隧道工程
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隧道工程. 第 9 章 隧道通风与照明. 学习本章的目的: ( 1 )掌握公路隧道内的有害物质浓度定义和表示方法; ( 2 )了解需风量的计算方法; ( 3 )掌握隧道通风方式及其如何选择。. 第 9 章 隧道通风与照明. 9.1 概述 9.2 空气中有害物质容许浓度 9.3 需风量计算 9.4 通风方式及其选择 9.5 隧道照明概述 9.6 隧道照明基础 9.7 道路照明的质量 9.8 隧道亮度曲线 9.9 照明设计. 9.1 概述 1 、隧道内污染的形成 2 、改善隧道内污染的途径 3 、隧道通风设计要考虑的主要问题.

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隧道工程

第9章 隧道通风与照明


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学习本章的目的:

(1)掌握公路隧道内的有害物质浓度定义和表示方法;

(2)了解需风量的计算方法;

(3)掌握隧道通风方式及其如何选择。


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第9章 隧道通风与照明

9.1 概述

9.2 空气中有害物质容许浓度

9.3 需风量计算

9.4 通风方式及其选择

9.5 隧道照明概述

9.6 隧道照明基础

9.7 道路照明的质量

9.8 隧道亮度曲线

9.9 照明设计


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9.1 概述

1、隧道内污染的形成

2、改善隧道内污染的途径

3、隧道通风设计要考虑的主要问题


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隧道施工中的污染


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隧道施工中的污染


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隧道运营中的通风设备


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隧道运营中的通风智能控制


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1、隧道内污染的形成

● 施工期间:爆破、施工设备、瓦斯

● 运营期间:汽车排放出的废气,CO和烟雾

● 隧道内突发事件的产生:火灾、消防、交通混乱


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2、改善隧道内污染的途径

● 消除污染源---改造汽车

● 使用滤毒滤烟设备,还原被污染空气

● 将污染空气稀释到容许浓度值以下

● 突发事件应急措施研究、隧道结构研究、路面结构研究


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3、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:人的忍受程度、行车安全视距

● 需风量计算问题:交通量和排放量

● 自然通风的能力

● 机械通风方式的讨论

● 通风方式及通风设备选择:经济性和耐久性


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9.2 空气中有害物质容许浓度


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1、确定隧道内污染空气中有害物的设计浓度需要研究的问题

● 对汽车排放CO量的研究

● 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

● 分别研究CO设计浓度和烟雾设计浓度


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2、CO设计浓度

⑴ 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


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⑵ 人体对各种浓度有害气体的反映


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⑶ CO设计浓度:与隧道长度和通风方式有关

CO设计浓度(ppm)


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3、烟雾设计浓度

⑴ 烟雾浓度定义:通过测定光线在烟雾中的透过率来表示

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: 分别为同一光源的光通过污染空气和洁净空气后的照度。则烟雾浓度K为:


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烟雾浓度K为

式中: 是光源光穿过lm厚的容许透光率,在隧道通风与照明中,取l=100m,故其容许浓度


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⑵ 司机对烟雾浓度舒适度的评价

当烟雾浓度,透过率(l= 100m)和车速不同,对舒适程度的不同,下表是行车速度为40km/h时,司机对舒适水平的主观评价

司机对对烟雾浓度的舒适度评价


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⑶ 烟雾设计浓度:与光源和车速有关

● 当烟雾浓度达到0.012 1/m时,应考虑采取交通管制等措施;

● 隧道内进行养护维修时,烟雾浓度不大于0.0035 1/m


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4、其他有害物质

⑴ 氮氧化物:柴油机主要排放的有害物质,据调查,平均浓度为20mg/m3(接触45分钟),只有少数人出现不适感,当平均浓度为55mg/m3,全部人员有不适感;

⑵ 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,如流泪等;

⑶ 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。

⑷ 这些有害物质的含量与CO和烟雾含量相比较小


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9.3 需风量计算

1、按稀释CO浓度计算新风量

2、按稀释烟雾浓度计算新风量

3、需风量的取值


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1、按稀释CO浓度计算新风量

⑴ 计算方法

● 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计年限,两者应相匹配;


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1、按稀释CO浓度计算新风量

● 确定新风量时,应对计算行车速度以下的各工况车速按20km/h为一档分别进行计算,并考虑交通阻滞状态取其较大者作为设计需风量;


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1、按稀释CO浓度计算新风量

● 在双向交通隧道中,上坡较长方向的交通量按设计交通量的60%进行计算;

● 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。


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⑵ 计算公式

① CO的排放量计算


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其中: 是隧道全长CO排放量;

是CO基准排放量辆km),可取0.01;

为考虑CO的车况系数,对高速公路、一级公路取1.0,对二、三、四级公路取1.1~1.2;

是车密度系数,与车速有关,按表8.6取值;

是考虑CO的海拔高度系数,按图8.3.1取值;

为相应车型的设计交通量(辆/h);

为考虑CO的车型系数,按表8-7取值;

为考虑CO的纵坡-车速系数,按表8.8取值;

为车型类别数。 L 为隧道长度,m


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② 稀释CO到容许浓度的新风量计算


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式中:为隧道全长稀释CO的需风量 ;

标准大气压 ,取101.325 ;

是隧址设计气压 ;

是标准气温K,取273;

为隧道夏季的设计气温K。

是CO设计浓度。


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2、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CO危害,因此,根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问题。


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⑴ 烟雾排放量计算


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其中: 是隧道全长烟雾排放量( );

为烟雾基准排放量 辆km),可取2.5 辆km);

含义是每辆中型货车行1km排放浓度为1m-1的烟雾2.5m3

为考虑烟雾的车况系数,对高速公路、一级公路取1.0,对二、三、四级公路取1.2~1.5;

是考虑烟雾的海拔高度系数,按图8.3.2取值;

为考虑烟雾的纵坡-车速系数,按表8.3.4取值;

是考虑烟雾的车型系数,按表8.3.5取值;

是柴油车车型类别系数;


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⑵ 稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计算

所需新鲜风量按下式计算

为隧道全长稀释烟雾的需风量( );

为烟雾设计浓度( )


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3 需风量的取值


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9.4 通风方式及其选择


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1、概述

⑴ 通风方式

一般不稳定

自然风

自然通风

交通风(活塞风)

交通量有关

(车速等)

车道空间的空气流动

通风方式

纵向通风

横向通风

机械通风

半横向通风

组合通风


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⑵ 如何选择通风方式

● 确定所需风量

● 考虑自然通风是否满足

● 选择通风方式


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⑶ 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

● 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

● 地质、气候和周围环境的影响:大断面开挖的可行性


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2、自然通风 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,至少可以调节通风机的转数,有利于节能。


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2、自然通风 ⑴ 自然风压阻力

是自然风阻力( );

为隧道入口损失系数,可取0.6;

是隧道壁面摩阻损失系数;0.02

L是隧道长度;

是自然风作用引起的洞内风速( ),可取2~3;

为空气密度( ),可取1.2;

为隧道断面当量直径, 为隧道净空断面积, 为隧道断面周长。


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⑵ 交通风压阻力

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m/s; 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)。


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⑶ 通风阻抗力

式中:( )。

是隧道设计风速 m/s;


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⑷ 隧道内压力平衡条件

为射流风机群总升压力(N/m2)


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⑸ 射流风机所需台数计算

在满足隧道设计风速条件下,射流风机台数为:

为每台射流风机升压力:

是射流风机出口面积; 是射流风机出口速度; 射流风机位置摩阻损失折减系数;


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3、是否设置通风机的经验判定

⑴ 双向交通隧道

(双向交通)

⑵ 单向交通隧道

(单向交通)

式中:L为隧道长度(m);N为设计交通量(辆/h)


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4、纵向通风

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排出的方式,与自然通风的原理是相同的


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4、纵向通风

⑴ 射流式通风:在车道空间上方吊设射流风机,用以升压

● 对于双向交通,适用于1000m以下的隧道;

● 对于单向交通,可达3000m。


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● 优点:设备费少、经济;

● 缺点:噪音大


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⑶ 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。常常用竖井对长隧道进行分段。

● 双向交通,适用于3000m以上的隧道;

● 单向交通,适用于5000m以上的隧道;


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5、横向通风

⑴ 半横向通风(送风式半横向、排风式半横向)

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扩散,经过两端洞门排出洞外。


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⑵ 全横向通风

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纵向流动的风,只有横方向的风流动。


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⑶ 混合式通风

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。


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隧道类型

通风方式

隧道长度 m

单向行

车隧道

纵向通风方式

射流风机式

集中送排风式

500~2000

2000~4000

半横向通风方式

1500~3000

横向通风方式

2000~4000

双向行

车隧道

纵向通风方式

射流风机式

集中送排风式

500~1000

500~2000

半横向通风方式

1000~3000

横向通风方式

2000~4000

各通风方式的适用长度


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6、通风方式选择

⑴ 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的最主要的因素 。隧道越长,对隧道通风的安全性和可靠性要求越高


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● 隧道交通条件

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

◎ 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;

◎ 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,应选用横向通风或半横向通风方式。


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● 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,则可能由于隧道施工困难,以及施工费用高而影响到横向通风的使用。

● 隧道所处地区的地形和气象条件


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⑵ 通风方式选择的原则

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,对灾害的适应能力强,运营管理方便,运营费用低的通风方式。

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,一定要认真,要有科学和经济两个头脑,要对国家和人民负责。


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⑶ 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。合理的通风机是在满足通风要求(足够的风量)时,工作效率 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求的通风量 以及其它的一些隧道条件。


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通风机的选型可按下列步聚和方法进行:

① 根据离心式和轴流式通风机的优、缺点选择通风机的种类

② 根据通风机类型特性曲线选择型号

③ 根据通风机的个体特性曲线选择型号


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通风机的选型可按下列步聚和方法进行:

④ 单机不能满足风量要求时,应取二机或多机并联运转

⑤ 调整通风机动轮转速和叶片安装角


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● 目的:

◎ 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;

◎ 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,调整动轮转速或叶片安装角可改变风机工况点。


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