第五讲高速公路隧道营运通风.pdf

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高速公路隧道主讲人：

杨文波土木工程学院第五讲高速公路隧道营运通风参考文献1重庆交通科研设计院，公路隧道设计规范（JTGD702004），人民交通出版社，20042中华人民共和国交通部，公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1-1999），人民交通出版社，20003何川等，公路隧道前馈式智能通风控制系统，科学出版社，2014一、高速公路隧道运营通风目的及卫生标准1、通风的目的车辆在隧道中行驶的过程中，会排出大量的有害气体和烟雾，有害气体一方面致使洞内空气恶化空气恶化，不仅会影响驾乘人员的舒适感，还会对其身体健康身体健康造成损害；另一方面洞内大量洞内大量烟雾使能见度降低能见度降低，给行车带来直接威胁。

因而需要对运营隧道进行通风。

高速公路隧道在运营期间为什么要进行通风？

高速公路隧道在运营期间为什么要进行通风？

汽车排放的污染物包括CO、NOx、CO2、SO2和烟雾等，其中以CO和烟雾对隧道运营环境的影响较为突出。

CO的危害：

烟雾的危害：

CO进入人体过多，就会导致氧气在血液中的输送量不足，引起头痛、眩晕、呕吐，严重时甚至引起昏迷、死亡。

烟雾浓度主要影响行车安全。

烟雾浓度越大，隧道内能见度越低，增大行车的危险性。

若隧道内的换气频率过低，那么还会存在异味集聚，影响隧道内司乘人员的舒适性。

公路隧道运行通风的目的主要有：

公路隧道运行通风的目的主要有：

1.对有害气体（主要是CO）进行稀释，保证隧道内卫生条件；2.对烟雾进行稀释，保证洞内行车安全；3.对异味进行稀释，提高隧道内行车的舒适性。

2、洞内营运环境卫生标准CO设计浓度设计浓度（）：

1m3空气中二氧化碳的体积表示空气中二氧化碳的体积表示2交通阻滞（平均车速为10km/h）时，阻滞段的平均CO设计浓度可取300ppm，经历时间不超过20min。

注：

隧道长度为1000m3000m时，可按插值法取值1全横向通风方式与半横向通风方式时，CO设计浓度如下表（采用纵向通风方式时可按下表各值提高50ppm取值）。

隧道长度（m）10003000CO设计浓度（ppm）250200（公路隧道通风照明设计规范）烟雾设计浓度（烟雾设计浓度（k）：

光线在烟雾中的透过率表示）：

光线在烟雾中的透过率表示1烟雾设计浓度与车速，光源车速，光源有关。

烟雾设计浓度（钠光灯源）如下表：

计算的行车速度（km/h）100806040k（m-1）0.00650.00700.00750.00902当烟雾浓度达到0.012m-1时，应采取交通管制等措施。

3隧道内进行养护维修时，现场浓度不大于0.0035m-1。

2、洞内营运环境卫生标准（公路隧道通风照明设计规范）二、高速公路隧道运营通风的主要方式隧道通风方式自然通风机械通风二、高速公路隧道营运通风的主要方式纵向通风横向通风半横向通风组合通风全射流纵向通风集中送入式通风集中排出式通风竖井送排式通风送风半横向式排风半横向式自然通风是一种自然通风是一种最简单最简单也是也是最经济最经济的纵向通风的方式的纵向通风的方式。

它是靠它是靠自然风力产生的通风压力自然风力产生的通风压力迫使隧道内空气沿隧道轴线迫使隧道内空气沿隧道轴线流动流动，就能达到通风的目的就能达到通风的目的。

自然风大小方向不稳定自然风大小方向不稳定;适用于长度较短适用于长度较短，交通量较小的隧道中交通量较小的隧道中。

自然通风L-隧道长度（m）；N-设计交通量（辆/h）。

LN=2106采用机械通风辨别式：

英国英国RotheritechRotheritech公路隧道虽然长度已经达到公路隧道虽然长度已经达到19131913mm，但当时通过但当时通过的汽车数量较少的汽车数量较少，并未设置正规通风并未设置正规通风，自然通风就足够了自然通风就足够了。

19271927年通车的美国纽约年通车的美国纽约HollandHolland隧道隧道26102610mm，就是世界上第一条设就是世界上第一条设置机械通风系统的公路隧道置机械通风系统的公路隧道。

机械通风纵向通风半横向通风横向通风组合方式机械通风纵向通风全射流式集中送入式集中排出式竖井送排式基本特征：

通风风流沿隧道纵向流动。

（1）纵向通风工程造价较低；营运期间开支降低；无新鲜风补给，有一定的适应长度。

工程造价较低；营运期间开支降低；无新鲜风补给，有一定的适应长度。

全射流通风方式指通过设置在隧道内的风机产生的通风压力使新鲜空气通过隧道口进入隧道并沿隧道轴线流动的通风方式。

射流风机射流风机射流风机射流风机是一种开放进、出口的特殊轴流风机，与普通风机相比，它具有体积小，出口风速高，价格便宜的特点。

优点：

设备费少，经济，易安装缺点：

噪音大污染物浓度分布情况在全射流纵向通风方式下，空气沿隧道纵向流动，新鲜空气从隧道的一端进入，而从另一端排出。

空气在隧道内的流动过程中，不断地有车辆从中穿过并排除污染物不断地有车辆从中穿过并排除污染物，这样导致空气内的污染物越积越多，到达出洞端时，空气中的污染物浓度达到了最大空气中的污染物浓度达到了最大值值。

集中排出式集中送入式集中排出式与集中送入出口入口污染物浓度污染物浓度分布情况污染物浓度入口出口集中排出式集中送入式竖井送排式污染物浓度入口出口污染物浓度分布情况

（2）横向式通风基本特征：

分别设有送风道和排风道，通风风流在隧道内做横向流动。

（2）横向式通风优点：

风流，污染物，压力分布均匀有利于防灾救援缺点：

截面较大，工程造价较高施工困难基本特征：

由隧道通风道送风或排风，由洞口沿隧道纵向排风或抽风。

这样风流既有部分平行于行车方向，也有部分垂直于行车方向。

半横向式通风送风半横向式排风半横向式（3）半横向式通风送风半横向式排风半横向式送风半横向式（4）组合式通风基本特征：

组合式通风为采用两种及两种以上基本通风方式进行组合的通风方式。

常见的组合方式：

纵向通风与半横向排烟的组合全射流通风与竖井送排的组合纵向通风与半横向排烟的组合浙江括苍山隧道（长7930m）全射流通风与竖井送排的组合重庆铁峰山2#隧道（长6025m）影响通风方式的选择的因素：

影响通风方式的选择的因素：

1.隧道长度；隧道长度；2.隧道交通条件；隧道交通条件；3.隧道所处地层的地质条件；隧道所处地层的地质条件；4.隧道所处地形和气象条件；隧道所处地形和气象条件；5.工程造价。

工程造价。

通风方式的选择合理的通风方式是可靠性高，建设安装方便，投资小，隧道内环境好，对灾害适应能力强运营费用低的通风方式。

各种通风方式的比较特征特征纵向式纵向式半横向式半横向式全横向式全横向式全射全射流式流式集中送集中送入式入式集中排集中排除式除式竖井送竖井送排式排式送风式送风式排风式排风式工程造价工程造价低低一般一般一般一般一般一般较高较高较高较高高高交通风利用交通风利用很好很好很好很好部分较好部分较好很好很好较好较好不好不好不好不好技术难度技术难度不难不难一般一般一般一般稍难稍难稍难稍难稍难稍难难难分期实施分期实施易易不易不易不易不易不易不易难难难难难难运营费运营费低低一般一般一般一般一般一般较高较高较高较高高高洞内噪音洞内噪音较大较大口部较大口部较大较小较小较小较小小小小小小小洞口环保洞口环保不利不利不利不利有利有利一般一般一般一般有利有利有利有利火灾排烟火灾排烟不便不便不便不便较方便较方便较方便较方便方便方便方便方便有效有效（5）发展趋势长度大于10km公路隧道的通风方式隧道名称隧道名称国家国家长度长度（km）建成年代建成年代通风方式通风方式勃朗峰勃朗峰法国法国-意大利意大利11.61965横向横向弗蕾儒斯弗蕾儒斯法国法国-意大利意大利12.91979横向横向圣哥达隧道圣哥达隧道瑞士瑞士16.91980横向横向阿尔贝格阿尔贝格奥地利奥地利13.91982横向横向关越关越I日本日本10.91985纵向纵向关越关越II日本日本11.01990纵向纵向Laerdal挪威挪威24.52001纵向纵向坪林坪林中国台湾中国台湾12.92003纵向纵向终南山终南山中国中国18.02005纵向纵向可以看出可以看出：

纵向式通风为公路隧道当前及将来一段时间内的主流通风模式，其中全射流通风全射流通风主要适用于长度在5000米以下的高速公路隧道，对于西部山区隧道而言，隧道长度在5000米6000米之间时也有采用全射流纵向式通风的可能，而长度在6000米以上的公路隧道中，主要采用竖井送排式分段纵向通风。

第五讲高速公路隧道营运通风主要内容营运通风的目的及卫生标准营运通风控制系统营运通风的主要方式营运通风的设计和计算三、运营通风的设计和计算前面已经提到，隧道营运的两大污染物所以我就需得出稀释CO和烟雾的需风量）（COreqQ）（VIreqQ运营通风的设计和计算运营通风的设计和计算1.需风量的计算1.需风量的计算隧道需风量主要以有害气体与烟雾的排放量为依据的，计算有害气体有害气体和烟雾烟雾的排放量排放量是一个重要环节，也是整个隧道通风系统设计的基本依据。

而有害气体排放量计算中又以交通量交通量NN和有有害气体基准排放量害气体基准排放量qq为最主要参数。

污染物排放量的计算需综合考虑这两因素以及它们之间的匹配关系。

运营通风的设计和计算nmmmivhdaCOCOfNLffffqQ16106.31考虑CO的车况系数车密度系数考虑CO的海拔高度系数考虑CO的车型系数考虑CO的纵坡车速系数L隧道长度n车型类别数，分大、中、小型车则n取3相应的车型的设计交通量（辆/h）运营通风的设计和计算CO的设计浓度p标准气温（标准气温（K），取），取273KT隧道夏季的设计气温（K）600）（10TTppQQCOCOreq1全横向通风方式与半横向通风方式时，CO设计浓度如下表（采用纵向通风方式时可按下表各值提高50ppm取值）注：

隧道长度为1000m3000m时，可按插值法取值CO设计浓度（设计浓度（）：

）：

2交通阻滞（平均车速为10km/h时）时，阻滞段的平均CO设计浓度可取300ppm，经历时间不超过20min。

运营通风的设计和计算工程实践表明，在目前的规范规定的标准下，多数情况下长大公路隧道需风量的确定时常以稀释烟雾的需风量稀释烟雾的需风量起控制作用。

柴油机车排放的高浓度黑烟，降低了能见度，影响视野，是烟雾污染物的主要来源，而汽油车的烟雾排放量只有柴油车的几十分之一，所以考虑烟雾排放一般只考虑柴油车柴油车。

规范给出的烟雾排放量按下式计算：

DnmVImmVIivVIhdVIaVIVIfNLffffqQ1）（）（）（）（6106.31运营通风的设计和计算考虑烟雾的车况系数考虑烟雾的海拔高度系数考虑烟雾的车型系数考虑烟雾的纵坡车速系数L隧道长度n柴油车车型类别数，分大、中、小型车则n取3相应的车型的设计交通量（辆/h）DnmVImmVIivVIhdVIaVIVIfNLffffqQ1）（）（）（）（6106.31运营通风的设计和计算KQQVIVIreq）（K烟雾设计浓度不但与车速有关而且与亮度、光源有关。

烟雾设计浓度（钠光灯源）如下表知道需要多少空气以后，我们需要了解通风的阻力及动力，怎么样让这些空气在隧道中流动起来，达到通风的目的。

运营通风的设计和计算2.隧道空气流动的力学模型在建立空气流动的力学模型前，还需进行下面一些假定：

（11）流体不可压缩）流体不可压缩（22）流体的流动为稳定流）流体的流动为稳定流（33）流体服从连续性定律）流体服从连续性定律（44）流体的流动遵守能量守恒定律）流体的流动遵守能量守恒定律（44）流体的流动遵守能量守恒定律）流体的流动遵守能量守恒定律隧道内的气体在隧道内作渐变流动时，其压力与速度沿流程各段面的变化（包括摩擦阻力损失）服从能量守恒。

（11）流体不可压缩）流体不可压缩当作用在流体上压力变化时，随压力增加，流体体积减小，重度增大，这种特性叫压缩性。

隧道内通风的压力一般都在常规范围内，温度和压力变化不大，流体体积变化不大，所以假定流体为不可压缩的气体。

（22）流体的流动为稳定流）流体的流动为稳定流流体隧道内流动过程中，任意一点的压力和流速不随时间变化，压力和流速只是流动点