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第7章公路及铁路地下隧道运营通风简介主要内容第1节公路地下隧道运营通风第2节铁路地下隧道运营通风参考文献•（1）隧道及地下工程，关宝树、国兆林主编，西南交通大学出版社；2000年•（2）高层建筑和地下建筑通风与防排烟，张吉光等编著，中国建筑工业出版社，2005年•（3）地下工程通风与空调，胡汉华等，中南大学出版社•（4）公路隧道运营设施，吕康成主编，人民交通出版社，1999年•（5）铁路隧道运营通风设计规范，中国铁道出版社，•（6）隧道工程，上册，王毅才主编，人民交通出版社，1986年第一节公路地下隧道运营通风•一、概述•二、公路地下隧道运营的有害物与有害物浓度控制标准•三、运营隧道内气候•四、公路地下隧道通风系统设计的技术路线•五、新风量计算•六、公路隧道运营通风方式•一、概述•汽车所排出的废气，含有多种有害成分，如一氧化碳、煤烟、铝、磷化物、硫等，是气态和浮游固态微粒的混合物。汽车还能携带尘土和卷起尘埃。这些物质构成了对隧道内空气的污染。•隧道是个闭塞空间，一般只有进出口与大气相通，污染物不能根快扩散，所以隧道内污染空气的浓度会逐渐积累。当浓度很小时，通常影响不大。但是，剧毒性的co浓度增加时，会使人体产生不同程度的中毒症状，甚至危及生命。空气中的烟雾可以影响能见度，含烟（尘）量达到一定程度后，即可使能见度下降到妨碍行车安全的程度。•总之，隧道内的空气污染，既会造成对人体的危害，又会影响行车安全。改善隧道内空气污染的途径大体上有三种，即（1）生产无公害汽车，（2）使用滤毒装置还原被污染染的空气；（3）把污染空气始有害物稀解到容许值以下。•无公害汽车现在仍为有待解决的重大课题，随着对新能源的开发和对公害问题的深人研究，将来这个问题有可能得到解决。•目前用滤毒装置已经可以还原像CO之类的有害气体，但在效卒上和经济上还没有达到实用化的程度。•现阶段实用的方法是从洞外引进新鲜空气，冲淡隧道内的有害物质浓度；使空气满足卫生标淮和能见度方面的要求。•通常从汽车排放气体的成分和其有关的浓度给生理造成损害的主要因素是CO，若能保证对CO有必要的通风量，其它因素就可处于安全浓度；所以在通风研究时，仅考虑CO的浓度问题。二、公路隧道运营的有害物与控制标准1、有害物(1)运行车辆排放的废气。•汽车排出的气体，含有一氧化碳、氧化氢、碳化氢、氧化硫、醛等对人体有害的成分。其中，一氧化碳具有高度毒性，且在排气中所占比例极大,是最危险的成分。•柴油机车辆除排放对人体有害的气体外，还排放大量的游离碳素(煤烟)，严重影响隧道内的能见度和舒适性。(2)隧道围岩中排放的有害气体•在山体隧道中,围岩会放出各种有害气体,如CH4、H2S等,这些气体的散放量与围岩中有害气体含量及支护对围岩的封闭性有关。一般隧道围岩中有害气体含量低、散放量小,所以,目前在运营通风中尚未考虑。(3)火灾产生的有害气体和烟尘•火灾会产生大量的CO和烟尘。隧道内火灾会使隧道环境急剧恶化,造成人员伤亡、交通中断或引发恶性交通事故。正常通风不可能避免火灾产生的危害。一旦火灾发生,需通过改变通风方式和加大风量,使环境暂时得到改善,可以起到控制火灾蔓延,减少灾害损失,缩小事故范围的效果,同时也为灭火创造条件和提供方便。2、有害物浓度控制标准我国《公路隧道设计规范》(JJJ026-90)第9.2.2条规定：•隧道内一氧化碳(CO)允许浓度：隧道内工作人员休息和控制室等人员长期停留的工作间为24ppm，正常运营时为150ppm；发生事故时,短时间(15min以内)为250ppm。•隧道内烟尘允许浓度：高速公路一、二级公路隧道为0.0075m-1；三、四级公路隧道为0.009m-1。三、隧道内气候隧道气候是隧道内温度、风速和湿度的总称。•1．温度•山体中埋深大的隧道受地热影响，隧道内空气温度明显高于地表大气温度，或埋深浅的隧道，由于通风，隧道内空与温度也会明显低于地表大气温度。有时隧道内空气温度与地表与温差别可能很大，当这种差别过大时，会引起人体的不良反应。•隧道内空气的降温可通过增大风量来实现，增温则需要采取空气加热的方式。•在国内现有隧道中，由于受地热影响不大，隧道内温度随其它环境指标满足而自然满足，不需要专门增加风量。增温则需要增加专门的设施（隧道采暖设施），需要增加费用。•2．风速•隧道内空气和大气的交换是通过空气流动来实现的，空气流动的速度（风速）直接影响到通风的效果。风流速度与通风量成正比。在机械通风中，靠提高风速增大风量，因此，隧道内的风速经常大于地表大气的正常风速。•隧道内风速大是隧道气候特怔。风速大会引起以下不良后果：（1）扬起隧道内积聚和车辆上装载的尘粒，形成尘烟，影响可见度和舒适感，因此，要求隧道内要做好防尘和降尘工作。防尘应做好隧道的定期清扫和载尘（如煤、土等）车辆的管理，降尘则采取洒喷水或安装专门的除尘设备。（2）加快隧道内水份蒸发，使空气干燥。（3）引起人体不适或感冒。（4）增大风阻，从而增加通风费用。•在满足通风要求下，风速越小越好。我国《公路隧道设什规范》（JJJ026—90）第9.25条规定：采用机械通风时，隧道行车道内最大风速不宜超过8m／s。3.湿度•在隧道内，由于通风风速大，空气湿度小，人在隧道内工作（长时或短时），都会因干燥而感不适。增加隧道空气湿度的办法也是洒水或喷水，可结台防尘、降尘综台考虑。•综上所述，隧道内气候和地表气候有明显不同，主要表现为风速高，湿度低，温度变化大等，它会引起人体不适或致病，因此改善隧道气候也是隧道运营管理的一个重要课题。四、道路地下隧道通风系统设计•（一）通风系统设计的技术路线•（二）设计条件的设定和确认（一）通风系统设计的技术路线（1）基础资料调查和收集（2）设计条件的设定和确认（3）通风量的计算和确定（4）通风方式的选择及确定（5）概念设计及方案比较研究（6）通风方式和设计方案的最后确定（7）详细设计及有关研究（8）通风系统的维护管理设计（5‘）火灾工况下设备及设施能力的复核（排烟措施的效果）准备阶段工作内容（5‘）是否对系统有影响（二）设计条件的设定及确认1、隧道本身条件2、交通条件3、通风竖井（包括通风机房）设计条件4、气象条件5、环境条件1、隧道本身条件包括：•隧道总长度，几何要素（包括平、纵、横断面），隧道位置和用地的制约条件；•隧道两岸所要求衔接道路的情况及交通疏解要求；•隧道两岸是否存在与其他设施（如地下停车场）连接的要求；•隧道两岸有无地下构筑物或地下埋设物；•隧道是否存在延伸和变更的可能性；•隧道口部原有建筑的布置情况。2、交通条件•交通量包括初、近、远期的交通量预测，不同方向的分布，每日不同时段的变化，每周各天的变化，每季度的变化等；•车辆种类构成主要是大型车种的比例，或小时交通流量中车种构成比例；•设计速度包括设计计算行车速度，最底设计计算行车速度；•每以隧道中的车道数（单向或双向行驶条件）；•交通阻塞的可能性；3、通风竖井（包括通风机房）设计条件•隧道两岸上段是否有足够面积设计通风竖井，位置是否合适以及高度是否受限制；•通风竖井预定位置的地形、地质、地下埋设物的条件；4、气象条件•隧址附近的一年气象资料（重点是上空及地表附近的主导风向、风速等）•特殊气象条件（例如：逆流层等）的发生频率，持续时间；•隧址附近的温度和湿度；5、环境条件•隧址附近地理情况和周围建筑物概况以及有关大气、噪声等环境条件四、新风量计算•1、有害气体及烟雾发生量•2、CO及烟雾浓度容许标准•3、新风量计算1、有害气体及烟雾发生量•日本《公路隧道手册》通风部分每辆柴油车：平均排除气体（CO）量5.6m3/km,烟雾发生量平均3.36m3/km;每辆汽油车：平均排除气体（CO）量1.3m3/km,烟雾发生量平均0.07m3/km;•瑞士20世纪50年代提出的汽车在标准状态下每吨公里的CO产生量位：小汽车：0.017m3/(t·km)大型汽车：0.012m3/(t·km)柴油汽车：0.0005m3/(t·km)2、CO及烟雾浓度容许标准CO浓度标准•正常交通情况:CO容许浓度在：200ppm;•阻塞交通情况：250ppm（车速1.5~30km/h,不超过15min）;•超过1h的事故处理，可要求汽车发动机停车和其他处理措施。烟雾浓度•烟雾浓度以每100m透光率40%作为标准值；每100m透光率50%作为理想值；•广州黄沙至芳村珠江水下隧道：正常交通情况：在路面照度为110lx条件下，车速50~60km/h,烟雾浓度7.5×10-3,100m透光率为48%；交通阻塞时：车速15~30km/h,烟雾浓度9×10-3,100m透光率为40%；烟雾设计浓度JTJ026.1-1999标准规定烟雾设计浓度:•采用钠光灯光源时,烟雾浓度见下表;•采用荧光灯光源时,烟雾设计浓度应提高一级;•烟雾浓度达到0.012m-1时,应采取交通管制措施,减少进入隧道的车辆;•进行隧道内的养护维修时,应按现场实际烟雾浓度不大于0.0035m-1考虑.设计行车速度100806040烟雾浓度(m-1)0.00650.00700.00750.00903、新风量计算（1）原则和方法（2）稀释有害气体CO所需通风量计算（3）稀释烟雾浓度所需通风量计算（4）计算新风量（1）原则与方法•在我国《公路隧道设计规范》中，计算通风量时应分别按稀释CO浓度和烟雾浓度进行；选择其中大值作为设计风量;•在计算稀释汽油车CO浓度时也要考虑柴油车CO排放量;•在计算柴油车烟雾浓度时也需要考虑汽油车的烟雾排放量.•一般情况下，分别按CO和烟雾浓度计算出每公里的标准通风量,然后根据隧道长度计算所需通风量。再依据行驶速度、坡度和不同车型CO的排放量修正而得出最终结果。同时也要计算出阻塞、火灾排烟时所需通风量，作为验算通风量的依据。（2）稀释有害气体CO所需通风量计算•CO排放量计算公式(JTJ026.1999)式中Qco---隧道全长CO排放量,m3/sqco---CO基准排放量,m3/(辆·km),可取0.01fa---考虑CO的车况系数;fd---车密度系数;fh---海拔高度系数;fm---车型系数;fiv---纵坡的车速系数;n---车型类别系数;nm---相应车型的设计交通量,辆/h;nmmmivhdacocofNLffffqQ16)(106.31•稀释CO的风量计算式中:Qreq(co)----隧道全长稀释CO所需风量,m3/s;δco---CO容许浓度,ppmP0----标准大气压,KN/m2,取101.325P----隧址设计气压,KN/m2;T0---标准气温,K,取273;T---隧道夏季的设计温度,K600)(10TTPPQQcococoreq（3）稀释烟雾浓度所需通风量计算•烟雾排放量计算：JTJ026.1—1999式中Qv1---隧道全长烟雾排放量,m3/sqv1---烟雾基准排放量,m3/(辆·km),可取2.5fa(v1)---考虑CO的车况系数;fd---车密度系数;fh(v1)---海拔高度系数;fmv1()---车型系数;fiv(v1)---纵坡的车速系数;nD---车型类别系数;Nm---相应车型的设计交通量,辆/h;DnmvmmvivvhdvavVfNLffffqQ1)1()1()1()1(161)(106.31•稀释烟雾所需风量计算•式中K---烟雾设计浓度，m-1;KQQVvreq1)1(•上述计算稀释CO和烟雾通风量还有其他公式和方法，具体可参看：《公路隧道运营设施》，人民交通出版社，第一章，第八节（4）计算通风量•（2）和（3）的大者作为计算通风量六、道路隧道运营通风方式•（一）自然通风•（二）机械通风•1、纵向式通风•2、横向式通风•3、半横向式通风•4、混合通风•（三）通风方式的选择（一）道路地下隧道自然通风•1、概念•是不需要任何通风设备，完全靠由行驶车辆在隧道作用产生的交通风力与存在于洞口间的自然风压的共同作用，把有害气体和烟尘从隧洞内排出洞外。2、特点•在隧道自然通风中，车