隧道标准通风设计与计算

5通风设计及计算在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气和行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。5.1通风方式的确定隧道长度：长度为840m，设计交通量N=1127.4辆/小时，双向交通隧道。单向交通隧道，当符合式（5.2.1）的条件时，应采用纵向机械通风。6210LN（5.1）该隧道：远期，61127.4248400.102.2710LN＞6210故应采用纵向机械通风。5.2需风量的计算虎山公路隧道通风设计基本参数：道路等级山岭重丘三级公路车道数、交通条件双向、两车道、设计行车速度v=40km/h=11.11m/s隧道纵坡i1=2%L1=240mi2=-2%L2=600m平均海拔高度H=(179.65+184.11)/2=181.88m隧道断面周长Lr=30.84隧道断面Ar＝67.26m2当量直径Dr＝9.25m自然风引起的洞内风速Vn=2.5m/s空气密度：31.20/kgm隧道起止桩号、纵坡和设计标高：隧道进口里程桩号为K0+160，设计高程181.36米。出口里程桩号为K1，设计高程180.58米。隧道总长度L为840m。设计交通量：1127.4辆/h交通组成：小客大客小货中货大货拖挂19.3%30.1%7.8%17.3%22.6%2.9%汽柴比：小货、小客全为汽油车中货为0.68：0.32大客为0.71：0.29大货、拖挂全为柴油车隧道内平均温度：取20oC5.2.1CO排放量据《JTJ026.1—1999公路隧道通风照明设计规范》中关于隧道内的CO排放量及需风量的计算公式，行车速度分别按40km/h、20km/h、10km/h的工况计算。取CO基准排放量为：30.01/coqmkm辆考虑CO的车况系数为：1.0af据《JTJ026.1—1999公路隧道通风照明设计规范》中，分别考虑工况车速40km/h、20km/h、10km/h，不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如表5.1所示：表5.1不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值工况车速（km/h）402010fivi=2%1.01.00.8fd1.536考虑CO的海拔高度修正系数：平均海拔高度：181.36180.58180.972m取1.45hf考虑CO的车型系数如表5.2：表5.2考虑CO的车型系数车型各种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fm1.01.02.55.07.0交通量分解：汽油车：小型客车218，小型货车88，中型货车133，大型客车241柴油车：中型客车62，大型客车98，大型货车255，拖挂33计算各工况下全隧道CO排放量：按公式（5.3.1）计算，1613.610nCOcoadhivmmmQqffffLNf（5.2.1）式中COQ——隧道全长CO排放量(m³/s)coq——CO基准排放量（3/mkm辆），可取30.01/mkm辆；af——考虑CO的车况系数，取为1.0；df——车密度系数，按表5-1取值；hf——考虑CO的海拔高度系数，取1.45hfivf——考虑CO的纵坡—车速系数，按表5-1取值；mf——考虑CO的车型系数，按表5-2取值；n——车型类别数；mN——相应车型的设计交通量辆/h。当40/vkmh时查表得到：qco=0.01,fa=1.1,fd=1.5,fh=1.5,L1=240,L2=600，fiv1=1.0,fiv2=1.0，610.011.11.51.451.08403.610COQ2186298255331.0882.51335241730.0181/ms其他各种工况车速下CO的排放量用同样的方法计算，得出计算结果如表5.3：表5.3各工况车速下的CO的排放量工况车速(km/h)402010CO排放量（m³/s）0.01810.03040.0712最大CO排放量：由上述计算可以看出，在工况车速为10km/h时，CO排放量最大，为：30.0712/COQms稀释CO的需风量根据技术要求，CO的设计浓度为：正常行驶200ppm，阻塞路段为300ppm隧址夏季设计温度取20oC,换算成为绝对温度27320293TK稀释CO的需风量按(5.3.2)公式计算：60010COreqCOQpTQpT(5.2.2)式中reqCOQ——隧道全长稀释CO的需风量(m³/s)——CO设计浓度（正常路段为250ppm，阻塞路段为300ppm）；0p——标准大气压（kN/m²）,取101.325kN/m²；T——隧址夏季的设计气温（K），取293K；p——隧址设计气压,取为97.880kN/m²；0T——标准气温，取273K。60.0712101.3252931020097.88273reqCOQ3395.5/ms5.2.2烟雾排放量取烟雾基准排放量为：22.5m/kmVIq辆考虑烟雾的车况系数为：1.0aVIf依据《JTJ026.1—1999公路隧道通风照明设计规范》，分别考虑工况车速80km/h、60km/h、40km/h、20km/h以及交通阻塞（阻塞路段车速按10km/h及长度按1km计算）时，不同工况下的速度修正系数ivVIf和车密度修正系数df如表所示：5.4不同工况下的ivVIf和df工况车速（km/h）402010ivVIfi=1%1.10.720.72df1.536考虑烟雾的海拔高度系数平均海拔高度：181.36180.58180.972m，取1.25hf考虑烟雾的车型系数如下表5.5表5.5考虑烟雾的车型系数mVIf柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车0.41.01.53～4按公式(5.3.3)计算各工况车速下烟雾排放量：6113.610nDVIVIdmaVIhVIivVImVImQqffffLNf(5.2.3)式中VIQ——隧道全长烟雾排放量(m³/s)VIq——烟雾基准排放量(m³/km辆)，可取2.5m²/km辆；()aVIf——考虑烟雾的车况系数，按规范取值,取1.0；()hVIf——考虑烟雾的海拔高度系数，按规范查得取1.25；df——车密度系数，按表5-4取值；()ivVIf——考虑烟雾的纵坡—车速系数，按表5-4取值；()mVIf——考虑烟雾的车型系数，按表5-5取值；nD——柴油车车型类别数。算出各工况车速下的烟雾排放量如下表5.6：表5.6各工况车速下的烟雾排放量工况车速（km/h）402010烟雾量（m³/s）1.6342.1392.404最大烟雾排放量：由上述计算可知，在工况车速为10（km/h）时，烟雾排放量最大，为：32.404/VIQms稀释烟雾的需风量根据规范，正常时取烟雾设计浓度为K=0.00701m，交通阻滞时取烟雾设计浓度为K=0.00901m稀释烟雾的需风量按公式(5.3.4)计算：VIreqVIQQK(5.2.4)式中()reqVIQ——隧道全长稀释烟雾的需风量(m³/s)K——烟雾设计浓度（1m）32.404267.11/0.0090VIreqVIQQmsK5.2.3稀释空气内异味的需风量取每小时换气次数为5次，则有：rreqALQnt异味(5.3.5)计算得：367.268405156.94/3600reqQms异味5.2.4交通阻滞时的通风量计算CO设计浓度为δ=300ppm烟雾设计浓度K=0.00901m取隧道长度L=1000m设计时速v=10km/h则有：交通阻滞时稀释CO的需风量60.0712101.3252931030097.88273reqCOQ3263.7/ms交通阻滞时按烟雾排放量计算通风量32.404267.11/0.0090VIreqVIQQmsK结论综合以上计算可知，本隧道的通风量由烟雾排放量的需风量决定，为3386.6/reqCOQms5.3通风计算5.3.1计算条件隧道长度：840mL隧道断面面积：267.26mrA隧道断面周长：30.84rGm隧道当量直径：4463.748.2730.84rrrDDmG设计交通量（远期）：1127.4/h辆需风量：3386.6/reqCOQms隧道设计风速：386.65.75/67.26reqCOrrQvmsA隧址空气密度：31.20/kgm表5.7损失系数隧道壁面摩阻损失系数r0.02隧道入口损失系数e0.65.3.2隧道内所需升压力计算（1）自然风阻力（212errrLvD）：212merrrLpvD(5.3.1)式中e——自然风阻力（N/m²）；e——隧道入口损失系数，可按规范取值，取0.6；rv——自然风作用引起的洞内风速，取2～3m/s，取3；——空气密度，取1.2kg/m³L——隧道长度r——隧道壁面摩阻损失系数，可按规范取值，取0.02；rD——隧道断面当量直径，计算得9.25rDm；rA——隧道净空断面积（m²），rG——隧道断面周长。（2）通风阻抗力（rp）：212rerrrLpvD(5.3.2)式中rv——隧道设计风速（m/s），6.07/rvms（3）交通通风力（tp）：2()()2mttrrApnvvA(5.3.3-1)式中tp——交通通风力；n——隧道内与rv同向的车辆数，()3600tNLnv；(5.3.3-2)()tv——与rv同向的各工况车速（m/s）mA——汽车等效阻抗面积（m²）11(1)mcscsclclArArA(5.3.3-3)式中csA——小型车正面投影面积（m²），可取2.13m²；clA——大型车正面投影面积（m²），可取5.37m²；cs——小型车空气阻力系数，可取0.5；cl——大型车空气阻力系数，可取1.0；1r——大型车比例，为0.556。则有：11(1)mcscsclclArArA10.5562.130.50.5565.371.023.46m当速度40/11.11/vkmhms时，自然风阻力：212errrLvD=28401.210.60.0239.252=218.45/Nm通风阻抗力：rp=212errrLvD=28401.210.60.025.759.252=267.77/Nm交通通风力：()3600tNLnv=1127.4840360011.11=23.682()()2mttrrApnvvA=23.461.225.1(11.115.75)67.262=241.52/Nm所需升压力（p）：p=mrtppp=218.4568.7741.5245.7(/)Nm其他各种工况车速下，隧道内所需升压力用同样的方法计算，得出计算结果5.8：表5.8隧道内所需升压力计算结果表参数类别2/mpNm2/rpNm2/tpNm2/pNmp取值2/Nm()n辆2/tpNm40km/h18.4568.7750.1741.5245.786.3720km/h18.4568.77100.260.8586.3710km/h18.4568.77200.5270.6916.535.4通风机台数的计算在满足隧道设计风速6.07/rvms的条件下，射流风机台数可按式（5.4.1）计算：jpip（5.4.1）式中i——所需射流风机的台数（台）；jp