第1章-隧道通风

第1章隧道通风1.1概述1.2空气中有害物质容许浓度1.3需风量计算1.4通风方式及其选择1.5隧道通风设计1.1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被污染空气有害气体3361101mmppm⑵人体对各种浓度有害气体的反映CO-Hb%强症状重症中等症状轻度症状(h)坐姿(h)行走(h,min)劳动250ppm100ppm致死限界2000ppm500ppm1000ppm3000ppm10000ppm⑶CO设计浓度：与隧道长度和通风方式有关CO设计浓度（ppm）隧道长度（m）≤10003000CO设计浓度150100注：1、交通阻滞时，阻滞段的平均CO设计浓度可取150ppm；⑶CO(NO2)设计浓度：与隧道长度和通风方式有关注：3、人车混合通行的隧道，CO设计浓度不应大于70ppm；4、隧道内养护维修时，隧道作业段空气的CO允许浓度不应大于30ppm。3、烟尘设计浓度⑴烟尘设计浓度定义：表示烟尘对空气的污染程度，通过测定污染空气100m距离的烟尘光线透过率来确定，也称为100m透过率，为洞内能见度指标。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0EE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。则烟尘浓度K为：0,EElg1lK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lg1001K烟雾浓度K为(2)烟尘设计浓度：与光源和车速有关●采用显色指数33≤Ra≤60、相关色温2000~3000K的钠光源时，烟尘设计浓度K按下表取值●采用显色指数Ra≧65、相关色温3300~6000K的荧光灯、LED灯光源时，烟尘设计浓度K按下表取值设计速度vt(km/h)≥9060≤vt9050≤vt6030≤vt50vt≤30烟尘设计浓度K(m-1)0.00650.00700.00750.00900.0120设计速度vt(km/h)≥9060≤vt9050≤vt6030≤vt50vt≤30烟尘设计浓度K(m-1)0.00500.00650.00700.00750.0120(2)烟尘设计浓度：与光源和车速有关注：1、双洞单向交通临时改为单洞双向交通时，隧道内烟尘允许浓度不应大于0.012m-1；2、隧道内养护维修时，隧道作业段空气的烟尘允许浓度不应大于0.003m-1。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。1.3需风量计算1、按稀释CO浓度计算新风量2、按稀释烟尘浓度计算新风量3、需风量的取值需风量：按保证隧道安全运营要求的环境指标，根据隧道条件计算确定需要的新鲜空气量。计算方法：需风量计算中，设计小时交通量以及相对应的机动车有害气体排放量均应与各设计目标年份相匹配。计算方法：机动车有害气体基准排放量宜均以2000年为起点，按每年2.0%的递减率计算至设计目标年份获得的排放量，作为隧道通风设计目标年份的基准排放量，最大折减年限不宜超过30年。当隧道所在路段交通组成中有新型环保发动机车辆时，其有害气体排放量宜单独计算。确定需风量时，应对稀释烟尘、CO按隧道设计速度以下各工况车速10km/h为一档分别进行计算，并计算交通阻滞和换气的需风量，取其较大者作为设计需风量。1、按稀释CO浓度计算新风量●正常交通时，2000年的机动车尾排有害气体中CO的基准排放量应取0.007m3/(veh·km)●交通阻滞时，车辆按怠速考虑，2000年的机动车尾排有害气体中CO的基准排放量应取0.015m3/(veh·km)，且阻滞段计算长度不宜大于1000m。1、按稀释CO浓度计算需风量●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。①CO排放量计算公式nmmmivhdaCOCOfNLffffqQ16)(106.31其中：——隧道CO排放量(m3/s)；——设计目标年份的CO基准排放量辆m3/(veh·km)；——考虑CO的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二级以下公路取1.1~1.2；——车密度系数，与车速有关，按下表取值；COQCOqafdfnmmmivhdaCOCOfNLffffqQ16)(106.31工况车速(km/h)10080706050403020100.60.750.8511.21.5236df——考虑CO的海拔高度系数，按图取值；——相应车型的交通量（veh/h）；——考虑CO的车型系数，按下表取值；hfmNmfivfn——车型类别数；L——隧道长度，m；——考虑CO的纵坡-车速系数，按下表取值。车型柴油车汽油车小客车旅行车-轻型货车中型货车大型客车-拖挂车1.01.02.55.07.0mfnmmmivhdaCOCOfNLffffqQ16)(106.31设计速度vt(km/h)隧道行车方向纵坡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稀释CO到容许浓度的需风量计算600)(10TTppQQCOCOreq式中：——隧道全长稀释CO的需风量(m3/s)；——标准大气压，取101.325(kN/m2)；——隧址大气压(kN/m2)；——标准气温，取273K；——隧址夏季气温，K；——CO设计浓度。)(COreqQ0p0TpT2、按稀释烟尘浓度计算需风量2000年的机动车尾排有害气体中烟尘的基准排放量应取2.0m2/(veh·km)。车辆烟尘基准排放量是指满载重9.5t中型柴油货车行驶1km的排放浓度。⑴烟尘排放量计算∑1=)()()()(6)(10×6.31=DnmVImmVIIVVIhdVIaVIVIfNLffffqQ其中：——隧道烟尘排放量（m3/s）；——设计目标年份的烟尘基准排放量[m2/(veh·km)]；——考虑烟尘的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二级及以下公路取1.2~1.5；——考虑烟尘的海拔高度系数，按图取值；——柴油车车型类别系数；——考虑烟尘的车型系数，按下表取值；VIQVIq)(VIaf)(VIhfDn)(VIIVf——考虑烟尘的纵坡-车速系数，按下表取值；)(VImf小客车、轻型货车中型货车重型货车、大型客车拖挂车、集装箱车0.41.01.53工况车速(km/h)隧道行车方向纵坡i(%)-4-3-2-101234800.30.40.550.81.302.603.74.4-700.30.40.550.81.101.803.103.9-600.30.40.550.751.001.452.202.953.7500.30.40.550.751.001.452.202.953.7400.30.40.550.700.851.101.452.202.95300.30.40.500.600.720.901.101.452.0010~200.30.360.400.500.600.720.851.031.25⑵稀释烟尘到容许浓度的需风量计算KQQVIVIreq)(——隧道稀释烟尘的需风量（m3/s）；——烟尘设计浓度（m-1）。)(VIreqQK3、换气需风量3600××=)(sracreqnLAQAr——隧道净空面积（m2）；ns——隧道最小换气频率，不应低于每小时3次。4、需风量的取值()()(){}acreqVIreqCOreqreqQQQQ,,max=采用纵向式通风的隧道，换气需风量还需按下式计算后取最大值。racacreqAvQ×=)(vac——隧道换气风速，不应低于1.5m/s。1.4通风方式及其选择1、概述⑴通风方式通风方式车道空间的空气流动自然通风自然风机械通风交通风(活塞风)一般不稳定交通量有关(车速等)纵向通风半横向通风全射流集中送入式通风井送排式通风井排出式吸尘式送风式排风式1、概述⑴通风方式通风方式机械通风全横向通风组合通风底送顶排式顶送底排式侧送侧排式纵向组合式纵向+半横向组合式纵向+集中排烟组合式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经验公式双向交通隧道单向交通隧道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⑶通风方式选择与多种因素有关●采用纵向通风方式时单向交通且长度L≤5000m、双向交通且长度L≤3000m的隧道可采用全射流纵向通风方案。●通风井送排式纵向通风方式的通风井数量和隧道分段长度应根据隧道长度、防灾排烟需求、通风井设置条件、建设与运营费用等综合考虑。⑶通风方式选择与多种因素有关●对国内采用通风井送排式纵向通风方式的已建隧道工程调研统计表明：5000mL≤8000m的隧道通常设置1座通风井；8000mL≤12000m的隧道通常设置1~2座；12000mL≤16000m的隧道通常设置2~3座；L16000m的隧道通常设置3座或3座以上通风井。2、通风计算一般规定：公路隧道通风设计应根据工程可行性研究、初步设计和施工图设计等阶段的要求进行相应的计算。工程可行性研究阶段——根据工可阶段隧道的长度、平纵线形、横断面等条件，进行隧道需风量、设计风速等概略计算，对通风系统的经济型和合理性作初步分析。2、通风计算一般规定：初步设计阶段——对通风方案进行比选并进行通风系统初步设计，即根据隧道通风设计的调查资料，计算所需风压和风量、风机的大致规格、设置台数等，同时根据交通量等提出通风系统分期实施的设计方案，确定通风系统规模。2、通风计算一般规定：注：对于技术复杂的通风系统，如全横向通风、多座竖井（或斜井）结合射流风机分段组合通风的系统，在确定组合风压、风量、分段风速、送风和排风风压、风口与风道构造形式等方面存在困难时，通常采用数值或物理模拟试验手段等进行研究分析。2、通风计算一般规定：施工图设计——通风计算和设计需深化初步设计或技术设计的设计成果，确定通风系统的细部构造，精确计算所需风压和风量，计算隧道投入运营后的各种通风状态，制定通风设施总体运行方案。2、通风计算●通风系统中，风机及交通通风力提供的风量和风压应满足需风量和克服通风阻力的要求。通风计算中，应将自然通风力作为隧