公路隧道通風(fēng)

公路隧道通風(fēng)羅崇來(lái)

一、概述

二、隧道內(nèi)污染物的形成

三、隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)

四、通風(fēng)量的計(jì)算

五、通風(fēng)方式的選擇一、概述

公路毫無(wú)疑問(wèn)依然是現(xiàn)在交通的主力軍，承擔(dān)著旅客出行、貨物運(yùn)輸?shù)却罅拷煌ㄈ蝿?wù)，因此其安全性貫穿始終，迫于地形、地質(zhì)等因素，也為了交通的快捷、安全、經(jīng)濟(jì)，公路往往在一些地方修建了隧道，影響隧道安全的重要一環(huán)就是隧道的通風(fēng)情況。

（一）公路隧道通風(fēng)介紹1.

1919年，美國(guó)在研究紐約市荷蘭隧道(2610m)時(shí)，開(kāi)始研究隧道內(nèi)汽車(chē)排放的CO衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，研究結(jié)果將400ppm作為CO設(shè)計(jì)濃度。2.隨后日本、瑞士、奧地利、挪威等國(guó)家相繼設(shè)計(jì)出縱向、橫向、半橫向等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道通風(fēng)，隧道通風(fēng)發(fā)展進(jìn)入快速時(shí)期。3.近年來(lái)，隨著各國(guó)對(duì)隧道煙塵濃度控制標(biāo)準(zhǔn)的提高，煙塵逐漸取代CO轉(zhuǎn)而成為通風(fēng)計(jì)算的依據(jù)，分段縱向通風(fēng)方式逐漸占主導(dǎo)地位。4.隧道通風(fēng)方式多樣化，并且不斷改進(jìn)，效率不斷提高，控制精度越來(lái)越高。（二）國(guó)內(nèi)外著名的隧道通風(fēng)方式舉例

縱觀全球，比較著名的公路隧道有位于挪威連接奧斯陸和卑爾根的洛達(dá)爾隧道,該隧道長(zhǎng)24.51km,系世界最長(zhǎng)的公路隧道，采用的通風(fēng)方式就是縱向通風(fēng)方式。我國(guó)在2007年建成通車(chē)的終南山隧道(18.02km),其長(zhǎng)度僅次于洛達(dá)爾隧道，通風(fēng)方式為豎井分段縱向式通風(fēng)。隧道在運(yùn)營(yíng)期間機(jī)動(dòng)車(chē)排出的各種有害氣體及煙塵，超過(guò)限度，必須稀釋或排出隧道。二、隧道內(nèi)污染物的形成（一）機(jī)動(dòng)車(chē)排放尾氣的成分分析

1.一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫；2.氮氧化物（NO、NO2等）；

3.含氧碳?xì)浠衔铮ㄈ?、醇、酚等）以及油煙等。三、隧道通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)前面我們已經(jīng)說(shuō)到隧道內(nèi)有害污染物的種類(lèi)，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》的要求，CO和煙塵是作為確定隧道通風(fēng)量的主要依據(jù)（必要時(shí)考慮NO2)。(一)CO作為隧道通風(fēng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)1.隧道內(nèi)CO設(shè)計(jì)濃度取值應(yīng)符合下列規(guī)定：

隧道長(zhǎng)度（m）≤1000≥3000150100CO設(shè)計(jì)濃度2.交通阻滯時(shí)，阻滯段的平均CO設(shè)計(jì)濃度可取150ppm，同時(shí)經(jīng)歷時(shí)間不超過(guò)20min。3.人車(chē)混合通行的隧道，隧道內(nèi)CO設(shè)計(jì)濃度不應(yīng)超過(guò)70ppm。

（二）煙塵作為隧道通風(fēng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)1.煙塵設(shè)計(jì)濃度應(yīng)符合下列規(guī)定：采用顯色指數(shù)33≤Ra≤60、相關(guān)色溫2000~3000K的Na光源時(shí)，煙塵設(shè)計(jì)濃度應(yīng)按下表取值。設(shè)計(jì)速度≥9060≤＜9050≤＜6030≤＜50≤30煙塵設(shè)計(jì)濃度K(m-1）0.00650.00700.00750.00900.0120煙塵設(shè)計(jì)濃度K（Na光源）2.采用顯色指數(shù)Ra≥65、相關(guān)色溫3300~6000K的熒光燈、LED燈時(shí)，煙塵設(shè)計(jì)濃度應(yīng)按下表取值。煙塵設(shè)計(jì)濃度K（熒光燈、LED燈等光源）設(shè)計(jì)速度≥9060≤＜9050≤＜6030≤＜50≤30煙塵設(shè)計(jì)濃度K(m-1）0.00500.00650.00700.00750.01203.雙洞單向交通臨時(shí)改為單洞雙向交通時(shí)，隧道內(nèi)煙霧允許濃度不應(yīng)大于0.012m-1。4.隧道內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，隧道作業(yè)段的煙霧允許濃度不應(yīng)大于0.0030m-1。（三）換氣要求1.隧道空間最小換氣頻率不應(yīng)低于每小時(shí)3次。2.采用縱向通風(fēng)的隧道，隧道換氣風(fēng)速不應(yīng)低于1.5m/s。四、需風(fēng)量的計(jì)算

公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)中，車(chē)輛有害氣體、煙塵的排放量及與之對(duì)應(yīng)的交通量和基準(zhǔn)排放量均應(yīng)與各設(shè)計(jì)目標(biāo)年份相匹配，計(jì)算近期的需風(fēng)量時(shí)應(yīng)采用相應(yīng)年份的交通量和基準(zhǔn)排放量，在確定需風(fēng)量時(shí)，應(yīng)對(duì)稀釋煙塵、CO按隧道設(shè)計(jì)速度以下各工況車(chē)速10km/h為一檔分別進(jìn)行計(jì)算(當(dāng)工況車(chē)速達(dá)到交通阻滯車(chē)速時(shí)，基準(zhǔn)排放量應(yīng)按交通阻滯要求取值)，并計(jì)算換氣的需風(fēng)量，取其較大者作為設(shè)計(jì)需風(fēng)量。(一)稀釋CO需風(fēng)量CO排放量應(yīng)按下式計(jì)算：其中

是隧道全長(zhǎng)CO排放量(m3/s)；

是CO基準(zhǔn)排放量，可取0.007m3/輛·km；

為考慮CO的車(chē)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1.1~1.2；是車(chē)密度系數(shù)，可按表4-1取值；是考慮CO的海拔高度系數(shù)，按圖4-1取值；是相應(yīng)車(chē)型的設(shè)計(jì)交通量（輛/h）；是考慮CO的車(chē)型系數(shù)，可按表4-2取值；是考慮CO的縱坡-車(chē)速系數(shù)，可按4-3取值；為車(chē)型類(lèi)別數(shù)；為隧道長(zhǎng)度。工況車(chē)速10080706050403020100.60.750.8511.21.5236表4-1車(chē)密度系數(shù)表4-2考慮CO的車(chē)型系數(shù)汽油車(chē)1.01.02.55.07.0車(chē)型

各種柴油車(chē)小客車(chē)

旅行車(chē)輕型貨車(chē)中型貨車(chē)大型客車(chē)表4-3考慮CO的縱坡-車(chē)速系數(shù)

設(shè)計(jì)速度（km/h）隧道行車(chē)方向縱坡i（％）-4-3-2-1012341001.21.21.21.21.21.41.41.41.4801.01.01.01.01.01.01.21.21.2701.01.01.01.01.01.01.01.21.2601.01.01.01.01.01.01.01.01.2501.01.01.01.01.01.01.01.01.0401.01.01.01.01.01.01.01.01.0300.80.80.80.80.81.01.01.01.0200.80.80.80.80.81.01.01.01.0100.80.80.80.80.80.80.80.80.82.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0010002000CO海拔高度系數(shù)海拔高度圖4-1考慮CO的海拔高度系數(shù)稀釋CO的需風(fēng)量應(yīng)按下式計(jì)算：式中隧道全長(zhǎng)CO的需風(fēng)量（m3/s）；隧址大氣壓（kN/m2）；隧址夏季溫度，（K)；CO設(shè)計(jì)濃度（ppm）。(二）稀釋煙塵需風(fēng)量式中是隧道全長(zhǎng)煙塵排放量，(m2/s)；

是煙塵基準(zhǔn)排放量（m2/輛·km），可取2m2/輛·km；是考慮車(chē)況的煙塵系數(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1.2~1.5；是考慮煙塵的海拔高度系數(shù)，見(jiàn)圖4-2；是考慮煙塵的縱坡-車(chē)速系數(shù)，見(jiàn)表4-4；是考慮煙塵的車(chē)型系數(shù)，見(jiàn)表4-6；相應(yīng)車(chē)型的交通量；柴油車(chē)型類(lèi)別數(shù)。車(chē)密度系數(shù)，見(jiàn)表4-5；設(shè)計(jì)速度（km/h）隧道行車(chē)方向縱坡i（％）-4-3-2-101234800.30.40.550.81.32.63.74.4-700.30.40.550.81.11.83.13.9-600.30.40.550.751.01.452.22.953.7500.30.40.550.751.01.452.22.953.7400.30.40.550.71.851.11.452.22.95300.30.40.50.60.720.91.11.45210~200.30.360.40.50.60.720.851.031.25表4-4考慮煙霧的縱坡-車(chē)速系數(shù)2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0海拔高度010002000煙霧海拔高度系數(shù)圖4-2考慮煙霧的海拔高度系數(shù)表4-5車(chē)密度系數(shù)工況車(chē)速(km/h)10080706050403020100.60.750.8511.21.5236表4-6考慮煙霧的車(chē)型系數(shù)小客車(chē)、輕型貨車(chē)中型貨車(chē)重型貨車(chē)、大型客車(chē)拖掛車(chē)、集裝箱車(chē)0.41.01.53稀釋煙霧到容許濃度的需風(fēng)量按下式計(jì)算：式中K是煙霧設(shè)計(jì)濃度(m-1)。（三）隧道換氣需風(fēng)量1.隧道換氣需風(fēng)量應(yīng)按下式計(jì)算：式中隧道換氣需風(fēng)量（m3/s）；隧道凈空斷面積（m2）；隧道最小換氣頻率。2.采用縱向式通風(fēng)，換氣需風(fēng)量應(yīng)按上式和下式計(jì)算，然后作比較，取其較大者作為隧道換氣需風(fēng)量:式中隧道換氣風(fēng)速，不應(yīng)低于1.5m/s；隧道凈空斷面積（m2）。需風(fēng)量的取值：

五、隧道通風(fēng)方式及其選擇（一）隧道通風(fēng)方式概括通風(fēng)方式自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)自然風(fēng)交通風(fēng)（活塞風(fēng)）縱向通風(fēng)射流風(fēng)機(jī)式集中送入式豎(斜）井送排風(fēng)式豎(斜）井排出式吸塵式通風(fēng)半橫向通風(fēng)橫向通風(fēng)組合通風(fēng)送風(fēng)式排風(fēng)式（二）自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)方式的選擇選擇通風(fēng)方式時(shí)，首先需要決定隧道內(nèi)所需通風(fēng)量，然后討論自然風(fēng)和交通風(fēng)能否滿(mǎn)足需要，如果不能滿(mǎn)足需要或者缺乏可靠性（自然風(fēng)和交通風(fēng)是否穩(wěn)定），就應(yīng)當(dāng)采用機(jī)械通風(fēng)。目前還沒(méi)有可靠的計(jì)算自然通風(fēng)的隧道最大容許長(zhǎng)度的一般算式。從世界各國(guó)的隧道實(shí)例看，長(zhǎng)度較短的隧道，在一定的交通量下可以考慮用自然通風(fēng)。區(qū)分自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)的界限經(jīng)驗(yàn)公式：（1）雙向交通隧道（符合條件時(shí)，為機(jī)械通風(fēng)）式中隧道長(zhǎng)度（m）；

設(shè)計(jì)交通量（輛/h，以小轎車(chē)為準(zhǔn)）。（2）單向交通隧道（符合條件時(shí)，為機(jī)械通風(fēng)）

式中隧道長(zhǎng)度（m）；

設(shè)計(jì)交通量（輛/h，以小轎車(chē)為準(zhǔn)）。

（三）自然風(fēng)力和交通風(fēng)力的計(jì)算1.自然風(fēng)力的計(jì)算當(dāng)確定用機(jī)械通風(fēng)方式以后，自然風(fēng)力一般作為阻力來(lái)考慮，除非確定自然風(fēng)速常年與隧道通風(fēng)方向一致時(shí)，可作為動(dòng)力來(lái)考慮，其計(jì)算公式為：式中自然風(fēng)阻力（N/m2）；自然風(fēng)作用引起的洞內(nèi)風(fēng)速,可取(2~3)m/s；隧道入口損失系數(shù)，見(jiàn)表5-1；隧道壁面摩阻損失系數(shù)，見(jiàn)表5-1；隧道斷面當(dāng)量直徑（m）。隧道壁面摩阻損失系數(shù)λr0.02主風(fēng)道（含豎井）壁面摩阻損失系數(shù)λb、λe0.022連接風(fēng)道壁面摩阻損失系數(shù)λd0.025隧道入口損失系數(shù)ξe0.6表5-1損失系數(shù)2.交通風(fēng)力的計(jì)算

交通風(fēng)：隧道內(nèi)氣流在車(chē)輛的帶動(dòng)下，將會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，這種流動(dòng)稱(chēng)為交通風(fēng)（活塞風(fēng)）。式中交通風(fēng)力（N/m2）；隧道內(nèi)與同向的車(chē)輛數(shù)（輛），隧道內(nèi)與反向的車(chē)輛數(shù)（輛），；；隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速（m/s），一般情況下與同向的各工況車(chē)速（m/s）；與反向的各工況車(chē)速（m/s）；汽車(chē)的等效阻抗面積（m2）。汽車(chē)的等效阻抗面積按下式計(jì)算：式中小型汽車(chē)正面投影面積，一般取2.13m2；小型車(chē)空氣阻力系數(shù)，可取0.5；大型車(chē)正面投影面積，一般取5.37m2；大型車(chē)空氣阻力系數(shù)，可取1.0；大型車(chē)比例。單向交通隧道交通通風(fēng)力可按下式計(jì)算：式中隧道內(nèi)車(chē)輛數(shù)（輛），；各工況車(chē)速（m/s）。

2.隧道通風(fēng)阻力的計(jì)算隧道通風(fēng)阻力計(jì)算方法如下：式中通風(fēng)阻力（N/m2）。（四）公路隧道機(jī)械通風(fēng)方式介紹1.射流縱向通風(fēng)方式射流縱向通風(fēng)方式模式圖射流縱向通風(fēng)方式的隧道內(nèi)壓力平衡應(yīng)滿(mǎn)足下式：⑴式中射流風(fēng)機(jī)群總升壓力。⑵射流風(fēng)機(jī)所需臺(tái)數(shù)的計(jì)算在滿(mǎn)足隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速的條件下，射流風(fēng)機(jī)所需臺(tái)數(shù)可按下式計(jì)算：式中所需射流風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)。⑶每臺(tái)射流風(fēng)機(jī)所提升的壓力應(yīng)按下式計(jì)算：式中射流風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)速（m/s）；射流風(fēng)機(jī)的出口面積（m2）；射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)，當(dāng)隧道同一斷面布置一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)時(shí)，按表5-1取值，當(dāng)隧道布置2臺(tái)及2臺(tái)以上射流風(fēng)機(jī)時(shí)，射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)可取0.7。表5-1單臺(tái)射流風(fēng)機(jī)位置摩阻損失折減系數(shù)1.51.00.70.910.870.852.集中送入式縱向通風(fēng)方式①①②②集中送入式縱向通風(fēng)方式模式圖3.豎井排出式縱向通風(fēng)方式②②③③①①⑴

當(dāng)應(yīng)用于雙向交通隧道時(shí)，豎井應(yīng)宜設(shè)置在隧道軸向中央附近，豎井底部合流后的全壓力可用下式計(jì)算：式中豎井底部合流全壓力（N/m2）；

第Ⅰ區(qū)段隧道口與豎井出口之間的氣象壓差（N/m2）自然風(fēng)朝向隧道風(fēng)向時(shí)為正；第Ⅰ區(qū)段長(zhǎng)度（m）；以豎井內(nèi)風(fēng)速為基準(zhǔn)第Ⅰ區(qū)段的損失系數(shù)；第Ⅱ段區(qū)隧道口與豎井出口之間的氣象壓差（N/m2）自然風(fēng)朝向隧道風(fēng)向時(shí)為正；第Ⅱ區(qū)段長(zhǎng)度（m）；以豎井內(nèi)風(fēng)速為基準(zhǔn)第Ⅱ區(qū)段的損失系數(shù)；第Ⅰ區(qū)段①—①斷面平均風(fēng)速（m/s）；第Ⅱ區(qū)段②—②斷面平均風(fēng)速（m/s）；豎井內(nèi)③—③斷面平均風(fēng)速（m/s）。

Ⅰ區(qū)段交通風(fēng)力可按下式計(jì)算：式中

Ⅰ區(qū)段的交通通風(fēng)力（N/m2）；第Ⅰ區(qū)段內(nèi)由Ⅰ區(qū)段往Ⅱ區(qū)段行駛的車(chē)輛數(shù)（輛）；第Ⅰ區(qū)段內(nèi)由Ⅱ區(qū)段往Ⅰ區(qū)段行駛的車(chē)輛數(shù)（輛）。Ⅱ區(qū)段交通風(fēng)力可按下式計(jì)算：式中Ⅱ區(qū)段的交通風(fēng)力（N/m2）；

第Ⅱ區(qū)段內(nèi)由Ⅰ區(qū)段往Ⅱ區(qū)段行駛的車(chē)輛數(shù)（輛）；第Ⅱ區(qū)段內(nèi)由Ⅱ區(qū)段往Ⅰ區(qū)段行駛的車(chē)輛數(shù)（輛）。①①②②③③單向交通隧道分流型縱向通風(fēng)模式圖4.豎井送排式縱向通風(fēng)方式豎井送排式縱向通風(fēng)方式模式圖1排氣送氣通風(fēng)井送排式縱向通風(fēng)方式模式圖25.吸塵式縱向通風(fēng)方式集塵裝置①①②②短道段長(zhǎng)度吸塵式縱向通風(fēng)方式模式圖6.全橫向、半橫向通風(fēng)方式全橫向通風(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)，主要用于雙向交通隧道。半橫向通風(fēng)包括送風(fēng)式半橫向通風(fēng)排風(fēng)式半橫向通風(fēng)，送風(fēng)式半橫向通風(fēng)是半橫向通風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)型式，主要用于單向交通隧道。⑴全橫向通風(fēng)方式

排風(fēng)道排風(fēng)道排風(fēng)孔送風(fēng)道送風(fēng)孔排風(fēng)道排風(fēng)道送風(fēng)道全橫向通風(fēng)方式模式圖⑵半橫向通風(fēng)方式送風(fēng)道送風(fēng)道送風(fēng)式半橫向通風(fēng)方式模式圖7.組合式通風(fēng)方式混合式通風(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。豎井送排風(fēng)+射流風(fēng)機(jī)混合式通風(fēng)方式模式圖8.各機(jī)械通風(fēng)方式的特點(diǎn)通風(fēng)方式縱向式基本特征通風(fēng)風(fēng)流沿縱向流動(dòng)代表形式射流風(fēng)機(jī)式集中送入式豎井排出式豎井送排式形式特征射流風(fēng)機(jī)群升壓噴流送風(fēng)升壓兩端進(jìn)風(fēng)中間排風(fēng)噴流風(fēng)機(jī)升壓適用長(zhǎng)度5000米以?xún)?nèi)3000米左右5000米左右不受限制交通風(fēng)利用很好很好部分較好很好工程造價(jià)低一般一般一般管理與維護(hù)不便方便方便方便技術(shù)難度不難一般一般稍難運(yùn)營(yíng)費(fèi)低一般一般一般單向交通