秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方案研究

秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道通風(fēng)方案研究

0隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)方案隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展，3000米長(zhǎng)的專業(yè)公路隧道出現(xiàn)得越來越多，其運(yùn)營(yíng)安全問題越來越受到重視。由于稀釋特長(zhǎng)公路隧道內(nèi)的有害氣體相對(duì)較困難,所以特長(zhǎng)公路隧道建設(shè)及運(yùn)營(yíng)中面臨的首要問題便是隧道的通風(fēng)問題。目前,隧道通風(fēng)研究的焦點(diǎn)集中在機(jī)械式通風(fēng)方式的選擇、機(jī)械通風(fēng)效果的評(píng)價(jià)及火災(zāi)下的通風(fēng)模式等方面,對(duì)自然風(fēng)、交通活塞風(fēng)等非機(jī)械式通風(fēng)的研究較少。曾艷華等人運(yùn)用回路自然風(fēng)壓理論對(duì)有豎井隧道自然風(fēng)壓進(jìn)行了研究,提出在有豎井隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)中,必須對(duì)自然風(fēng)壓進(jìn)行專題研究。仇玉良等對(duì)終南山特長(zhǎng)隧道洞室內(nèi)外氣溫、風(fēng)速等氣候條件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,研究了隧道內(nèi)自然風(fēng)速及洞內(nèi)氣溫的變化范圍和變化規(guī)律,該研究未涉及到交通量及交通活塞風(fēng)。王光輝等通過分析圓梁山隧道貫通后自然風(fēng)的利用,指出若能認(rèn)識(shí)自然風(fēng)的規(guī)律并加以利用,會(huì)收到意想不到的效果。呂康成指出根據(jù)現(xiàn)行的《JTJ026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算的自然風(fēng)阻力結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì),則會(huì)更增加設(shè)計(jì)難度并造成巨大浪費(fèi)。鐘星燦等將公路隧道內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的車流假定為恒定持續(xù)的車流,根據(jù)動(dòng)量、能量和質(zhì)量守恒的基本定律,建立相關(guān)的關(guān)系式,計(jì)算了隧道各段內(nèi)交通活塞風(fēng)風(fēng)速。Chan-HoonYoon通過熱力學(xué)方法分析了自然風(fēng)壓,指出自然風(fēng)壓引起的自然風(fēng)速大大提高了隧道的通風(fēng)效率。J.Y.Kim通過模型試驗(yàn)的方法給出了地鐵列車引起的壓力及風(fēng)速隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。上述研究大多是在一定假設(shè)下的理論分析或者簡(jiǎn)化邊界條件下的縮微模型試驗(yàn),且單純的研究自然風(fēng)或交通活塞風(fēng),而運(yùn)營(yíng)中隧道受自然風(fēng)和交通活塞風(fēng)的聯(lián)合作用,文章通過用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的研究方法對(duì)自然風(fēng)和交通活塞風(fēng)的聯(lián)合作用效果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。1隧道的規(guī)模、長(zhǎng)度秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道北起長(zhǎng)安縣的青岔口,南止柞水縣的小峪口,位于秦嶺山脈東段,穿越秦嶺主峰牛背梁、橫垣東區(qū)中部,是交通部公路網(wǎng)骨架規(guī)劃發(fā)展中的重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目,是西北、華北通向重慶、四川、湖北等省的西部大通道縱(國(guó)道包頭—北海)橫(國(guó)道銀川—武漢)匯合點(diǎn)。該隧道雙洞單向4車道,兩洞相距30m,單洞長(zhǎng)度達(dá)到18020m,埋深超過100m的長(zhǎng)度達(dá)到17000m,占總長(zhǎng)度的94%以上,最大埋深1640m,整個(gè)工程預(yù)計(jì)投資25億元人民幣。隧道進(jìn)口標(biāo)高890m,出口標(biāo)高1025m,隧道內(nèi)有2個(gè)變坡點(diǎn),進(jìn)口2500m,坡度為+0.3%;中間11900m,坡度為+1.1%;出口3500m,坡度為-0.3%。隧道設(shè)計(jì)洞內(nèi)行車速度60km/h。隧道采用3豎井分段縱向通風(fēng)方案,豎井直徑達(dá)8.7～9.6m,豎井深度達(dá)185～770m。2測(cè)試方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容:自然風(fēng)速、自然風(fēng)壓和交通風(fēng)壓共同作用下的風(fēng)速、交通量及車速監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)洞內(nèi)測(cè)試在隧道通車前、后測(cè)試2次,通車前測(cè)試隧道洞內(nèi)的自然風(fēng)風(fēng)速;通車后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試自然風(fēng)壓和交通風(fēng)壓共同作用下的風(fēng)速。沿隧道全長(zhǎng)分布30個(gè)測(cè)點(diǎn)(上下行線共計(jì)60個(gè)測(cè)點(diǎn)),相鄰測(cè)點(diǎn)間距約600m,測(cè)點(diǎn)布置見圖1,各個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)同步進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),記錄隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)速和風(fēng)向。沿隧道全長(zhǎng)分布14個(gè)攝像頭用于監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的交通量及車速。測(cè)試定在2007年8月14號(hào)開始,連續(xù)測(cè)試3d,測(cè)試隧道內(nèi)自然風(fēng)速的大小,24h不間斷測(cè)試,每隔40min左右讀數(shù)一次。于8月20號(hào)開始,連續(xù)3d測(cè)試隧道內(nèi)自然風(fēng)壓和交通風(fēng)壓共同作用下的風(fēng)速,24h不間斷測(cè)試,每10min記錄一次讀數(shù)。在測(cè)試前,提前到達(dá)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng),布置好人員,調(diào)整好儀器,待儀器穩(wěn)定后再讀測(cè)試數(shù)據(jù),并處理好數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作。主要采用的測(cè)試儀器為風(fēng)速風(fēng)向儀(熱球式電風(fēng)速計(jì)QDF一2A)、輕便三杯風(fēng)向風(fēng)速表(DEM6型)和攝像頭(LS-9100ZP)。3測(cè)試結(jié)果的處理和分析3.1最大風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)段于8月14日、15日、16日連續(xù)3d進(jìn)行了24h現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,每隔40min左右讀數(shù)一次。隧道東線測(cè)點(diǎn)38和41兩測(cè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果見圖2,圖3。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出隧道內(nèi)自然風(fēng)速在一定的時(shí)間段內(nèi)還是比較大的,是不能忽略的風(fēng)量,測(cè)點(diǎn)38、41最大風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)間段大致為11:00～13:00。測(cè)點(diǎn)38在14日的最大風(fēng)速出現(xiàn)在13:05:27這一時(shí)刻,為1.878m/s;15日最大風(fēng)速也出現(xiàn)在13:05:27這一時(shí)刻,為2.394m/s;16日最大風(fēng)速出現(xiàn)在11:38:10,為1.908m/s。測(cè)點(diǎn)41在14日的最大風(fēng)速出現(xiàn)在12:21:49,為2.026m/s;15日最大風(fēng)速出現(xiàn)在13:05:27,為2.576m/s;16日最大風(fēng)速出現(xiàn)在10:54:32,為2.320m/s。3.2隧道不斷到8.2411:24,5.2.3%旋轉(zhuǎn)改性于8月20號(hào)開始,連續(xù)3d測(cè)試隧道內(nèi)交通量的大小,24h不間斷測(cè)試,每10min記錄一次讀數(shù)。由于時(shí)刻點(diǎn)太密集,橫坐標(biāo)不便標(biāo)出。測(cè)試結(jié)果見圖4—9。從圖4—9可以看出無論是隧道東線或西線,交通量出現(xiàn)高峰期時(shí)間段變化不大,隧道西線大致在8:00～11:00,14:30～16:50左右;隧道東線從8:00一直持續(xù)到17:00左右。從圖4—6還可以看出隧道西線2號(hào)攝像頭監(jiān)測(cè)的交通量稍大于4號(hào)和6號(hào)攝像頭,4號(hào)攝像頭與6號(hào)攝像頭監(jiān)測(cè)到的交通量接近;而從圖7—9可看出隧道東線3個(gè)攝像頭檢測(cè)到的交通量比較接近。當(dāng)進(jìn)行交通風(fēng)計(jì)算時(shí),西線取4號(hào)攝像頭與6攝像頭監(jiān)測(cè)到的交通量平均值,東線取3個(gè)攝像頭監(jiān)測(cè)值的平均值。3.3數(shù)據(jù)處理隧道內(nèi)部東、西線分別設(shè)置了近30個(gè)測(cè)點(diǎn),于8月20日、21日、22日連續(xù)3d進(jìn)行了24h現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,每隔15min左右讀數(shù)一次,由于時(shí)刻點(diǎn)密集,橫坐標(biāo)不便標(biāo)出。選取3d中位于隧道東、西線中間的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的隧道內(nèi)風(fēng)速繪制成圖,見圖10、圖11。從圖10可以看出隧道西線內(nèi)風(fēng)速較大的時(shí)間段基本上與交通量出現(xiàn)高峰期時(shí)間段相吻合,并且測(cè)點(diǎn)14與測(cè)點(diǎn)16監(jiān)測(cè)到的風(fēng)速較接近;由圖11知,隧道東線內(nèi)風(fēng)速變化相對(duì)平緩,風(fēng)速相對(duì)較大的時(shí)間段與交通量高峰值時(shí)間段有一定的出入,3個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的風(fēng)速值比較接近。隧道內(nèi)實(shí)測(cè)風(fēng)速平均值見表1。4隧道東北部風(fēng)速1)較大自然風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)間段大致為11:00～13:00。最大自然風(fēng)速達(dá)到2.576m/s,從自然風(fēng)實(shí)測(cè)結(jié)果來看,《規(guī)范》中把自然通風(fēng)完全作為阻力考慮,忽略了自然風(fēng)有利的通風(fēng)效應(yīng)。隧道東、西線交通量出現(xiàn)高峰期時(shí)間段變化不大,隧道西線大致在8:00～11:00、14:30～16:502個(gè)時(shí)間段;隧道東線從8:00一直持續(xù)到17:00左右;隧道西線內(nèi)風(fēng)速較大的時(shí)間段基本上與交通量出現(xiàn)高峰期時(shí)間段相吻合。隧道東線內(nèi)風(fēng)速變化相對(duì)平緩,風(fēng)速相對(duì)較大的時(shí)間段與交通量高峰值時(shí)間段有一定的出入,3個(gè)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的風(fēng)速值比較接近。2)在自然風(fēng)壓和交通風(fēng)壓共同作用下,隧道內(nèi)風(fēng)速可以達(dá)到3～4m/s,在隧道運(yùn)營(yíng)初期交通量較小的情