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1、隧道工程-第八章学习本章的目的：学习本章的目的：（1 1）掌握公路隧道内的有害物质浓度定）掌握公路隧道内的有害物质浓度定义和表示方法；义和表示方法；（2 2）了解需风量的计算方法；）了解需风量的计算方法；（3 3）掌握隧道通风方式及其如何选择。）掌握隧道通风方式及其如何选择。第第8 8章章 隧道通风隧道通风8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 空气中有害物质容许浓度空气中有害物质容许浓度 8.3 8.3 需风量计算需风量计算 8.4 8.4 通风方式及其选择通风方式及其选择8.1 8.1 概述概述 1 1、隧道内污染的形成、隧道内污染的形成 2 2、改善隧道内污染的途径、改善隧道内污染的途径
2、3 3、隧道通风设计要考虑的主要问题、隧道通风设计要考虑的主要问题隧道运营中的通风智能控制隧道运营中的通风智能控制1 1、隧道内污染的形成、隧道内污染的形成 施工期间：爆破、施工设备、瓦斯施工期间：爆破、施工设备、瓦斯 运营期间：汽车排放出的废气，运营期间：汽车排放出的废气，COCO和烟雾和烟雾 隧道内突发事件的产生：火灾、消隧道内突发事件的产生：火灾、消防、交通混乱防、交通混乱2 2、改善隧道内污染的途径、改善隧道内污染的途径 消除污染源消除污染源-改造汽车改造汽车 使用滤毒滤烟设备，还原被污染空使用滤毒滤烟设备，还原被污染空气气 将污染空气稀释到容许浓度值以下将污染空气稀释到容许浓度值以下
3、 突发事件应急措施研究、隧道结构研突发事件应急措施研究、隧道结构研究、路面结构研究究、路面结构研究3 3、隧道通风设计要考虑的主要问题、隧道通风设计要考虑的主要问题 空气中有害物质的容许浓度：人的忍空气中有害物质的容许浓度：人的忍受程度、行车安全视距受程度、行车安全视距 需风量计算问题：交通量和排放量需风量计算问题：交通量和排放量 自然通风的能力自然通风的能力 机械通风方式的讨论机械通风方式的讨论 通风方式及通风设备选择：经济性和通风方式及通风设备选择：经济性和耐久性耐久性8.2 8.2 空气中有害物质容许浓度空气中有害物质容许浓度1 1、确定隧道内污染空气中有害物的设计、确定隧道内污染空气中
4、有害物的设计浓度需要研究的问题浓度需要研究的问题 对汽车排放对汽车排放COCO量的研究量的研究 对汽车排放烟雾量及透明度的研究对汽车排放烟雾量及透明度的研究 人在污染空气中的适应能力人在污染空气中的适应能力 分别研究分别研究COCO设计浓度和烟雾设计浓度设计浓度和烟雾设计浓度2 2、COCO设计浓度设计浓度 有害气体浓度的表示：单位体有害气体浓度的表示：单位体积被污染空气中含有害气体体积积被污染空气中含有害气体体积 人体人体对各种浓对各种浓度有害气度有害气体的反映体的反映 CO CO设计浓度：与隧道长度和通风方式有设计浓度：与隧道长度和通风方式有关关CO设计浓度（设计浓度（ppm）隧道长度（隧
5、道长度（m）纵向通风方式纵向通风方式300250全横向和半横向通全横向和半横向通风方式风方式250200人车混合通行隧道人车混合通行隧道1501003 3、烟雾设计浓度、烟雾设计浓度 烟雾浓度定义：通过测定光线在烟雾中的透过率烟雾浓度定义：通过测定光线在烟雾中的透过率来表示来表示透过率是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过量之比式中：式中： 分别为同一光源的光通过污染空分别为同一光源的光通过污染空气和洁净空气后的照度气和洁净空气后的照度。则烟雾浓度则烟雾浓度K K为：为：式中：式中： 是光源光穿过是光源光穿过lmlm厚的容许透光率，在隧道通厚的容许透光率，在隧道通风与照明中，取风与照明
6、中，取l l100m100m，故其容许浓度，故其容许浓度 烟雾浓度烟雾浓度K K为为 司机对烟雾浓度舒适度的评价司机对烟雾浓度舒适度的评价当烟雾浓度，透过率（当烟雾浓度，透过率（l l 100m100m）和车速不同，）和车速不同，对舒适程度的不同，下表是行车速度为对舒适程度的不同，下表是行车速度为40km/h40km/h时，司机对舒适水平的主观评价时，司机对舒适水平的主观评价司机对司机对对烟雾浓度的舒适度评价对烟雾浓度的舒适度评价 烟雾设计浓度：与光源和车速有关烟雾设计浓度：与光源和车速有关 当烟雾浓度达到当烟雾浓度达到0.012 1/m0.012 1/m时，应考时，应考虑采取交通管制等措施；
7、虑采取交通管制等措施； 隧道内进行养护维修时，烟雾浓度隧道内进行养护维修时，烟雾浓度不大于不大于0.0035 1/m 0.0035 1/m 4 4、其他有害物质、其他有害物质 氮氧化物：柴油机主要排放的有害物质，据调查，氮氧化物：柴油机主要排放的有害物质，据调查，平均浓度为平均浓度为20mg/m20mg/m3 3( (接触接触4545分钟分钟) )，只有少数人出现不，只有少数人出现不适感，当平均浓度为适感，当平均浓度为55mg/m55mg/m3 3，全部人员有不适感；，全部人员有不适感； 丙烯醛：是一种无色挥发性液体，对眼睛和呼吸道丙烯醛：是一种无色挥发性液体，对眼睛和呼吸道粘膜有剧烈刺激作用
8、，如流泪等；粘膜有剧烈刺激作用，如流泪等； 二氧化硫：为具有强烈幸辣刺激性气味的气体，进二氧化硫：为具有强烈幸辣刺激性气味的气体，进入呼吸道后形成硫酸和亚硫酸，引起各种炎症。入呼吸道后形成硫酸和亚硫酸，引起各种炎症。 这些有害物质的含量与这些有害物质的含量与COCO和烟雾含量相比较小和烟雾含量相比较小 8.3 8.3 需风量计算需风量计算 1 1、按稀释、按稀释COCO浓度计算新风量浓度计算新风量 2 2、按稀释烟雾浓度计算新风量、按稀释烟雾浓度计算新风量3 3、需风量的取值、需风量的取值1 1、按稀释、按稀释COCO浓度计算新风量浓度计算新风量 计算方法计算方法 通风设计中，车辆有害气体排放
9、量通风设计中，车辆有害气体排放量及与之对应的交通量都应有明确的远景设及与之对应的交通量都应有明确的远景设计年限，两者应相匹配；计年限，两者应相匹配； 1 1、按稀释、按稀释COCO浓度计算新风量浓度计算新风量 确定新风量时，应对计算行车速度以确定新风量时，应对计算行车速度以下的各工况车速按下的各工况车速按20km/h20km/h为一档分别进行为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态取其较大者作计算，并考虑交通阻滞状态取其较大者作为设计需风量；为设计需风量； 1 1、按稀释、按稀释COCO浓度计算新风量浓度计算新风量 在双向交通隧道中，上坡较长方向在双向交通隧道中，上坡较长方向的交通量按设计交通量
10、的的交通量按设计交通量的60%60%进行计算；进行计算； 首先计算汽车排放量，然后计算稀首先计算汽车排放量，然后计算稀释到容许浓度所需新风量。释到容许浓度所需新风量。 计算公式计算公式 COCO的排放量计算的排放量计算 其中：其中： 是隧道全长是隧道全长COCO排放量；排放量； 是是COCO基准排放量辆基准排放量辆km)km)，可取，可取0.010.01； 为为考考虑虑COCO的的车车况况系系数数，对对高高速速公公路路、一一级级公公路路取取1.01.0，对二、三、四级公路取，对二、三、四级公路取1.11.21.11.2； 是车密度系数，与车速有关，按表是车密度系数，与车速有关，按表8.68.6
11、取值；取值； 是考虑是考虑COCO的海拔高度系数，按图取值；的海拔高度系数，按图取值； 为相应车型的设计交通量（辆为相应车型的设计交通量（辆/h/h）；）； 为考虑为考虑COCO的车型系数，按表的车型系数，按表8-78-7取值；取值； 为考虑为考虑COCO的纵坡的纵坡- -车速系数，按表车速系数，按表8.88.8取值；取值； 为车型类别数。为车型类别数。 L L 为隧道长度，为隧道长度，m m 稀释稀释COCO到容许浓度的新风量计算到容许浓度的新风量计算 式式中中： 为为隧隧道道全全长长稀稀释释COCO的的需需风风量量 ； 标标 准准 大大 气气 压压 ， 取取 101.325 101.325
12、 ； 是隧址设计气压是隧址设计气压 ； 是标准气温是标准气温K K，取，取273273； 为隧道夏季的设计气温为隧道夏季的设计气温K K。 是是COCO设计浓度。设计浓度。 2 2、按稀释烟雾浓度计算新风量、按稀释烟雾浓度计算新风量 烟雾排放量是以柴油车作为计算依烟雾排放量是以柴油车作为计算依据，当交通流组成柴油车比例大到某一限据，当交通流组成柴油车比例大到某一限度以后，烟雾危害超过度以后，烟雾危害超过COCO危害，因此，根危害，因此，根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问题。题。 烟雾排放量计算烟雾排放量计算其中：其中： 是隧道全长烟雾排放量（是隧道全长烟
13、雾排放量（ ）；）； 为为烟烟雾雾基基准准排排放放量量 辆辆km)km)，可可取取2.5 2.5 辆辆km)km)； 含义是每辆中型货车行含义是每辆中型货车行1km1km排放浓度为排放浓度为1m1m-1-1的烟雾的烟雾2.5m2.5m3 3 为为考考虑虑烟烟雾雾的的车车况况系系数数，对对高高速速公公路路、一一级级公公路路取取1.01.0，对二、三、四级公路取，对二、三、四级公路取1.21.51.21.5； 是考虑烟雾的海拔高度系数，按图取值；是考虑烟雾的海拔高度系数，按图取值； 为考虑烟雾的纵坡为考虑烟雾的纵坡- -车速系数，按表取值；车速系数，按表取值； 是考虑烟雾的车型系数，按表取值；是考
14、虑烟雾的车型系数，按表取值； 是柴油车车型类别系数；是柴油车车型类别系数； 稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计算算所需新鲜风量按下式计算所需新鲜风量按下式计算 为为 隧隧 道道 全全 长长 稀稀 释释 烟烟 雾雾 的的 需需 风风 量量 （ ）；）； 为烟雾设计浓度（为烟雾设计浓度（ ）3 3 需风量的取值需风量的取值8.4 8.4 通风方式及其选择通风方式及其选择 1 1、概述、概述 通风方式通风方式 通风通风方式方式车道空间的空气流动自然通风自然通风自然风自然风机械通风机械通风交通风交通风(活塞风活塞风)一般不稳定一般不稳定交通量有关交通量有关(车速等车速等)
15、纵向通风纵向通风横向通风横向通风半横向通风半横向通风组合通风组合通风 如何选择通风方式如何选择通风方式 确定所需风量确定所需风量 考虑自然通风是否满足考虑自然通风是否满足 选择通风方式选择通风方式 通风方式选择与多种因素有关通风方式选择与多种因素有关 隧道类型：山岭隧道、城市隧道、水底隧道类型：山岭隧道、城市隧道、水底隧道隧道 交通量：近期、远期、某年限的交通量交通量：近期、远期、某年限的交通量 经济问题：工程费、维修费和养护费经济问题：工程费、维修费和养护费 地质、气候和周围环境的影响：大断面地质、气候和周围环境的影响：大断面开挖的可行性开挖的可行性 2 2、自然通风、自然通风 自然风的变化
16、是复杂而不稳定的，自然风的变化是复杂而不稳定的，用它来作为通风计算的依据，其可靠性用它来作为通风计算的依据，其可靠性自然很差。但是作为机械通风时的辅助自然很差。但是作为机械通风时的辅助作用，却不应忽视，至少可以调节通风作用，却不应忽视，至少可以调节通风机的转数，有利于节能。机的转数，有利于节能。2 2、自然通风、自然通风 自然风压阻力自然风压阻力 是自然风阻力（是自然风阻力（ ）；）； 为隧道入口损失系数，可取为隧道入口损失系数，可取0.60.6； 是隧道壁面摩阻损失系数；是隧道壁面摩阻损失系数；0.020.02 L L 是隧道长度；是隧道长度； 是自然风作用引起的洞内风速（是自然风作用引起的
17、洞内风速（ ），可取），可取2323； 为空气密度（为空气密度（ ），可取），可取1.21.2； 为隧道断面当量直径，为隧道断面当量直径， 为隧道净空断面积，为隧道净空断面积， 为隧道断面周长。为隧道断面周长。 交通风压阻力交通风压阻力 交通风力可按下式计算：交通风力可按下式计算： 其中： 是交通通风力； 是隧道内与 同向的车辆数； 为隧道内与 反向的车辆数； 是隧道设计风速ms； 为与 同向的各工况车速； 为与 反向的各工况车速； 为汽车等效阻抗面积（汽车正投影面积）。 通风阻抗力通风阻抗力式中： （ ）。 是隧道设计风速 ms； 隧道内压力平衡条件隧道内压力平衡条件 为射流风机群总升压力（
18、为射流风机群总升压力（N/m2N/m2） 射流风机所需台数计算射流风机所需台数计算在满足隧道设计风速条件下，射流风机台在满足隧道设计风速条件下，射流风机台数为：数为： 为每台射流风机升压力：为每台射流风机升压力： 是射流风机出口面积；是射流风机出口面积； 是射流风机出口速度；是射流风机出口速度； 射流风机位射流风机位置摩阻损失折减系数；置摩阻损失折减系数； 3 3、是否设置通风机的经验判定、是否设置通风机的经验判定 双向交通隧道双向交通隧道 （双向交通）（双向交通） 单向交通隧道单向交通隧道 （单向交通）（单向交通）式中：式中：L L为隧道长度（为隧道长度（m m）；）；N N为设计交通量为设
19、计交通量（辆（辆/h/h） 4 4、纵向通风、纵向通风 纵向式通风是从一个洞口直接引纵向式通风是从一个洞口直接引进新鲜空气，由另一洞口把污染空气进新鲜空气，由另一洞口把污染空气排出的方式，与自然通风的原理是相排出的方式，与自然通风的原理是相同的同的 4 4、纵向通风、纵向通风 射流式通风：在车道空间上方吊设射射流式通风：在车道空间上方吊设射流风机，用以升压流风机，用以升压 对于双向交通，适用于对于双向交通，适用于1000m1000m以下的隧以下的隧道；道； 对于单向交通，可达对于单向交通，可达3000m3000m。 优点：设备费少、经济；优点：设备费少、经济； 缺点：噪音大缺点：噪音大 有竖井
20、的纵向式通风：有竖井的纵向式通风： 纵向式通风是最简单的通风方式，它以自纵向式通风是最简单的通风方式，它以自然通风为主，不满足需要时，用机械通风加以然通风为主，不满足需要时，用机械通风加以补充，是经济合理的。但是，通风所需动力与补充，是经济合理的。但是，通风所需动力与隧道长度的立方成正比。如果在隧道中间设置隧道长度的立方成正比。如果在隧道中间设置竖井就可以克服这个缺点。常常用竖井对长隧竖井就可以克服这个缺点。常常用竖井对长隧道进行分段。道进行分段。 双向交通，适用于双向交通，适用于3000m3000m以上的隧道；以上的隧道； 单向交通，适用于单向交通，适用于5000m5000m以上的隧道；以上
21、的隧道；5 5、横向通风、横向通风 半横向通风半横向通风( (送风式半横向、排风式半送风式半横向、排风式半横向横向) ) 送风式半横向通风是半横向通风的标送风式半横向通风是半横向通风的标准型式，新鲜空气经送风管直接吹向汽车准型式，新鲜空气经送风管直接吹向汽车的排气孔高度附近，对排气直接稀释，这的排气孔高度附近，对排气直接稀释，这对后续车很有利。污染空气是在隧道上部对后续车很有利。污染空气是在隧道上部扩散，经过两端洞门排出洞外。扩散，经过两端洞门排出洞外。 全横向通风全横向通风 这种通风方式同时设置送风管道这种通风方式同时设置送风管道和排风管道，隧道内基本上不产生沿和排风管道，隧道内基本上不产生
22、沿纵向流动的风，只有横方向的风流动。纵向流动的风，只有横方向的风流动。 混合式通风混合式通风 混合式通风没有固定的格局，它是混合式通风没有固定的格局，它是根据某些特殊的需要，由上述几种基本根据某些特殊的需要，由上述几种基本通风型式组合而成的。其组合方式有许通风型式组合而成的。其组合方式有许多种，但应符合经济实用原则。多种，但应符合经济实用原则。 隧道类型隧道类型通风方式通风方式隧道长度隧道长度 m m单向行单向行车隧道车隧道纵向通风方式纵向通风方式射流风机式射流风机式集中送排风式集中送排风式500200050020002000400020004000半横向通风方式半横向通风方式15003000
23、15003000横向通风方式横向通风方式2000400020004000双向行双向行车隧道车隧道纵向通风方式纵向通风方式射流风机式射流风机式集中送排风式集中送排风式5001000500100050020005002000半横向通风方式半横向通风方式1000300010003000横向通风方式横向通风方式2000400020004000各通风方式的适用长度各通风方式的适用长度6 6、通风方式选择、通风方式选择 影响通风方式选择的因素影响通风方式选择的因素 隧道长度：是影响隧道通风方式选择隧道长度：是影响隧道通风方式选择的最主要的因素的最主要的因素 。隧道越长，对隧道通。隧道越长，对隧道通风的安全
24、性和可靠性要求越高风的安全性和可靠性要求越高 隧道交通条件隧道交通条件隧道交通条件指隧道内为单向行车还是双隧道交通条件指隧道内为单向行车还是双向行车以及隧道的交通量向行车以及隧道的交通量 一般单向行车的隧道采用纵向和半一般单向行车的隧道采用纵向和半横向通风较好，能利用自然风和活塞风；横向通风较好，能利用自然风和活塞风； 交通量大的隧道一方面有害气体排交通量大的隧道一方面有害气体排放量大，另一方面安全要求高，应选用横放量大，另一方面安全要求高，应选用横向通风或半横向通风方式。向通风或半横向通风方式。 隧道所处地层的地质条件隧道所处地层的地质条件 隧道所处地层的地质条件好，隧道施隧道所处地层的地质
25、条件好，隧道施工比较容易，费用低，这时选用横向通风工比较容易，费用低，这时选用横向通风方式；如果围岩条件差，则可能由于隧道方式；如果围岩条件差，则可能由于隧道施工困难，以及施工费用高而影响到横向施工困难，以及施工费用高而影响到横向通风的使用。通风的使用。 隧道所处地区的地形和气象条件隧道所处地区的地形和气象条件 通风方式选择的原则通风方式选择的原则 合理通风方式是安全可靠性高，建合理通风方式是安全可靠性高，建设安装方便，投资小，隧道内环境好，对设安装方便，投资小，隧道内环境好，对灾害的适应能力强，运营管理方便，运营灾害的适应能力强，运营管理方便，运营费用低的通风方式。费用低的通风方式。 隧道通
26、风方式的选择是一项十分复杂隧道通风方式的选择是一项十分复杂而艰巨的工作。在选择通风方式时，一定而艰巨的工作。在选择通风方式时，一定要认真，要有科学和经济两个头脑，要对要认真，要有科学和经济两个头脑，要对国家和人民负责。国家和人民负责。 通风机的选择通风机的选择 通风机的选择包括选择通风机的类型、通风机的选择包括选择通风机的类型、通风机的型号、通风机的联合运转方式以通风机的型号、通风机的联合运转方式以及通风机的机号、转速和叶片安装角等。及通风机的机号、转速和叶片安装角等。合理的通风机是在满足通风要求合理的通风机是在满足通风要求( (足够的足够的风量风量) )时，工作效率时，工作效率 比较高的通风
27、机。比较高的通风机。通风机选择的依据是隧道的通风阻力和要通风机选择的依据是隧道的通风阻力和要求的通风量求的通风量 以及其它的一些隧道以及其它的一些隧道条件。条件。 通风机的选型可按下列步聚和方法进行：通风机的选型可按下列步聚和方法进行： 根据离心式和轴流式通风机的优、缺根据离心式和轴流式通风机的优、缺点选择通风机的种类点选择通风机的种类 根据通风机类型特性曲线选择型号根据通风机类型特性曲线选择型号 根据通风机的个体特性曲线选择型号根据通风机的个体特性曲线选择型号 通风机的选型可按下列步聚和方法进行：通风机的选型可按下列步聚和方法进行： 单机不能满足风量要求时，应取二机单机不能满足风量要求时，应取二机或多机并联运转或多机并联运转 调整通风机动轮转速和叶片安装角调整通风机动轮转速和叶片安装角 目的：目的： 调整动轮转速和叶片安装角使风机处调整动轮转速和叶片安装角使风机处于效率最高最稳定的工作状态；于效率最高最稳定的工作状态； 因隧道交通量或其它条件变化引起隧因隧道交通量或其它条件变化引起隧道通风量和风阻发生变化时，调整动轮转道通风量和风阻发生变化时，调整动轮转速或叶片安装角可改变风机工况点。速或叶片安装角可改变风机工况点。
