隧道工程运营通风实用教案

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1、4.1 概述(i sh) 1、运营通风的必要性 汽车所排的的尾气中含有多种有毒有害成分，如 CO、煤烟、Al、S、磷化物等，车辆携带及卷起的尘土，均构成对隧道的污染。 由于隧道为封闭空间，只有进出口与外部大气相通，污染物不能很快地扩散，如果不采取通风措施，隧道内的污染空气的浓度就会逐渐增大，对人体产生毒害甚至危及生命。此外，隧道内烟雾及尘土量达到一定的程度，会使能见度降低，从而影响隧道内的行车安全。2、改善隧道空气质量的三种方法生产无公害汽车；（目前(mqin)还是有待解决的课题）使用滤毒装置还原被污染的空气，将有害物稀释到容许值以下；（目前(mqin)在经济上还未达到实用化水平）从洞外引进新

2、鲜空气，冲淡隧道内的有害物质的浓度，使空气质量满足卫生标准及能见度要求。（这是目前(mqin)常用的方法）第1页/共32页第一页，共32页。3、通风设计中应该考虑的主要问题空气中有害物质的容许浓度;新风量的确定；判断(pndun)自然通风的能力；机械通风方式的讨论；通风设备的选择。第2页/共32页第二页，共32页。4.2 空气中有害物质的容许(rngx)浓度一、CO的容许浓度 CO无色无味，人的感觉器官不能分辨，非常危险。 研究表明，健康(jinkng)成年人受CO的影响程度与CO的浓度、活动状态（如静坐、步行等）、吸入时间有关。 在通风设计中，根据美国矿山局的研究结果，将CO的容许浓度给定为

3、 400 ppm。（ppm 是 1/1000,000的意思，即以 1 m3 的空气中存在的 CO 的 cm3 数来表示）。 隧道内污染空气中，除了CO ，还有其他有害物质，但在稀释 CO 的同时，其他有害物质的浓度也相应地下降了。而对于 CO 浓度的测定要比对其它有害物的测定更容易些，因而将 CO 浓度作为隧道内污染空气的代表，其容许浓度用 co 表示。该值的确定主要从司机的健康(jinkng)安全和舒适性两方面考虑。 第3页/共32页第三页，共32页。 1971年国际(guj)道路协会（PIARC）推荐的 co 如下： 城市道路： 正常状态 co 取 70 100 ppm 阻塞状态 co 取

4、 250 ppm （15 min） 山岭隧道： 正常状态 co 取 150 ppm 阻塞状态 co 取 250 ppm （15 min）第4页/共32页第四页，共32页。二、烟雾(ynw)的容许浓度 为了保证停车视距及行车舒适性，必须将烟雾(ynw)浓度控制在容许的标准之下。 烟雾(ynw)浓度的表示不是采用通常的重量浓度和体积浓度表示法，而是用光的透过率（）来表示。 透过率（）是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过率之比。用下式表示： 式中： 、 分别为同一光源通过污染空气和洁 净空气后的照度。 0EEE0E第5页/共32页第五页，共32页。 透过率（ ）随光源与受光部之间的距离 而

5、改变，还因烟雾浓度 不同而不同。 烟雾浓度 为 1 的定义： 光源光通过单位距离 （ 1 米）后受光部所接收到的光通量减至光源光通量的 1/10 时，定义烟雾浓度为 1 。（其余的光均被烟雾吸收和散射了） 假定烟雾浓度为 1 ，则经过(jnggu) 1 m 时光通量减至 , 经过(jnggu) 2 m时光通量减至 ，经过(jnggu) m 时光通量减至 。如浓度为 2 时，则在 1 m 处光通量减至 ，浓度为 时，则在 m处光通量减至 。 lk111 02110l110l2111 0kl11 0kl第6页/共32页第六页，共32页。 即光源光穿过厚为 m，烟雾浓度为 的污染空气后，通过率 为：

6、 上式还可表示为： 式中 烟雾浓度 （m-1） 烟雾层厚度 （m） 光源光穿过 m后的容许透光率。在隧道通风(tng fng)与照明 中，取 =100 m，故烟雾容许浓度为：110k l1lgkl 1lg100k lkkll(4-3)(%)(m-1)(m-1)（4-4）（4-2）第7页/共32页第七页，共32页。 世界各国规定的隧道烟雾浓度的容许值 为： 法国 510-3 （m-1） 日本 （7.5 9）10-3 （m-1） 英国(yn u) 10 10-3 （m-1） 光的透过率还与隧道的路面照度有关，可通过乘以相应的修正系数予以修正。其修正值见书上 P 47 表 4-3 。 k第8页/共3

7、2页第八页，共32页。4.3 新风量计算(j sun) 新风量即指隧道运营时所需的通风量。计算新风量时，应当考虑通过隧道的交通量和交通流的组成。一、交通量和交通流组成1、交通量 国际上通用的交通量取值法，是 PIARC (国际道路协会）推荐的第 30 h 交通量。即统计全年 365 天，每天 24 h，共有8760 h的交通量，采用第 30 h 交通量作为通风量计算的依据。 第 30 h 交通量是个经验( jngyn)数据，全年8760个小时的交通量中仅有 29 个超过此值。第9页/共32页第九页，共32页。2、交通流组成 组成交通流车辆(chling)的划分： 第10页/共32页第十页，共3

8、2页。 从通风的角度，应主要看交通流中的汽油车及柴油车所占比例。 交通流中的车辆以汽油车为主，就以汽车排出的 CO的排放量作为计算新风量的依据。 交通流中的车辆以柴油车为主，就以柴油车所排放的烟雾(ynw)浓度作为通风量的计算依据。 另外，小汽车和摩托车的 CO 排放量与大型车不同，应进行相应的折减。通常把摩托车换算为 0.5 辆小轿车。而小汽车与大型车的 CO 排放量按照不同的标准计算。 第11页/共32页第十一页，共32页。二、按稀释 CO 计算新风量1、在标准状态下的 CO 产生量 标准状态：是指海拔高度在 400 m 以下的水平(shupng)路段上，小汽车以 4060 km/h、大型

9、车以 4050 km/h 的速度行驶的状态。 随着海拔的增高，空气会更稀薄，温度和气压会逐渐降低，直接影响 CO 的产生量。因此应根据海拔高度按海拔标高修正系数 对CO的量进行修正。 也可按 P50 图4-4取值。 CO的产生量还随坡度的增加而增加，大型车所受坡度的影响比小汽车更大，应根据坡度修正系数对CO 的量进行修正。其修正系数见（P 49 图4-2、图4-3）。(400)1 0.91600hHf hf 海拔(hib)标高（m）Hhf第12页/共32页第十二页，共32页。 标准状态下 CO 产生量： 式中： 汽油车的交通量（辆/h）； 车辆重量（t/辆）； CO 的基本产生量，即在海拔 4

10、00 m 以下(yxi)，小汽车以 4060 km/h，大型车以 5060 km/h的速度行驶时，每 tkm的CO 的产生量，记作 Nm3/tkm， 小汽车 =0.012 (Nm3/tkm)； 大汽车 =0.017 (Nm3/tkm)； 海拔标高修正系数； 坡度修正系数； 储备系数 1.1。00COCOhfrQM G qfffMG0COqhfffrf(Nm/tkm) (4-5)第13页/共32页第十三页，共32页。 为了方便，可以利用 P50 表4-5进行( jnxng) 值的计算。2、标准状态下所需新风量： 式中： CO 容许浓度(ppm）。 3、按气体状态方程换算后，实际所需新风量： 式中

11、： 隧道所在地气压(mmHg) 隧道所在地区夏季室外通风设计绝对温度（K）。0COq60010COFCOQQCO0760273FFTQQBBT（Nm3/kmh） (4-6)（m3/kmh 或 m3/ms） (4-7)第14页/共32页第十四页，共32页。 4、隧道所需通风量： 式中： 隧道长度 （km）。 三、按稀释烟雾浓度计算新风量 当交通流组成柴油车的比例(bl)大到某一限度后，烟雾危害会超过CO危害，就需要按稀释烟雾浓度计算新风量。 （具体计算过程请参考 P 51。）FQQLL（m3/h） （4-8）第15页/共32页第十五页，共32页。4.4 通风方式(fngsh)的选择一、综述 通风

12、方式选择应考虑的因素： 主要因素为隧道长度(chngd)及交通条件；其次为气象、环境、地形、地质条件等。通风方式分类： 第16页/共32页第十六页，共32页。各种通风方式的适用情况： 水底隧道通风要求高，一般采用可靠性高的全横向式通风方式，隧道断面宜采用圆形断面。车道板以下空间送风，顶棚以上空间排风。 城市隧道交通量大，交通流量不稳定(wndng)，可采用不受交通状况影响的全横向式通风及半横向式通风方式。若在隧道内设置人行道及自行车道，则全横向式通风最为理想。 山岭隧道，从经济上考虑，大多采用半横向式通风和纵向式通风方式。 若地质条件良好，可以开挖大断面隧道，就可以选择全横向式或半横向式通风。

13、 若能获得全年稳定(wndng)的自然风，则选择自然通风的方式最为经济。 第17页/共32页第十七页，共32页。 纵向式通风及半横向式通风会引起沿隧道纵向风速过大，对车辆及人行有影响，因此，应对风速进行限制。 国际道路协会（PIARC）推荐(tujin)的风速为 8 m/s，日本规定风速应控制在 12 m/s 以下。 单向交通时，车流会有活塞作用，引起活塞风，也称交通风（例如车速为 5060 km/h时，可引起 6 m/s 的活塞风），这时以纵向通风方式为宜。但交通量大时，会影响活塞所用，宜改用全横向式或半横向式通风方式。 对象交通的隧道没有活塞作用。 应根据隧道的具体情况选择通风方式。 选择

14、通风方式，首先要确定隧道所需的通风量，然后分析及讨论自然风及活塞风能否满足通风需要，否则，则应采用机械通风。第18页/共32页第十八页，共32页。二、自然通风 是否选择自然通风，主要看隧道长度及交通量大小。可由下列经验公式作为划分自然通风与机械( jxi)通风的限界： 式中： 隧道长度 （km) 设计交通量 （辆/h，以小轿车为准） （我国道路设计规范规定 以卡车计） 选择自然风，也可由书上 P53 图 4-6 自然通风限界来确定。该图是根据一些有名隧道的统计数据绘制而成，交通流量以小轿车计） 上述限界是指交通正常的情况。若隧道有可能发生交通堵塞，则应考虑射流式通风方式。 对于单向交通的隧道，

15、如果自然风是从隧道出口吹进隧道，必然会削减交通风速。为了克服这种影响，可在出口附近设置洞口通风门，将逆风截流。见 P 54 图4-7。 600L NLNN第19页/共32页第十九页，共32页。三、 交通(jiotng)风压头计算： 交通风（活塞风）在单向交通情况下，有可能进行足够能力通风，可按下式计算交通风压头 ： 式中: 汽车正投影面积（m2）; 汽车的隧道内阻系数(xsh)。 式中 为反映汽车阻力的量，用 表示，称为汽车的等效阻力面积。 随大型车混入率不同而不同，其关系见 P 54 图 4-8，计算交通风压头时可参考。 22()()22ccccttrtrrrAAPnVVnVVAAcAccc

16、AmA（Pa）mA第20页/共32页第二十页，共32页。四、纵向(zn xin)式通风 纵向式通风：从一个洞口由通风机直接引进新鲜空气，由另一个洞口把污染空气排出的方式。（即在通风机作用下，风流沿着隧道(sudo)轴线方向流动，风流方向与自然通风的方向相同） 这种通风方式在隧道(sudo)纵向的风速有入口至出口都是匀速的，但空气的污染浓度由入口至出口方向呈直线增加。 在没有自然风和交通风的前提下，为了使隧道(sudo)产生风速为 的空气流动，需进行机械通风，其所需风压按下式计算： 式中： 机械通风所需风压（Pa）; 隧道(sudo)长度（m）; 入口损失系数（ 0.6）; 隧道(sudo)当量

17、直径（68）; 隧道(sudo)墙面摩阻损失系数（0.24）; 隧道(sudo)内平均风速（m/s）; 空气密度（=0.1224 kg .s2/m4）。 2(1)2rLHVDHLDrV第21页/共32页第二十一页，共32页。 纵向式通风方式主要有射流式、集中排气式（竖井排风(pi fn)式）两种。1、 射流式通风 这种通风是在隧道上方吊设射流式通风机，用以升压，进行通风的方式。见 图 4-9（P 55） 根据需要，沿隧道纵向以适当间隔吊设数组射流式风机，每组为 1 至数个射流式风机。 每台射流式风机产生的升压值 可由下式计算： 式中 射流通风机吹出的风速（m/s）; 断面积比 射流机吹出口断面

18、积 车道空间断面积 流速比 隧道内风速 射流机吹出口风速22(1)2jjPVjPjVjrAArjVVjArAjVrV（Pa）第22页/共32页第二十二页，共32页。 由隧道所需风压 及每台射流机产生的升压值 ，即可求出隧道所需射流通风机的台数。 对向交通时，由于上、下行交通量变化而改变风向，应考虑 1.2 的备用系数，计算值四舍五入。单向交通不用考虑备用系数。 射流式风机安装位置：应安装在行车限界以外。若隧道为拱形顶棚，可吊设在拱脚至拱顶任何位置; 若为平顶顶棚，应装在墙顶角部。 安装间隔：最外面一台距洞口 100 m，内部间隔 70 m左右，至少 4050 m。 射流式风机的适用情况(qng

19、kung)： 对向交通时，适用于 1000 m 以下隧道; 单向交通时，可适用于 2000m 左右的隧道 射流式风机的优缺点：通风设备费少，但风机噪音大。 HjP第23页/共32页第二十三页，共32页。2、 有竖井的纵向式通风（竖井排风式） 纵向式通风以自然通风为主，不足时，用机械通风补充，但通风所需动力与隧道长度的立方成正比。所以(suy)采用机械通风时，隧道越长就越不经济。 如果在隧道中间设置竖井，就可以克服这一缺点。因此，纵向式通风常用竖井对长隧道进行分段。 对向交通的隧道，竖井位置宜设在隧道中间;单向交通时，竖井应设在靠近出口侧。见图 4-11 （P 56） 竖井排风式通风的适用情况：

20、 对向交通时，适用于 3000 m 以下的隧道； 单向交通时，适用于 1500 m 以下的隧道。 第24页/共32页第二十四页，共32页。五、半横向(hn xin)式通风 半横向(hn xin)式通风的标准型式为送风式半横向(hn xin)通风。即新鲜空气净送风管直接吹向汽车的排气孔高度附近，对污染风进行稀释。污染空气在隧道上方扩散（横向(hn xin)扩散），经过隧道两端洞门排出。 对向交通时，两洞口送入等量的空气，因此，在隧道中点，空气为静止的，风速为零，这一点称中性点。送风式半横向(hn xin)通风时，隧道内各处空气的污染浓度相等。 单向交通时，送风式的中性点多半至入口之外，排风式的中

21、性点，则靠近出口。见图4-12 （P57） 半横向(hn xin)式通风适用于 3000 m 以下的隧道。第25页/共32页第二十五页，共32页。六、全横向(hn xin)式通风 纵向(zn xin)式及半横向式通风均有纵向(zn xin)风速较大的特点，火灾时，对隧道下风侧不利。 因此，在长大隧道（2 km以上）、重要隧道、水底隧道中，为避免过大的纵向(zn xin)风速，应采用全横向式通风。 全横向式通风，即在隧道内，同时设置送风管道和排风管道，因而隧道内基本不产生沿纵向(zn xin)流动的风，只有横向风流动，即风流方向与隧道轴线方向垂直。见图4-13（P57） 对向交通采用这种通风方式

22、时，车道的纵向(zn xin)风速基本为零，污染浓度沿隧道分布均匀。 第26页/共32页第二十六页，共32页。 单向交通时，因为交通风的影响，在纵向会有一定风速，污染浓度由入口至出口呈逐渐增加的趋势，一部分污染空气能直接由隧道出口排出。但通常可以认为送风量与排风量相等，因而将送风管道及排风管道的断面积设计成同样大小。 全横向(hn xin)式通风有送风系统及排风系统两套系统。送风系统是由送风塔吸入新鲜空气，经通风机升压后，将空气送入隧道的送风管道，再经送风孔送入车道空间。排风系统是将车道的污染空气经排风孔、排风管道、连接管道由通风机加负压经排风塔排出。 由于有两套系统，因而全横向(hn xin

23、)式通风方式的造价很高。七、混合式通风 由上述几种基本通风型式组合而成，即称混合式通风。 第27页/共32页第二十七页，共32页。4.5 通风机的选择(xunz)一、通风机类型 轴流式通风机较为(jio wi)常用。 第28页/共32页第二十八页，共32页。二、通风机台数 正确选定通风机台数，可以提高通风的可靠性。如果仅选用一台通风机，若发生故障，就完全丧失了通风能力。 一般情况下，一个通风系统应由 23台通风机并联运转(ynzhun)。重要隧道，有时需要设置两个通风系统，并需要适当的转换装置。三、通风机的选择 通风机的生产已系列化。选择通风机时，可通过已知风量 及风压 ，可由图4-15 (P

24、60）查出轴流式通风机的转数、电动机功率及口径等概略数据。从而可选出对应的通风机型号。 QH第29页/共32页第二十九页，共32页。 通风机所需的轴功率用下式计算(j sun)： 式中 所需风量（m3/s） 全风压 （Pa） 通风机效率（约 80%） 102Q HNQH第30页/共32页第三十页，共32页。四、通风机运转等级 隧道内的交通量是变化的，所需的通风量也需改变。交通量少时，按设计时考虑的交通量全负荷运转不经济。 一般的做法是将通风量区分为 24 级，这样，就可根据需要调整通风量，但所分档次不宜太多，否则，频繁调档易引起故障。 有一种通风机，可以利用叶片角度的调整来调整风量。五、通风用附属设施 除通风机外，还应有电动机、供电变电设备、转换风路的风门、CO检测计、烟雾透过率计、火灾报警器以及紧急电话等附属设施。 通风系统的电源应有两套独立的供电系统，并能自动(zdng)进行转换。 第31页/共32页第三十一页，共32页。感谢您的观看(gunkn)！第32页/共32页第三十二页，共32页。