隧道工程-PPT課件

1、學習本章的目的：學習本章的目的：（1 1）掌握公路隧道內(nèi)的有害物質濃度定）掌握公路隧道內(nèi)的有害物質濃度定義和表示方法；義和表示方法；（2 2）了解需風量的計算方法；）了解需風量的計算方法；（3 3）掌握隧道通風方式及其如何選擇。）掌握隧道通風方式及其如何選擇。第1頁/共59頁第第8 8章章 隧道通風隧道通風8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 空氣中有害物質容許濃度空氣中有害物質容許濃度 8.3 8.3 需風量計算需風量計算 8.4 8.4 通風方式及其選擇通風方式及其選擇第2頁/共59頁8.1 8.1 概述概述 1 1、隧道內(nèi)污染的形成、隧道內(nèi)污染的形成 2 2、改善隧道內(nèi)污染的途徑、改善

2、隧道內(nèi)污染的途徑3 3、隧道通風設計要考慮的主要問題、隧道通風設計要考慮的主要問題第3頁/共59頁隧道運營中的通風智能控制隧道運營中的通風智能控制第4頁/共59頁1 1、隧道內(nèi)污染的形成、隧道內(nèi)污染的形成 施工期間：爆破、施工設備、瓦斯施工期間：爆破、施工設備、瓦斯 運營期間：汽車排放出的廢氣，運營期間：汽車排放出的廢氣，COCO和煙霧和煙霧 隧道內(nèi)突發(fā)事件的產(chǎn)生：火災、消隧道內(nèi)突發(fā)事件的產(chǎn)生：火災、消防、交通混亂防、交通混亂第5頁/共59頁2 2、改善隧道內(nèi)污染的途徑、改善隧道內(nèi)污染的途徑 消除污染源消除污染源-改造汽車改造汽車 使用濾毒濾煙設備，還原被污染空氣使用濾毒濾煙設備，還原被污染空

3、氣 將污染空氣稀釋到容許濃度值以下將污染空氣稀釋到容許濃度值以下 突發(fā)事件應急措施研究、隧道結構研突發(fā)事件應急措施研究、隧道結構研究、路面結構研究究、路面結構研究第6頁/共59頁3 3、隧道通風設計要考慮的主要問題、隧道通風設計要考慮的主要問題 空氣中有害物質的容許濃度：人的忍空氣中有害物質的容許濃度：人的忍受程度、行車安全視距受程度、行車安全視距 需風量計算問題：交通量和排放量需風量計算問題：交通量和排放量 自然通風的能力自然通風的能力 機械通風方式的討論機械通風方式的討論 通風方式及通風設備選擇：經(jīng)濟性和通風方式及通風設備選擇：經(jīng)濟性和耐久性耐久性第7頁/共59頁8.2 8.2 空氣中有害

4、物質容許濃度空氣中有害物質容許濃度 第8頁/共59頁1 1、確定隧道內(nèi)污染空氣中有害物的設計、確定隧道內(nèi)污染空氣中有害物的設計濃度需要研究的問題濃度需要研究的問題 對汽車排放對汽車排放COCO量的研究量的研究 對汽車排放煙霧量及透明度的研究對汽車排放煙霧量及透明度的研究 人在污染空氣中的適應能力人在污染空氣中的適應能力 分別研究分別研究COCO設計濃度和煙霧設計濃度設計濃度和煙霧設計濃度第9頁/共59頁2 2、COCO設計濃度設計濃度 有害氣體濃度的表示：單位體有害氣體濃度的表示：單位體積被污染空氣中含有害氣體體積積被污染空氣中含有害氣體體積被污染空氣有害氣體3361101mmppm第10頁/

5、共59頁 人體人體對各種濃對各種濃度有害氣度有害氣體的反映體的反映CO -H b%強 癥 狀重 癥中 等 癥 狀輕 度 癥 狀(h)坐 姿(h)行 走(h,min)勞 動2 5 0 p p m1 0 0 p p m致 死 限 界2 0 0 0 p p m5 0 0 p p m1 0 0 0 p p m3 0 0 0 p p m1 0 0 0 0 p p m第11頁/共59頁 CO CO設計濃度：與隧道長度和通風方式設計濃度：與隧道長度和通風方式有關有關CO設計濃度（設計濃度（ppm） 10003000隧道長度（隧道長度（m）縱向通風方式縱向通風方式300250全橫向和半橫向通全橫向和半橫向通風

6、方式風方式250200人車混合通行隧道人車混合通行隧道150100第12頁/共59頁3 3、煙霧設計濃度、煙霧設計濃度 煙霧濃度定義：煙霧濃度定義：通過測定光線在煙霧中的透過率通過測定光線在煙霧中的透過率來表示來表示透過率是光線在污染空氣中的透過量與在潔凈空氣中的透過量之比 0EE式中：式中： 分別為同一光源的光通過污染空分別為同一光源的光通過污染空氣和潔凈空氣后的照度氣和潔凈空氣后的照度。則煙霧濃度則煙霧濃度K K為：為：0,EE第13頁/共59頁lg1lK式中：式中： 是光源光穿過是光源光穿過lmlm厚的容許透光率，在隧道通厚的容許透光率，在隧道通風與照明中，取風與照明中，取l l100m

7、100m，故其容許濃度，故其容許濃度 lg1001K煙霧濃度煙霧濃度K K為為第14頁/共59頁 司機對煙霧濃度舒適度的評價司機對煙霧濃度舒適度的評價當煙霧濃度，透過率（當煙霧濃度，透過率（l l 100m100m）和車速不同，）和車速不同，對舒適程度的不同，下表是行車速度為對舒適程度的不同，下表是行車速度為40km/h40km/h時，司機對舒適水平的主觀評價時，司機對舒適水平的主觀評價司機對司機對對煙霧濃度的舒適度評價對煙霧濃度的舒適度評價 第15頁/共59頁 煙霧設計濃度：與煙霧設計濃度：與光源和車速光源和車速有關有關 當煙霧濃度達到當煙霧濃度達到0.012 1/m0.012 1/m時，應

8、時，應考慮采取交通管制等措施；考慮采取交通管制等措施； 隧道內(nèi)進行養(yǎng)護維修時，煙霧濃度隧道內(nèi)進行養(yǎng)護維修時，煙霧濃度不大于不大于0.0035 1/m 0.0035 1/m 第16頁/共59頁4 4、其他有害物質、其他有害物質 氮氧化物氮氧化物：柴油機主要排放的有害物質，據(jù)調查，：柴油機主要排放的有害物質，據(jù)調查，平均濃度為平均濃度為20mg/m20mg/m3 3( (接觸接觸4545分鐘分鐘) )，只有少數(shù)人出現(xiàn)不，只有少數(shù)人出現(xiàn)不適感，當平均濃度為適感，當平均濃度為55mg/m55mg/m3 3，全部人員有不適感；，全部人員有不適感； 丙烯醛丙烯醛：是一種無色揮發(fā)性液體，對眼睛和呼吸道：是一

9、種無色揮發(fā)性液體，對眼睛和呼吸道粘膜有劇烈刺激作用，如流淚等；粘膜有劇烈刺激作用，如流淚等； 二氧化硫二氧化硫：為具有強烈幸辣刺激性氣味的氣體，進：為具有強烈幸辣刺激性氣味的氣體，進入呼吸道后形成硫酸和亞硫酸，引起各種炎癥。入呼吸道后形成硫酸和亞硫酸，引起各種炎癥。 這些有害物質的含量與這些有害物質的含量與COCO和煙霧含量相比較小和煙霧含量相比較小 第17頁/共59頁8.3 8.3 需風量計算需風量計算 1 1、按稀釋、按稀釋COCO濃度計算新風量濃度計算新風量 2 2、按稀釋煙霧濃度計算新風量、按稀釋煙霧濃度計算新風量3 3、需風量的取值、需風量的取值第18頁/共59頁1 1、按稀釋、按稀

10、釋COCO濃度計算新風量濃度計算新風量 計算方法計算方法 通風設計中，車輛有害氣體排放量通風設計中，車輛有害氣體排放量及與之對應的交通量都及與之對應的交通量都應有明確的遠景設應有明確的遠景設計年限計年限，兩者應相匹配；，兩者應相匹配； 第19頁/共59頁1 1、按稀釋、按稀釋COCO濃度計算新風量濃度計算新風量 確定新風量時，應對計算行車速度以下確定新風量時，應對計算行車速度以下的各工況車速按的各工況車速按20km/h20km/h為一檔分別進行為一檔分別進行計算，并考慮交通阻滯狀態(tài)計算，并考慮交通阻滯狀態(tài)取其較大者取其較大者作作為設計需風量；為設計需風量； 第20頁/共59頁1 1、按稀釋、按

11、稀釋COCO濃度計算新風量濃度計算新風量 在雙向交通隧道中，在雙向交通隧道中，上坡上坡較長方向的較長方向的交通量按設計交通量的交通量按設計交通量的60%60%進行計算；進行計算； 首先計算汽車首先計算汽車排放量排放量，然后計算稀釋，然后計算稀釋到容許濃度到容許濃度所需新風量所需新風量。 第21頁/共59頁 計算公式計算公式 COCO的排放量計算的排放量計算 nmmmivhdaCOCOfNLffffqQ16)(106 . 31第22頁/共59頁其中：其中： 是隧道全長是隧道全長COCO排放量；排放量； 是是COCO基準排放量輛基準排放量輛km)km)，可取，可取0.010.01； 為考慮為考慮C

12、OCO的車況系數(shù)，對高速公路、一級公路取的車況系數(shù)，對高速公路、一級公路取1.01.0，對二、三、四級公路取對二、三、四級公路取1.11.21.11.2； 是車密度系數(shù)，與車速有關，按表是車密度系數(shù)，與車速有關，按表8.68.6取值；取值； 是考慮是考慮COCO的海拔高度系數(shù)，按圖的海拔高度系數(shù)，按圖8.3.18.3.1取值；取值； 為相應車型的設計交通量（輛為相應車型的設計交通量（輛/h/h）；）； 為考慮為考慮COCO的車型系數(shù)，按表的車型系數(shù)，按表8-78-7取值；取值； 為考慮為考慮COCO的縱坡的縱坡- -車速系數(shù)，按表車速系數(shù)，按表8.88.8取值；取值； 為車型類別數(shù)。為車型類別

13、數(shù)。 L L 為隧道長度，為隧道長度，mmCOQCOqafdfhfmNmfivfn第23頁/共59頁 稀釋稀釋COCO到容許濃度的到容許濃度的新風量計算新風量計算 600)(10TTppQQCOCOreq第24頁/共59頁600)(10TTppQQCOCOreq式中：式中： 為隧道全長稀釋為隧道全長稀釋COCO的需風量的需風量 ； 標準大氣壓標準大氣壓 ，取，取101.325 101.325 ； 是隧址設計氣壓是隧址設計氣壓 ； 是標準氣溫是標準氣溫K K，取，取273273； 為隧道夏季的設計氣溫為隧道夏季的設計氣溫K K。 是是COCO設計濃度。設計濃度。 )(COreqQ)/(3sm0p

14、)/(2mkN)/(2mkN0Tp)/(2mkNT第25頁/共59頁2 2、按稀釋煙霧濃度計算新風量、按稀釋煙霧濃度計算新風量 煙霧排放量是以煙霧排放量是以柴油車柴油車作為計算依據(jù)，作為計算依據(jù)，當交通流組成當交通流組成柴油車比例大到某一限度柴油車比例大到某一限度以以后，煙霧危害超過后，煙霧危害超過COCO危害，因此，根據(jù)危害，因此，根據(jù)煙霧排放量計算所需通風量成為重要問題。煙霧排放量計算所需通風量成為重要問題。 第26頁/共59頁 煙霧排放量計算煙霧排放量計算DnmVImmVIIVVIhdVIaVIVIfNffffqQ1)()()()(6)(106 . 31第27頁/共59頁DnmVImmV

15、IIVVIhdVIaVIVIfNffffqQ1)()()()(6)(106 . 31其中：其中： 是隧道全長煙霧排放量（是隧道全長煙霧排放量（ ）；）； 為煙霧基準排放量為煙霧基準排放量 輛輛km)km)，可取，可取2.5 2.5 輛輛km)km)； 含義是每輛中型貨車行含義是每輛中型貨車行1km1km排放濃度為排放濃度為1m1m-1-1的煙霧的煙霧2.5m2.5m3 3 為考慮煙霧的車況系數(shù)，對高速公路、一級公路取為考慮煙霧的車況系數(shù)，對高速公路、一級公路取1.01.0，對二、三、四級公路取對二、三、四級公路取1.21.51.21.5； 是考慮煙霧的海拔高度系數(shù)，按圖是考慮煙霧的海拔高度系數(shù)

16、，按圖8.3.28.3.2取值；取值； 為考慮煙霧的縱坡為考慮煙霧的縱坡- -車速系數(shù)，按表車速系數(shù)，按表8.3.48.3.4取值；取值； 是考慮煙霧的車型系數(shù)，按表是考慮煙霧的車型系數(shù)，按表8.3.58.3.5取值；取值； 是柴油車車型類別系數(shù)；是柴油車車型類別系數(shù)；VIQVIq)(VIaf)(VIhf)(VIIVf)(VImfDn/(3m/(3m)/(3sm第28頁/共59頁 稀釋煙霧到容許濃度所需的新風量計算稀釋煙霧到容許濃度所需的新風量計算所需新鮮風量按下式計算所需新鮮風量按下式計算 KQQVIVIreq)( 為隧道全長稀釋煙霧的需風量為隧道全長稀釋煙霧的需風量（ ）；）； 為煙霧設計

17、濃度（為煙霧設計濃度（ ）)(VIreqQKsm /31m第29頁/共59頁3 3 需風量的取值需風量的取值VIreqCOreqreqQQQ,max第30頁/共59頁8.4 8.4 通風方式及其選擇通風方式及其選擇 第31頁/共59頁1 1、概述、概述 通風方式通風方式 通風通風方式方式車道空間的空氣流動自然通風自然通風自然風自然風機械通風機械通風交通風交通風(活塞風活塞風)一般不穩(wěn)定一般不穩(wěn)定交通量有關交通量有關(車速等車速等)縱向通風縱向通風橫向通風橫向通風半橫向通風半橫向通風組合通風組合通風第32頁/共59頁 如何選擇通風方式如何選擇通風方式 確定所需風量確定所需風量 考慮自然通風是否滿

18、足考慮自然通風是否滿足 選擇通風方式選擇通風方式 第33頁/共59頁 通風方式選擇與多種因素有關通風方式選擇與多種因素有關 隧道類型：隧道類型：山嶺隧道、城市隧道、水底山嶺隧道、城市隧道、水底隧道隧道 交通量交通量：近期、遠期、某年限的交通量：近期、遠期、某年限的交通量 經(jīng)濟問題經(jīng)濟問題：工程費、維修費和養(yǎng)護費：工程費、維修費和養(yǎng)護費 地質、氣候和周圍環(huán)境的影響地質、氣候和周圍環(huán)境的影響：大斷面：大斷面開挖的可行性開挖的可行性 第34頁/共59頁2 2、自然通風、自然通風 自然風的變化是復雜而不穩(wěn)定的，用自然風的變化是復雜而不穩(wěn)定的，用它來作為通風計算的依據(jù)，其它來作為通風計算的依據(jù)，其可靠性

19、自可靠性自然很差然很差。但是作為機械通風時的輔助作。但是作為機械通風時的輔助作用，用，卻不應忽視卻不應忽視，至少可以調節(jié)通風機，至少可以調節(jié)通風機的轉數(shù)，有利于節(jié)能。的轉數(shù)，有利于節(jié)能。第35頁/共59頁2 2、自然通風、自然通風 自然風壓阻力自然風壓阻力 22)1 (nrremvDLp 是自然風阻力（是自然風阻力（ ）；）； 為隧道入口損失系數(shù)，可取為隧道入口損失系數(shù)，可取0.60.6； 是隧道壁面摩阻損失系數(shù)；是隧道壁面摩阻損失系數(shù)；0.020.02 L L 是隧道長度；是隧道長度； 是自然風作用引起的洞內(nèi)風速（是自然風作用引起的洞內(nèi)風速（ ），可取），可取2323； 為空氣密度（為空氣密

20、度（ ），可?。扇?.21.2； 為隧道斷面當量直徑，為隧道斷面當量直徑， 為隧道凈空斷面積，為隧道凈空斷面積， 為隧道斷面周長。為隧道斷面周長。 mpernvrrrCAD42/mNsm/3/mkgrArC第36頁/共59頁 交通風壓阻力交通風壓阻力 交通風力可按下式計算：交通風力可按下式計算： 2)(2)()(2)(2rtrmrtrmtvvnAAvvnAAp其中： 是交通通風力； 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)； 是隧道設計風速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）。tpnrvnrvrv)(tvrv)(tvr

21、vmA第37頁/共59頁 通風阻抗力通風阻抗力22)1 (rrrervDLp式中： （ ）。 是隧道設計風速 ms； 是通風阻抗力rp2/mNrv第38頁/共59頁 隧道內(nèi)壓力平衡條件隧道內(nèi)壓力平衡條件 jtmrpppp為射流風機群總升壓力（為射流風機群總升壓力（N/m2N/m2） jp第39頁/共59頁 射流風機所需臺數(shù)計算射流風機所需臺數(shù)計算在滿足隧道設計風速條件下，射流風機臺在滿足隧道設計風速條件下，射流風機臺數(shù)為：數(shù)為： jtmrppppi 為每臺射流風機升壓力：為每臺射流風機升壓力： 是射流風機出口面積；是射流風機出口面積； 是射流風機出口速度；是射流風機出口速度； 射流風機位射流風

22、機位置摩阻損失折減系數(shù)；置摩阻損失折減系數(shù)； jp)1 (2jrrjjjvvAAvpjAjv第40頁/共59頁3 3、是否設置通風機的經(jīng)驗判定、是否設置通風機的經(jīng)驗判定 雙向交通隧道雙向交通隧道 5106LN（雙向交通）（雙向交通） 單向交通隧道單向交通隧道 51020LN（單向交通）（單向交通） 式中：式中：L L為隧道長度（為隧道長度（m m）；）；N N為設計交通量為設計交通量（輛（輛/h/h） 第41頁/共59頁4 4、縱向通風、縱向通風 縱向式通風縱向式通風是從一個洞口直接引是從一個洞口直接引進新鮮空氣，由另一洞口把污染空進新鮮空氣，由另一洞口把污染空氣排出的方式，與自然通風的原理氣

23、排出的方式，與自然通風的原理是相同的是相同的 第42頁/共59頁4 4、縱向通風、縱向通風 射流式通風射流式通風：在車道空間上方吊設射：在車道空間上方吊設射流風機，用以升壓流風機，用以升壓 對于雙向交通，適用于對于雙向交通，適用于1000m1000m以下的以下的隧道；隧道； 對于單向交通，可達對于單向交通，可達3000m3000m。第43頁/共59頁 優(yōu)點：設備費少、經(jīng)濟；優(yōu)點：設備費少、經(jīng)濟； 缺點：噪音大缺點：噪音大 第44頁/共59頁 有豎井的縱向式通風：有豎井的縱向式通風： 縱向式通風是最簡單的通風方式，它以自然縱向式通風是最簡單的通風方式，它以自然通風為主，通風為主，不滿足需要時，用

24、機械通風加以補不滿足需要時，用機械通風加以補充，是經(jīng)濟合理的充，是經(jīng)濟合理的。但是，通風所需動力與隧。但是，通風所需動力與隧道長度的立方成正比。如果在隧道中間設置豎道長度的立方成正比。如果在隧道中間設置豎井就可以克服這個缺點。井就可以克服這個缺點。常常用豎井對長隧道常常用豎井對長隧道進行分段進行分段。 雙向交通，適用于雙向交通，適用于3000m3000m以上的隧道；以上的隧道； 單向交通，適用于單向交通，適用于5000m5000m以上的隧道；以上的隧道；第45頁/共59頁5 5、橫向通風、橫向通風 半橫向通風半橫向通風( (送風式半橫向、排風式半送風式半橫向、排風式半橫向橫向) ) 送風式半橫

25、向通風送風式半橫向通風是半橫向通風的標是半橫向通風的標準型式，新鮮空氣經(jīng)送風管直接吹向汽車準型式，新鮮空氣經(jīng)送風管直接吹向汽車的排氣孔高度附近，對排氣直接稀釋，這的排氣孔高度附近，對排氣直接稀釋，這對后續(xù)車很有利。污染空氣是在隧道上部對后續(xù)車很有利。污染空氣是在隧道上部擴散，經(jīng)過兩端洞門排出洞外。擴散，經(jīng)過兩端洞門排出洞外。第46頁/共59頁 全橫向通風全橫向通風 這種通風方式這種通風方式同時設置送風管道和同時設置送風管道和排風管道排風管道，隧道內(nèi)基本上不產(chǎn)生沿縱，隧道內(nèi)基本上不產(chǎn)生沿縱向流動的風，只有橫方向的風流動。向流動的風，只有橫方向的風流動。第47頁/共59頁 混合式通風混合式通風 混

26、合式通風沒有固定的格局混合式通風沒有固定的格局，它是根，它是根據(jù)某些特殊的需要，由上述幾種基本通據(jù)某些特殊的需要，由上述幾種基本通風型式組合而成的。其組合方式有許多風型式組合而成的。其組合方式有許多種，但應符合經(jīng)濟實用原則。種，但應符合經(jīng)濟實用原則。 第48頁/共59頁隧道類型隧道類型通風方式通風方式隧道長度隧道長度 m m 單向行單向行車隧道車隧道縱向通風方式縱向通風方式射流風機式射流風機式集中送排風式集中送排風式500200050020002000400020004000半橫向通風方式半橫向通風方式1500300015003000橫向通風方式橫向通風方式2000400020004000 雙

27、向行雙向行車隧道車隧道縱向通風方式縱向通風方式射流風機式射流風機式集中送排風式集中送排風式5001000500100050020005002000半橫向通風方式半橫向通風方式1000300010003000橫向通風方式橫向通風方式2000400020004000各通風方式的適用長度各通風方式的適用長度 第49頁/共59頁6 6、通風方式選擇、通風方式選擇 影響通風方式選擇的因素影響通風方式選擇的因素 隧道長度隧道長度：是影響隧道通風方式選擇：是影響隧道通風方式選擇的最主要的因素的最主要的因素 。隧道越長，對隧道通。隧道越長，對隧道通風的安全性和可靠性要求越高風的安全性和可靠性要求越高 第50頁

28、/共59頁 隧道交通條件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一般單向行車的隧道采用縱向和半橫向通風較好，能利用自然風和活塞風；向通風較好，能利用自然風和活塞風； 交通量大的隧道一方面有害氣體排放交通量大的隧道一方面有害氣體排放量大，另一方面安全要求高，應選用橫向量大，另一方面安全要求高，應選用橫向通風或半橫向通風方式。通風或半橫向通風方式。第51頁/共59頁 隧道所處地層的地質條件隧道所處地層的地質條件 隧道所處地層的地質條件好，隧道施隧道所處地層的地質條件好，隧道施工比較容易，費用低，這時選用橫向通風工比較容易，費用低，這時選用橫向通風方式；如果圍巖條件差，則可能由于隧道方式；如果圍巖條件差，則可能由于隧道施工困難，以及施工費用高而影響到橫向施工困難，以及施工費用高而影響到橫向通風的使用。通風的使用。 隧道所處地區(qū)的地形和氣象條件隧道所處地區(qū)的地形和氣象條件 第52頁/共59頁 通風方式選擇的原則通風方式選擇的原則 合理通風方式是安全可靠性高，建設合理通風方式是安全可靠性高，建設安裝方便，投資小，隧道內(nèi)環(huán)境好，對災安裝方便，投資小，隧道內(nèi)環(huán)境好，對災害的適應能力