急撤离的情况下，气流速度将限定在1012m/s以下。空气压力：穿梭列车中，空气压力的波动必须限制在3s钟内，单个脉冲的变化在3kPa 以下，对频繁的重复脉冲 （例如当一列穿梭列车穿梭经过每一减压风道时 ），其变化是在 045kPa 以下。温度：在运行隧道中的温度必须限制到最高为30r。没有预先规定一个特定的最低温 度，但在靠近隧道洞门处和通风设施处要采取一些防止霜冻的措施。控制湿度是不易实施的， 但对冷却管道上的冷凝作用一般通过保持较低的湿球温度和相应的干燥空气来加以控制。八、实例1、英法海峡隧道（铁路隧道） 英

43、法海峡隧道工程横穿英吉利海峡，英法工程集团公司经过七年之久的努力，长约 50km 的英法海峡隧道于1993年 12月 10 日移交给了隧道的业主和运营部门欧洲隧道公司， 1994年 5月19日通车。英法海峡隧道由3条平行的隧道组成（图7）。法国端和英国端的洞口间长度为50.5km。海下隧道部分的长度为38km，隧道位于海底下2545m。两边是单线运行隧道，其间距为30 m。虽然为便于运送卡车而使净空增大，但因铺设无碴道床，所以隧道的内径只为7. 6m。 在两孔运行隧道之间是内径为4.8m的服务隧道，用作维修和救援之用（图3）。集空线（悬吊钢辭冷部朮管照明灯 供电电變（祸注在雇凝土路基中）图2运

44、行隧道的标准断面内直径7.6m（采用管片衬砌和 单线轨道,两侧均设路肩人行遒mt图3股务隧道慈准梦面，內亞4.8in,采用管片衬闌，设有运送 人员及进行援救的运输奚统 的通道图4两运行隧道与服务瞇道之间的橫通道（纵断面）图5仅连接两运行隧道的减压通道纵斷面）在3条隧道之间的横向联络有：（1） 两条运行隧道与服务隧道之间的横通道，同时作为应急通道（图 4）（2） 两运行隧道间不与服务隧道相连的减压风道（图 5）。在海峡隧道的三分之一处和英国陆地隧道段以及在法国陆地侧的隧道进口处前方各设 置有一个渡线站。这样，在隧道内有3 个渡线站，总计则有 4 个可能用于两运行隧道线路交 会的渡线站（图 6）。

45、当运行受阻或需要进行维修作业时，则可在部分区段经由其中一条运行 隧道行驶列车。正常通风时，英法两国各从海岸向半段隧道供应风流。在法国一侧，通风机房设在与服 务隧道上方连通的直径为3.6m的竖井内，英国一侧将通风竖井设在莎土比亚峭壁较低处的 斜井人口处并与服务隧道接通。铁路隧道由服务隧道引入风流并穿过横向通道送风，横向通 道的门上装有风流调节器以控制进入铁路隧道的气流，使沿着长25km的各个系统内气流得 到正常分布。服务隧道中央设有一个密封门，使两个系统隔开。应急情况下，每侧海岸上的 风井和设备能直接向铁路隧道供应新鲜空气，或将风机翼片倒转抽出烟雾。由于列车在隧道 内快速穿梭运行，沿途每隔250

46、m设置了压力释放通道。叭5 510153015 jn 334045 5U粟站亠水管排导方向图？海峡隧道的排水泵系统新鲜空气人口图10海峡隧道的通凤系统 Tffi（处*作火尖人員蟲生谢fl） slflioftltilMMlIQ*.JSQfi2台awgl 台律从駅竟5 IB io台;2台逢貝机5俎10台射克凤机:门7方案 4 为推荐方案，其通风系统原理图如下：设计年限各类工况射流风机排瓦轴流送风轴流冶）风机（台）风机（台）近期正常行驶 交通阻塞10222044（2015 年）火灾时044远期正席行驶 交通阻塞16332044（2025 年）火灾时044注:以上数据均指单向通道而言各工况下风机开启台

47、数表表5由表 4可见，各通风方案各有优劣，相比之下，方案3、4较优越；但方案3所需风道截面高达34m2，已使其在目前特长隧道中实施可行性大大削弱，拟不予采用。经分析比选, 设计中拟采用方案 4，即竖井全 横向式通风结合纵向增压射流 风机组合通风方式。特长隧道的通风工程的初 投资与运营管理费都是十分庞 大的一顶投资，故针对近期、远 期并结合正常行驶、交通堵塞及 火灾状况下分析各工况下的风 机运行状况是必须的。表 5 是根 据近期及远期的各工况下风机 开启台数。风机的启停台数与隧道内的运营管理系统密切配合，利用一氧化炭浓度传感仪(C0仪)和烟雾透过率仪(VI仪)等通风 监控设备加以远程管理控制，能

48、有效地降低通风系统的运营管理费用，并为安全运营做出更 有利的保证。形式特征方案1方案2方案3方案4隧道通风风道截面积(m?)00送风道17m2 排风道17m2送风机10m2 排风道10m2型号1120 型方案比选表衰4(m/s)7.63.83.83.9送凤机送风机风量一160m3/s163mJ/s75m3/s送风机风压1000內2970內2300ft送风机功率550kw734kw500kw送风机台数2台4台4台单机功率/台数35kw/84电机功率合计29401120 型35kw/4O14001120 型32kw/20640kw排风机排风机风抵160m /s163m3/s75m3/s排风机风压l

49、lOOPa3085Pa2700ft排风机功率550kw763kw550lw排风机台数2台4台4台294OKw3600Kw5988Kw484OKw通风系统总功率火灾控制火灾人员逃生风井建设施工及运行管理难度洞内噪声洞内空气品质洞外环境影响运行费用工程造价难控制不设专门逃生通道难于逃生不设风井难控制,不设专门逃生通道难于逃生风井设于河中较难噪声大较差洞口污染严重低一般易控制可利用风道透生易控制可利用风道逃生风井设于薩道两端噪声小洞口无污染风井设于慶道两端难噪声一般洞口轻微污染通风系统的安全运营性：针对目前许多特长隧道存在无避难通道、无应急出口、无避难洞室，并在火灾过程中通 风系统不能及时排烟并补充

50、新鲜空气等问题，在优化通风方案中时着重考虑以下几点：设计中利用已有的横向排风系统兼作排烟系统，按每段600m将隧道分段，排风口设计 成电动风口，发生火灾后，保证火灾段风口开启排烟，其余段风口关闭而确保火灾段排烟能 量，送风机继续开而保证足够有1/2排烟量的补风量，隧道出入口射流风机关闭而避免烟气 扩散，火灾时风机台数的开启由风速测试(3m/s)排烟风速来联动控制。4、南京玄武湖隧道通风设计南京玄武湖隧道为东西向双管六车道，通风区段长2.23km，并在湖西分别设有进出匝 道。在两管间设有管廊，上部为电缆通道，下部为安全疏散通道：正常交通条件下，设计车 速为60km/h，设计交通流量高峰小时为66

51、18pcu/h 双管。工程从2001年8月开工建设， 于2003年4月底竣工试通车。隧道平面示意图见图1。SO QQ8财(电a/隧道平面图目交战浣co浓度(ppm)烟雾浓度（xiof-i）正常交通1257.5阻塞交通250（15分钟）（超过15分钟 山同口禁止车 辆驶入）9.0a 1通风卫生标准火灾规模：20MW临界风速：2.12m/s通风方式在隧道单管内车辆为同向行驶状态，有车辆活塞风可以利用，故本隧道采用射流风机的 诱导型纵向通风方式，在湖西近出口处为控制峒口污染设集中排风，将隧道内污染空气通过 风塔高空排放。在正常运行时，车辆行驶形成的活塞气流将有助于纵向通风。火灾时，由于隧道内车辆 的

52、行驶方向为固定方向，通风系统将火灾产生的烟雾沿车行方向从隧道出口排出。由于烟雾 扩散的速度要小于车行速度，故火灾点前方的车辆可不受火灾的阻塞迅速向前疏散，火灾后 方的人员可在通风系统控制下的无烟环境中安全撤离。通风设计标准按公路隧道通风照明设计规范 JTJ0261999 并参考 PIARC1991 的推 荐值（见表 1）。通风量计算 隧道内汽油车行驶时，排放废气 中主要是CO气体，而柴油车行驶时, 排放出的 CO 气体量极少，但却放出 大量烟雾和具有刺激性臭味的气体， 影响安全可见视距和行驶舒适度。因 此进行通风量计算时，同时进行稀释 汽油车 CO 浓度和柴油车烟雾浓度达 容许标准所需通风量的

53、计算：选择两者的较大值作为隧道设计风量。隧道通风平面布置示意图见图2。从图中可以看出，南线隧道进口至北线集中排风道尚有 460m 距离：在设计中利用结构的布置方式，在排风道下开集中排烟口与南线相接。如果 在这一区段发生火灾，可以利用北线的集中排风机进行排烟，大大缩短了高温烟气在隧道中的行程。同样，北线集中排风口与出峒口亦有460m,这一段隧道内通风卫生标准在现有风 机配置下已能达到要求，但为减少出峒口废气集中排放的污染程度，在条件允许的情况下在这一段隧道顶部开通风口直接至地面，这样进一步减少了峒口废气集中排放量，同时如果 在这一区段发生火灾，烟雾也能就近排至地面。图2隧道通风平面示意图射流风机

54、设置射流风机安装台数是以满足在火灾规模为20MW条件下，保持隧道断面风速Vc2.12m /s,阻止烟雾向后续车扩散所需总推力来配置的。根据工程总体设计要求，在部分区段的 隧道中不布置风机，这样射流风机沿隧道纵向不等间距布置。每管需采用轴向推力为646N 的710射流风机20台，双管共设置40台，每台功率为22kW，总装机功率为880kW。二 台一组直接悬挂在顶板下，构成串、并运行。电线通道及安全通道通风 设备管廊内上层电缆通道中采用推、拉型纵向通风方式，在隧道二端近峒口处各设一台 送、排风机，对其进行通风换气。安全通道采用正压送风系统。火灾时，两台风机同时向安全通道内送风形成正压，使隧 道内烟

55、雾不会向安全通道内扩散，确保火灾工况时乘行人员安全疏散。隧道环境保护峒口排放废气影响 根据环境影响评估报告，由于东端峒口远离居民商业区，周围区域为空地，且出峒口均 有长达150200m的引道段，两侧种植多行乔木及灌木林等绿化，形成一道绿色屏障，同时 废气经过百余米的扩散和稀释，污染程度和范围明显改善，应能满足环保要求，故在湖东不 设风塔。而在西端近隧道出口处暗埋段上部设集中排风道，将隧道内的污染空气大部分通过 风井进行高空排放。为降低车辆驶入端诱入空气的污染浓度，在两平行峒口之间设置分隔墙。经计算，分隔 墙长度取15m，高度渐变由10m向顺口外延伸至3m。峒口噪声防治措施 由于射流风机直接吊装

56、在隧道内，为防止风机噪声从峒口传出，设计中选用低噪声射流 风机，并从风机本身结构上增加消声段长度和吸声材料厚度来降低噪声。东西端最外一组风 机距离峒口均超过150 m,并在隧道峒口适当采用建筑吸声材料，在引道两侧合理设置防噪 壁等技术措施，使风机运转噪声对峒口的影响降至最低。监控在每管隧道出口处布置VICO监测仪一套，通风系统受控于隧道环控检测装置检测的空 气质量，风机运行的数量由控制器的软件程序确定。该装置还作为监视装置，在隧道空气质 量超标时发生警告。5、彭莫山隧道通风改造工程彭莫山隧道为单线铁路隧道，长5592m，位于焦柳铁路中。1976年隧道建成时，在隧 道南洞口设有两台80 kw 轴

57、流风机。风机的风道出口中心线与隧道中心线的夹角为30 ， 机械通风时， 50以上的风量从隧道短路端的南洞口漏出，因设备不配套，故一直未投入使 用。 1987 年在隧道南洞口增设了钢帘幕，当列车头部出隧道北洞口时，钢帘幕自动关闭， 形成强迫挤压式通风系统，使隧道内有效风速达到4.5m/s，机械通风流量为152.1m3/s。 经测试，在通风 12min 后，隧道内有害气体浓度降至卫生标准，达到了规定的通风时间不 大于 15min 的要求。为能保证在列车进入隧道前钢帘幕自动开启，不致造成行车事故，该 通风系统的自动控制部分与列车行车信号进行了多重安全联控，大大增加了设备的复杂程 度。随着列车密度的增

58、加，钢帘幕已成为行车中的安全隐患，因此运营部门强烈要求用其他 有效的通风系统取代钢帘幕式洞口风道吹人式通风系统。改造风道提高轴流风机通风效率的主要措施 为尽量减少土建工程量，提高现有两台轴流风机的通风效率，新设计方案除将两台 80 kw风机的电机更换为95kw外，对既有风道采取以下措施进行了改造，见下图。(1) 在既有风道中心线增设隔墙，使两台风机各有一个风道，在一台轴流风机检修的情 况下，通风系统仍能运营。(2) 在风道出口处增设不锈钢板的整流叶栅，使风道喷射出的气流与隧道中心线的夹角 从 30减至13。为减少气流通过整流叶栅时的附加阻力，叶栅形面作了特殊设计，以期 将阻力产生的功率损失控制

59、在 5左右。(3) 用整流叶栅相应缩小风道出口流通面积，使风道出口气流的动压增加，降低风道出 口与隧道洞口之间的静压差。以减少漏风量，提高隧道内的有效风量。轴流风机原有风道经改造和增设整流叶栅后，虽取得了较好效果，但在隧道的短路端仍 然有1.82m/ s的漏风风速，隧道内的有效风速从1.7m / s提高到3.23.5m/ s,仍达不到 设计的要求(4.5m/s)。为此，在隧道短路端洞口外安装了 10台SLFJ63型射流风机(备用 两台)，并相应增建了长16.2m的引风洞。测试结果表明，在隧道内有1.55m/s自然反风的 条件下，8台射流风机和2台轴流风机在隧道内形成的有效风速达到了 4.25m

60、/so经劳卫部 门测试，列车尾部出洞后，隧道内的有害气体浓度降至劳卫标淮所需的通风时间为 11.912.3min，达到了用射流“风幕”取代钢帘幕的通风效果和设计要求。6、地下铁道防排烟系统简介 近年来，我国的一些大城市相继投入巨资建设地下铁道城市客运交通系统。地下铁道的 地下工程空间封闭，一旦发生火灾，浓烟和热气很难自然排除，并会迅速蔓延充满整个地下 空间；同时地下铁道属人流密集场合，如果火灾不能得到有效控制，后果将不堪设想。因此， 切实有效的防排烟系统对减少火灾损失、保障入员生命安全、保证地下铁道安全运营，具有 权其重要的意义。地下铁道主要由车站和区间隧道组成，按同一时间内发生一次火灾考虑。

61、地下铁道火灾 事故通风系统可分为两大部分：车站火灾事故通风系统和区间隧道火灾事故通风系统。1 车站火灾事故通风系统 车站主要由站厅层及站台层组成，站厅（台）层又由站厅（台）层公共区及两端管理设备用 房组成。站厅（台）层公共区与两端管理设备用房之间采用防火墙（门）分隔，划分为不同的防 火分区。11 站厅（台）层公共区火灾事故通风系统地下铁道设计规范（GB 5015792）要求：地下铁道车站应采用防火分隔物划分防火 分区，除站厅层和站台层外，每个防火分区的最大允许使用面积不应超过1500m2 ；每个防 烟分区的建筑面积不宜超过750m2，且防烟分区不得跨越防火分区。可见，地铁设计规范对 站厅层和站台层防火分区的面积划分，