公路隧道通風

公路隧道通風羅崇來

一、概述

二、隧道內污染物的形成

三、隧道通風標準

四、通風量的計算

五、通風方式的選擇一、概述

公路毫無疑問依然是現(xiàn)在交通的主力軍，承擔著旅客出行、貨物運輸?shù)却罅拷煌ㄈ蝿?，因此其安全性貫穿始終，迫于地形、地質等因素，也為了交通的快捷、安全、經(jīng)濟，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)就是隧道的通風情況。

（一）公路隧道通風介紹1.

1919年，美國在研究紐約市荷蘭隧道(2610m)時，開始研究隧道內汽車排放的CO衛(wèi)生標準問題，研究結果將400ppm作為CO設計濃度。2.隨后日本、瑞士、奧地利、挪威等國家相繼設計出縱向、橫向、半橫向等方式來實現(xiàn)隧道通風，隧道通風發(fā)展進入快速時期。3.近年來，隨著各國對隧道煙塵濃度控制標準的提高，煙塵逐漸取代CO轉而成為通風計算的依據(jù)，分段縱向通風方式逐漸占主導地位。4.隧道通風方式多樣化，并且不斷改進，效率不斷提高，控制精度越來越高。（二）國內外著名的隧道通風方式舉例

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爾隧道,該隧道長24.51km,系世界最長的公路隧道，采用的通風方式就是縱向通風方式。我國在2007年建成通車的終南山隧道(18.02km),其長度僅次于洛達爾隧道，通風方式為豎井分段縱向式通風。隧道在運營期間機動車排出的各種有害氣體及煙塵，超過限度，必須稀釋或排出隧道。二、隧道內污染物的形成（一）機動車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.含氧碳氫化合物（醛、醇、酚等）以及油煙等。三、隧道通風標準前面我們已經(jīng)說到隧道內有害污染物的種類，根據(jù)《公路隧道通風設計細則》的要求，CO和煙塵是作為確定隧道通風量的主要依據(jù)（必要時考慮NO2)。(一)CO作為隧道通風的計算標準1.隧道內CO設計濃度取值應符合下列規(guī)定：

隧道長度（m）≤1000≥3000150100CO設計濃度2.交通阻滯時，阻滯段的平均CO設計濃度可取150ppm，同時經(jīng)歷時間不超過20min。3.人車混合通行的隧道，隧道內CO設計濃度不應超過70ppm。

（二）煙塵塵作為隧道道通風的計計算標準1.煙塵設計濃濃度應符合下列列規(guī)定：采用顯色指數(shù)33≤Ra≤60、相關色溫2000~3000K的Na光源時，煙煙塵設計濃濃度應按下下表取值。。設計速度≥9060≤＜9050≤＜6030≤＜50≤30煙塵設計濃度K(m-1）0.00650.00700.00750.00900.0120煙塵設計濃濃度K（Na光源）2.采用顯色指指數(shù)Ra≥65、相關色溫3300~6000K的熒光燈、、LED燈時，煙塵塵設計濃度度應按下表表取值。煙塵設計濃濃度K（熒光燈、、LED燈等光源））設計速度≥9060≤＜9050≤＜6030≤＜50≤30煙塵設計濃度K(m-1）0.00500.00650.00700.00750.01203.雙洞單向交交通臨時改改為單洞雙雙向交通時時，隧道內內煙霧允許許濃度不應應大于0.012m-1。4.隧道內進行行養(yǎng)護維修修時，隧道道作業(yè)段的的煙霧允許許濃度不應應大于0.0030m-1。（三）換氣氣要求1.隧道空間最最小換氣頻頻率不應低于每每小時3次。2.采用縱向通通風的隧道道，隧道換換氣風速不應低于1.5m/s。四、需風量的計計算公路隧道通通風設計中中，車輛有有害氣體、煙塵的排放放量及與之之對應的交交通量和基基準排放量量均應與各各設計目標標年份相匹匹配，計算算近期的需需風量時應應采用相應應年份的交交通量和基基準排放量量，在確定定需風量時時，應對稀稀釋煙塵、、CO按隧道設計計速度以下下各工況車車速10km/h為一檔分別別進行計算算(當工況車速速達到交通阻滯車速時，基基準排放量量應按交通通阻滯要求求取值)，并計算換氣的需風量，，取其較大者作為設計計需風量。。(一)稀釋CO需風量CO排放量應按按下式計算算：其中是隧道全長長CO排放量(m3/s)；是CO基準排放量量，可取0.007m3/輛·km；為考慮CO的車況系數(shù)數(shù)，對高速速公路、一一級公路取取1.0，對二、三三、四級公公路取1.1~1.2；是車密度系系數(shù)，可按按表4-1取值；是考慮CO的海拔高度度系數(shù)，按按圖4-1取值；是相應車型型的設計交交通量（輛輛/h）；是考慮CO的車型系數(shù)數(shù)，可按表表4-2取值；是考慮CO的縱坡-車速系數(shù)，，可按4-3取值；為車型類別別數(shù)；為隧道長度度。工況車速10080706050403020100.60.750.8511.21.5236表4-1車密度系數(shù)數(shù)表4-2考慮CO的車型系數(shù)數(shù)汽油車1.01.02.55.07.0車型各種柴油車小客車旅行車輕型貨車中型貨車大型客車表4-3考慮CO的縱坡-車速系數(shù)

設計速度（km/h）隧道行車方向縱坡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海拔高度系系數(shù)海拔高度圖4-1考慮CO的海拔高度度系數(shù)稀釋CO的需風量應應按下式計計算：式中隧隧道全全長CO的需風量（（m3/s）；隧址大氣壓壓（kN/m2）；隧址夏季溫溫度，（K)；CO設計濃度（（ppm）。(二）稀釋釋煙塵需風風量式中是隧道全長長煙塵排放放量，(m2/s)；是煙塵基準準排放量（（m2/輛·km），可取2m2/輛·km；是考慮車況況的煙塵系系數(shù)，對高高速公路、、一級公路路取1.0，對二、三三、四級公公路取1.2~1.5；是考慮煙塵塵的海拔高高度系數(shù)，，見圖4-2；是考慮煙塵塵的縱坡-車速系數(shù)，，見表4-4；是考慮煙塵塵的車型系系數(shù)，見表表4-6；相應車型的的交通量；；柴油車型類類別數(shù)。車密度系數(shù)數(shù)，見表4-5；設計速度（km/h）隧道行車方向縱坡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考慮煙霧的的縱坡-車速系數(shù)2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0海拔高度度010002000煙霧海拔拔高度系系數(shù)圖4-2考慮煙霧霧的海拔拔高度系系數(shù)表4-5車密度系系數(shù)工況車速(km/h)10080706050403020100.60.750.8511.21.5236表4-6考慮煙霧霧的車型型系數(shù)小客車、輕型貨車中型貨車重型貨車、大型客車拖掛車、集裝箱車0.41.01.53稀釋煙霧霧到容許許濃度的的需風量量按下式式計算：：式中K是煙霧設設計濃度度(m-1)。（三）隧隧道換氣氣需風量量1.隧道換氣氣需風量量應按下下式計算算：式中隧隧道換氣氣需風量量（m3/s）；隧道凈空空斷面積積（m2）；隧道最小小換氣頻頻率。2.采用縱向向式通風風，換氣氣需風量量應按上上式和下下式計算算，然后后作比較較，取其其較大者者作為隧隧道換氣氣需風量量:式中隧隧道換氣氣風速，，不應低低于1.5m/s；隧道凈空空斷面積積（m2）。需風量的的取值：：五、隧道道通風方方式及其其選擇（一）隧隧道通通風方式式概括通風方式自然通風風機械通風風自然風交通風（（活塞風風）縱向通風風射流風機機式集中送入入式豎(斜）井送送排風式式豎(斜）井排排出式吸塵式通通風半橫向通通風橫向通風風組合通風風送風式排風式（二）自自然通風風與機械械通風方方式的選選擇選擇通風風方式時時，首先先需要決決定隧道道內所需需通風量量，然后后討論自自然風和和交通風風能否滿滿足需要要，如果果不能滿滿足需要要或者缺缺乏可靠靠性（自自然風和和交通風風是否穩(wěn)穩(wěn)定），，就應當當采用機機械通風風。目前前還沒有有可靠的的計算自自然通風風的隧道道最大容容許長度度的一般般算式。。從世界各各國的隧隧道實例例看，長長度較短短的隧道道，在一一定的交交通量下下可以考考慮用自自然通風風。區(qū)分自然然通風與與機械通通風的界界限經(jīng)驗驗公式：：（1）雙向交交通隧道道（符合合條件時時，為機機械通風風）式中隧道長度度（m）；設計交通通量（輛輛/h，以小轎轎車為準準）。（2）單向交交通隧道道（符合合條件時時，為機機械通風風）式中隧道長度度（m）；設計交通通量（輛輛/h，以小轎轎車為準準）。（三）自自然風力力和交通通風力的的計算1.自然風力力的計算算當確定用用機械通通風方式式以后，，自然風風力一般般作為阻阻力來考考慮，除除非確定定自然風風速常年年與隧道道通風方方向一致致時，可可作為動動力來考考慮，其其計算公公式為：：式中自然風阻阻力（N/m2）；自然風作作用引起起的洞內內風速,可取(2~3)m/s；隧道入口口損失系系數(shù)，見見表5-1；隧道壁面面摩阻損損失系數(shù)數(shù)，見表表5-1；隧道斷面面當量直直徑（m）。隧道壁面摩阻損失系數(shù)λr0.02主風道（含豎井）壁面摩阻損失系數(shù)λb、λe0.022連接風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.交通風力的計算算交通風：隧道內內氣流在車輛的的帶動下，將會會產(chǎn)生流動，這這種流動稱為交交通風（活塞風風）。式中交通風力（N/m2）；隧道內與同同向的車輛數(shù)數(shù)（輛），隧道內與反反向的車輛數(shù)數(shù)（輛），；；隧道設計風速（（m/s），一般情況下下與同向的的各工況車速（（m/s）；與反向的的各工況車速（（m/s）；汽車的等效阻抗抗面積（m2）。汽車的等效阻抗抗面積按下式計計算：式中小型汽車正面投投影面積，一般般取2.13m2；小型車空氣阻力力系數(shù)，可取0.5；大型車正面投影影面積，一般取取5.37m2；大型車空氣阻力力系數(shù)，可取1.0；大型車比例。單向交通隧道交交通通風力可按按下式計算：式中隧隧道內內車輛數(shù)（輛）），；；各工況車速（m/s）。2.隧道通風阻力的計算算隧道通風阻力計計算方法如下：：式中通風阻力（N/m2）。（四）公路隧隧道機械通風方方式介紹1.射流縱向通風方方式射流縱向通風方方式模式圖射流縱向通風方方式的隧道內壓壓力平衡應滿足足下式：⑴式中射射流風機群總升升壓力。⑵射流風機機所需臺數(shù)的計計算在滿足隧道設計計風速的的條件下，射射流風機所需臺臺數(shù)可按下式計計算：式中所所需射流風機的的臺數(shù)。⑶每臺射流風機所所提升的壓力應應按下式計算：：式中射射流風機的出出口風速（m/s）；射流風機的出口口面積（m2）；射流風機位置摩摩阻損失折減系系數(shù)，當隧道同同一斷面布置一一臺射流風機時時，按表5-1取值，當隧道布布置2臺及2臺以上射流風機機時，射流風機機位置摩阻損失失折減系數(shù)可取取0.7。表5-1單臺射流風機位位置摩阻損失折折減系數(shù)1.51.00.70.910.870.852.集中送入式縱向向通風方式①①②②集中送入式縱向向通風方式模式式圖3.豎井排出式縱向向通風方式②②③③①①⑴當應用于雙向交交通隧道時，豎豎井應宜設置在在隧道軸向中央附近，，豎井底部合流流后的全壓力可可用下式計算：式中豎豎井底部合流流全壓力（N/m2）；第Ⅰ區(qū)段隧道口與豎豎井出口之間的的氣象壓差（N/m2）自然風朝向隧道道風向時為正；；第Ⅰ區(qū)段長度（m）；以豎井內風速為為基準第Ⅰ區(qū)段的損失系數(shù)數(shù)；第Ⅱ段區(qū)隧道口與豎豎井出口之間的的氣象壓差（N/m2）自然風朝向隧道道風向時為正；；第Ⅱ區(qū)段長度（m）；以豎井內風速為為基準第Ⅱ區(qū)段的損失系數(shù)數(shù)；第Ⅰ區(qū)段①—①斷面平均風速（（m/s）；第Ⅱ區(qū)段②—②斷面平均風速（（m/s）；豎井內③—③斷面平均風速（（m/s）。Ⅰ區(qū)段交通風力可可按下式計算：：式中Ⅰ區(qū)段的交通通風風力（N/m2）；第Ⅰ區(qū)段內由Ⅰ區(qū)段往Ⅱ區(qū)段行駛的車輛輛數(shù)（輛）；第Ⅰ區(qū)段內由Ⅱ區(qū)段往Ⅰ區(qū)段行駛的車輛輛數(shù)（輛）。Ⅱ區(qū)段交通風力可可按下式計算：：式中Ⅱ區(qū)段的交通風力力（N/m2）；第Ⅱ區(qū)段內由Ⅰ區(qū)段往Ⅱ區(qū)段行駛的車輛輛數(shù)（輛））；第Ⅱ區(qū)段內由Ⅱ區(qū)段往Ⅰ區(qū)段行駛的車輛輛數(shù)（輛）。①①②②③③單向交通隧道道分流型縱向向通風模式圖圖4.豎井送排式縱縱向通風方式式豎井送排式縱縱向通風方式式模式圖1排氣送送氣通風井送排式式縱向通風方方式模式圖25.吸塵式縱向通通風方式集塵裝置①①②②短道段長度吸塵式縱向通通風方式模式式圖6.全橫向、半橫橫向通風方式式全橫向通風方方式同時設置置送風管道和和排風管道，，隧道內基本本上不產(chǎn)生沿沿縱向流動的的風，只有橫橫方向的風流流動，主要用用于雙向交通通隧道。半橫向通風包包括送風式半半橫向通風排排風式半橫向向通風，送風式半橫向向通風是半橫橫向通風的標標準型式，主主要用于單向向交通隧道。。⑴全橫向向通風方式排風道排風道排風孔送風道送風孔排風道排風道送風道全橫向通風方方式模式圖⑵半橫向向通風方式送風道送風道送風式半橫向向通風方式模模式圖7.組合式通風方方式混合式通風沒沒有固定的格格局，它是根根據(jù)某些特殊殊的需要，由由上述幾種基基本通風型式式組合而成的的。其組合方方式有許多種種，但應符合合經(jīng)濟實用原原則。豎井送排風+射流風機混合合式通風方式式模式圖8.各機械通風方方式的特點通風方式縱向式基本特征通風風流沿縱向流動代表形式射流風機式集中送入式豎井排出式豎井送排式形式特征射流風機群升壓噴流送風升壓兩端進風中間排風噴流風機升壓適用長度5000米以內3000米左右5000米左右不受限制交通風利用很好很好部分較好很好工程造價低一般一般一般管理與維護不便方便方便方便技術難度不難一般一般稍難運營費低