大别山公路隧道运营通风测试与分析_张世飚
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在隧道修建过程中，受地形、地质及排水等因素 的影响，隧道一般都具有一定的坡度。由于坡度的存 在和交通运行方面的影响，使得上、下行隧道内的污 染物排放量存在较大差异，同时，为保证 2 条隧道内 的污染物排放都达到规范要求，通风负荷也会存在较 大差别。在公路隧道建设不断向长大化发展的过程 中，双洞单向交通公路隧道通风负荷的不均匀性逐渐 成为隧道通风中的一大特点。
断面 第Ⅰ组
工况 工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5 3． 19 4． 29 4． 75 3． 03 4． 1
工况 6 4． 91
第Ⅱ组
1． 95 2． 22 2． 3
第Ⅲ组 3． 38 4． 15 4． 61 3． 13 3． 9 4． 91
第Ⅳ组 1． 75 3． 38 3． 9 2． 58 4． 29 4． 99
3 测试结果处理与分析
3. 1 隧道风速测试 通过调 整 运 营 工 况， 分 别 测 试 不 同 断 面 下 的 风
速，然后整理分析计算，得到每组断面的平均风速， 如表 2 所示； 此外，还重点测试了 1. 2 号换气通道送 排风口的风速情况，如图 5、图 6 所示，经计算整理 如表 3 所示。
表 2 各工况下隧道分组平均风速值 /m·s －1
究． 现代隧道技术，2005（ 6） ．
2012 年 11 期（ 总第 95 期） 353
1 工程概况
大别山公路隧道系上海至成都高速公路湖北省麻 城至武汉段上的特长隧道，是麻武高速公路上的控制 性工程。隧道区域地形复杂，山岭险峻，峰峦叠嶂， 隧道最大埋深约 482m，平均海拔高度 291m，设计行 车速度为 100km / h。隧道为上下行分离式，2 洞轴线 相距 40m， 隧 道 左 线 长 度 4901m， 坡 度 分 别 为 + 1. 47% /2665、 + 1. 97% /2243， 右 线 隧 道 长 度 4908m，坡度分别为 － 1. 47% /2720、 － 1. 97% /2181。 预测 2015 年 交 通 量 13100 Pcu / 天，2030 年 35105 Pcu / 天。
第Ⅴ组
1． 7 2． 13 2． 22
第Ⅵ组 1． 86 3． 1 4． 3 2． 86 4． 67 5． 26
3. 2 隧道 CO 浓度与 VI 浓度测试 根据以 上 基 本 原 理 以 及 实 测 数 据， 在 不 同 工 况
下，计算 得 到 CO 浓 度 与 VI 浓 度， 如 表 3、 表 4 所示。
断面 1 断面 2 断面 3 断面 4 断面 5 断面 6
CO 浓度 / ppm 6
4
5
4
6
4
烟雾浓度 0. 00054 0. 00056 0. 00056 0. 00056 0. 00057 0. 00057
（ m － 1）
4 结论
（ 1） 由于该隧道左线上坡，右线下坡，所以右 线的自然风速要大于左线，且比较稳定，平均风速分 别为 3. 09m / s 和 1. 81m / s； 射流风机开启后，风速最 高可达到 4. 75m / s，可以满足现有交通量下的运营需 要； 换气通道内轴流风机与射流风机全部开启后，风 速会有少量的增加，并未出现风速叠加的效果，由此 可见，轴流风机对于风速风压的提高作用不大。
2012 年 11 期（ 总第 95 期） 351
交通工程
K = 1100lnr
（ 1）
式中： r 为 100m 厚烟雾光线的透过率。
单向行驶的全射流通风隧道中烟雾的浓度分布与
CO 分布基本一致，都是在隧道的出风口位置浓度达
到最大值，为了消除隧道出口处风流回流对一氧化碳
和烟雾浓度的影响，2 项测试均取隧道内距隧道出口
2 Fra Baidu bibliotek场测试
2. 1 主要测试内容 在现有交通流条件下，左右线分别封闭右侧行车
道，测试主隧道内的风速、CO 浓度、VI 浓度以及换 气通道送排风口的风速，现行 《公路隧道道通风照 明设计规范》 （ JTJ026. 1 － 1999） （ 以下检测 《规 范》） 对隧道内一氧化碳浓度和烟雾浓度作了规定： 采用全射流通风的隧道正常运营的一氧化碳允许浓度 为 250ppm，交通阻塞时可达到 300ppm，但经历时间 不超过 20min。并调取现场监控的交通流及其组成， 如表 1 所示对近期的通风效果进行测试和验证。交通 流是隧道通风设计的基础参数，为确定交通流设计值 以及交通流预测模型提供依据。
大别山公路隧道运营通风测试与分析
张世飚1 ，胡彦杰2 ，邓 敏2
( 1. 湖北省高速公路集团有限公司 ，湖北 武汉 430056; 2． 中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)
摘 要： 文章通过对大别山公路隧道内 CO 浓度、VI 浓度以及风速等的现场测试，重点研究分析了该隧道采用的双洞
（ 4） 1 号换气通道内轴流风机送排风口的平均风 速分别为 13. 67m / s 和 10. 46m / s，而 2 号换气通道内 轴流风 机 送 排 风 口 的 平 均 风 速 分 别 12. 58m / s 和 10. 31 m / s，而送排风口的截面面积分别为 13. 81m2 和 34. 51 m2 ，由此可见，在换气通道通过轴流风机换 气的过程中，风量损失是比较大的，其原因主要是换 气通道不完全封闭造成的。
200m 的断面作为控制断面。
测试一氧化碳浓度采用的仪器为便携式 CO 检测
仪测试。测试烟雾 浓 度 采 用 SH － 1 型 光 透 过 率 仪，
如图 1 所示。测试出 100m 光路长度的光透过率，根
据式 （ 1） 计算出烟雾浓度。风速测试则选用 ZRQF
－ F30J 型智能风速计。
图 1 SH － 1 型光透过率仪
图 2 风速测试断面布置图
图 3 污染物浓度测试断面布置图
2. 4 测试工况 测试在 6 种工况下进行： 工况 1： 隧道内无风机
开启； 工况 2： 左右线隧道内各开启 3 组 6 台射流风 机，不开启轴流风机； 工况 3： 左右线隧道内各开启 5 组 10 台射流风机 （ 即正常运营工况下的射流风机 全部开启） ，不开启轴流风机； 工况 4： 左右线隧道 内全部关闭射流风机，全部开启轴流风机； 工况 5： 左右线隧道内开启 3 组 6 台射流风机，全部开启轴流 风机； 工况 6： 左右线隧道内开启 5 组 10 台射流风机 （ 即正常运营工况下的射流风机全部开启） ，全部开 启轴流风机。
352 2012 年 11 期（ 总第 95 期）
表 3 射流风机全开换气通道不开情况下， CO 浓度和烟雾浓度值
断面 1 断面 2 断面 3 断面 4 断面 5 断面 6
CO 浓度 / ppm
9
7
烟雾浓度（ m － 1）
0. 00055
0. 00055
表 4 射流风机和轴流风机全开情况下， CO 浓度和烟雾浓度值
位论文，2004． ［4］ 金文良，谢永利，李宁军，章玉伟． 新七道梁公路隧道运营通风效
果测试及分析． 现代隧道技术，2006（ 1） ． ［5］ 陈建勋． 公路隧道运营通风效果现场测试与分析． 长安大学学
报，2002（ 5） ． ［6］ 张坚，李宁军，谢永利，王余富． 公路隧道通风计算中交通量的研
该隧道的通风系统在国内首次采用了双洞互补式
网络通风方式，这种通风方式就是在 2 隧道间设置一 定数量的联络风道，一方面将右线的新鲜空气通过联 络风道向送入左线隧道，同时通过风道将左线的一部 分污染空气经过联络风道送入右洞，然后从右洞排 出，此时 2 个隧道的通风形成为一个互补式网络，充 分利用右线风量的同时，也降低了左线隧道的风速。
互补式网络通风方式中换气通道的作用和存在问题，并相应地提出了一些建议，可为该隧道运营过程中的通风控制，
以及双洞互补式网络通风方式在未来的研究应用提供一定的依据。
关键词： 公路隧道; 互补式通风; 换气通道; 现场检测
中图分类号： U491
文献标识码： B
公路隧道通风是保证隧道内行车安全、司乘人员 身体健康的必要措施，然而通风设备高昂的造价以及 不菲的运营费用在一定程度上制约了公路隧道的建 设，影响了隧道的运营水平。据分析，公路隧道通风 设施的造价，一般为工程造价的 10% ～ 30% ，长大 隧道甚至更多。如何在满足隧道内卫生标准的前提 下，选用最佳的通风方式及控制方法，减少隧道通风 系统初投资及通风运营控制成本已成为当前公路隧道 通风十分紧迫的课题。
（ 2） 从测试结果得知，左、右洞在各工况下 CO 浓度都远小于现行规范规定，是因为现行隧道内的交 通量相对较小，再者是随着汽车工业技术水平的提 高，汽车 CO 排放量逐年递减，现在 CO 指标已经不 是公路隧道通风的主要设计控制指标。
（ 3） 在换气通道开启的工况下，可以明显看出， CO 浓度和 VI 浓度在左右线不同测点处进行了重分 布，并呈现出均匀的分布状态，由此可知，这种双洞 互补式网络通风方式是可行的，尤其是随着交通量不 断增大，其作用也会愈加显著。
（ 5） 换气通道的排风口风速是基本稳定的，均 匀的； 而送风口处的风速则呈现出不稳定的状态，往 往在送风口沿着隧道行车方向的右侧风速相对较大， 风速相差在 3m /s 左右。建议在换气通道内部增设导 流格栅，使风速均匀，并向斜下方送风。
参考文献：
［1］ JTJ026. 1 － 1999，公路隧道通风照明设计规范． ［2］ 中华人民共和国行业标准． 公路隧道养护技术规范 ． ［3］ 方勇． 公路隧道前馈式通风控制系统研究． 西南交通大学硕士学
2. 3 测试断面布置 主隧道内风速测试断面布置如图 2 所示，。而 CO
浓度、VI 浓度测试断面布置如图 3 所示，根据隧道 内现状以及 《公路隧道养护技术规范》 的相关规定， CO 浓度测试采样点位置取在距路面高度 1. 5m，距边 墙 0. 5m 外的横、纵断面内，VI 浓度测试需在检修道 上架设投光仪和受光部，由记录仪对 100m 的光透过 率进行记录。
表 1 大别山隧道 7 月份平均日交通组成 ( 辆 /天实际车)
车型 小货车 中货车 大货车 拖挂车 小客车 大客车 合计
左线 300
216
181
48
630
98 1473
右线 336
243
203
54
706
110 1652
2. 2 测试基本原理 隧道内污染空气主要是指汽车在行驶时排出的一
氧化碳和排出的烟雾及汽车行驶时卷起和带入隧道中 的粉尘。烟雾和粉尘对空气的污染程度用烟雾浓度表 示，而烟雾浓度 K 可通过测定光线在烟雾中的透过 率来确定。用透过率换算的烟尘浓度的关系式为：
断面 第Ⅰ组
工况 工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5 3． 19 4． 29 4． 75 3． 03 4． 1
工况 6 4． 91
第Ⅱ组
1． 95 2． 22 2． 3
第Ⅲ组 3． 38 4． 15 4． 61 3． 13 3． 9 4． 91
第Ⅳ组 1． 75 3． 38 3． 9 2． 58 4． 29 4． 99
3 测试结果处理与分析
3. 1 隧道风速测试 通过调 整 运 营 工 况， 分 别 测 试 不 同 断 面 下 的 风
速，然后整理分析计算，得到每组断面的平均风速， 如表 2 所示； 此外，还重点测试了 1. 2 号换气通道送 排风口的风速情况，如图 5、图 6 所示，经计算整理 如表 3 所示。
表 2 各工况下隧道分组平均风速值 /m·s －1
究． 现代隧道技术，2005（ 6） ．
2012 年 11 期（ 总第 95 期） 353
1 工程概况
大别山公路隧道系上海至成都高速公路湖北省麻 城至武汉段上的特长隧道，是麻武高速公路上的控制 性工程。隧道区域地形复杂，山岭险峻，峰峦叠嶂， 隧道最大埋深约 482m，平均海拔高度 291m，设计行 车速度为 100km / h。隧道为上下行分离式，2 洞轴线 相距 40m， 隧 道 左 线 长 度 4901m， 坡 度 分 别 为 + 1. 47% /2665、 + 1. 97% /2243， 右 线 隧 道 长 度 4908m，坡度分别为 － 1. 47% /2720、 － 1. 97% /2181。 预测 2015 年 交 通 量 13100 Pcu / 天，2030 年 35105 Pcu / 天。
第Ⅴ组
1． 7 2． 13 2． 22
第Ⅵ组 1． 86 3． 1 4． 3 2． 86 4． 67 5． 26
3. 2 隧道 CO 浓度与 VI 浓度测试 根据以 上 基 本 原 理 以 及 实 测 数 据， 在 不 同 工 况
下，计算 得 到 CO 浓 度 与 VI 浓 度， 如 表 3、 表 4 所示。
断面 1 断面 2 断面 3 断面 4 断面 5 断面 6
CO 浓度 / ppm 6
4
5
4
6
4
烟雾浓度 0. 00054 0. 00056 0. 00056 0. 00056 0. 00057 0. 00057
（ m － 1）
4 结论
（ 1） 由于该隧道左线上坡，右线下坡，所以右 线的自然风速要大于左线，且比较稳定，平均风速分 别为 3. 09m / s 和 1. 81m / s； 射流风机开启后，风速最 高可达到 4. 75m / s，可以满足现有交通量下的运营需 要； 换气通道内轴流风机与射流风机全部开启后，风 速会有少量的增加，并未出现风速叠加的效果，由此 可见，轴流风机对于风速风压的提高作用不大。
2012 年 11 期（ 总第 95 期） 351
交通工程
K = 1100lnr
（ 1）
式中： r 为 100m 厚烟雾光线的透过率。
单向行驶的全射流通风隧道中烟雾的浓度分布与
CO 分布基本一致，都是在隧道的出风口位置浓度达
到最大值，为了消除隧道出口处风流回流对一氧化碳
和烟雾浓度的影响，2 项测试均取隧道内距隧道出口
2 Fra Baidu bibliotek场测试
2. 1 主要测试内容 在现有交通流条件下，左右线分别封闭右侧行车
道，测试主隧道内的风速、CO 浓度、VI 浓度以及换 气通道送排风口的风速，现行 《公路隧道道通风照 明设计规范》 （ JTJ026. 1 － 1999） （ 以下检测 《规 范》） 对隧道内一氧化碳浓度和烟雾浓度作了规定： 采用全射流通风的隧道正常运营的一氧化碳允许浓度 为 250ppm，交通阻塞时可达到 300ppm，但经历时间 不超过 20min。并调取现场监控的交通流及其组成， 如表 1 所示对近期的通风效果进行测试和验证。交通 流是隧道通风设计的基础参数，为确定交通流设计值 以及交通流预测模型提供依据。
大别山公路隧道运营通风测试与分析
张世飚1 ，胡彦杰2 ，邓 敏2
( 1. 湖北省高速公路集团有限公司 ，湖北 武汉 430056; 2． 中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)
摘 要： 文章通过对大别山公路隧道内 CO 浓度、VI 浓度以及风速等的现场测试，重点研究分析了该隧道采用的双洞
（ 4） 1 号换气通道内轴流风机送排风口的平均风 速分别为 13. 67m / s 和 10. 46m / s，而 2 号换气通道内 轴流风 机 送 排 风 口 的 平 均 风 速 分 别 12. 58m / s 和 10. 31 m / s，而送排风口的截面面积分别为 13. 81m2 和 34. 51 m2 ，由此可见，在换气通道通过轴流风机换 气的过程中，风量损失是比较大的，其原因主要是换 气通道不完全封闭造成的。
200m 的断面作为控制断面。
测试一氧化碳浓度采用的仪器为便携式 CO 检测
仪测试。测试烟雾 浓 度 采 用 SH － 1 型 光 透 过 率 仪，
如图 1 所示。测试出 100m 光路长度的光透过率，根
据式 （ 1） 计算出烟雾浓度。风速测试则选用 ZRQF
－ F30J 型智能风速计。
图 1 SH － 1 型光透过率仪
图 2 风速测试断面布置图
图 3 污染物浓度测试断面布置图
2. 4 测试工况 测试在 6 种工况下进行： 工况 1： 隧道内无风机
开启； 工况 2： 左右线隧道内各开启 3 组 6 台射流风 机，不开启轴流风机； 工况 3： 左右线隧道内各开启 5 组 10 台射流风机 （ 即正常运营工况下的射流风机 全部开启） ，不开启轴流风机； 工况 4： 左右线隧道 内全部关闭射流风机，全部开启轴流风机； 工况 5： 左右线隧道内开启 3 组 6 台射流风机，全部开启轴流 风机； 工况 6： 左右线隧道内开启 5 组 10 台射流风机 （ 即正常运营工况下的射流风机全部开启） ，全部开 启轴流风机。
352 2012 年 11 期（ 总第 95 期）
表 3 射流风机全开换气通道不开情况下， CO 浓度和烟雾浓度值
断面 1 断面 2 断面 3 断面 4 断面 5 断面 6
CO 浓度 / ppm
9
7
烟雾浓度（ m － 1）
0. 00055
0. 00055
表 4 射流风机和轴流风机全开情况下， CO 浓度和烟雾浓度值
位论文，2004． ［4］ 金文良，谢永利，李宁军，章玉伟． 新七道梁公路隧道运营通风效
果测试及分析． 现代隧道技术，2006（ 1） ． ［5］ 陈建勋． 公路隧道运营通风效果现场测试与分析． 长安大学学
报，2002（ 5） ． ［6］ 张坚，李宁军，谢永利，王余富． 公路隧道通风计算中交通量的研
该隧道的通风系统在国内首次采用了双洞互补式
网络通风方式，这种通风方式就是在 2 隧道间设置一 定数量的联络风道，一方面将右线的新鲜空气通过联 络风道向送入左线隧道，同时通过风道将左线的一部 分污染空气经过联络风道送入右洞，然后从右洞排 出，此时 2 个隧道的通风形成为一个互补式网络，充 分利用右线风量的同时，也降低了左线隧道的风速。
互补式网络通风方式中换气通道的作用和存在问题，并相应地提出了一些建议，可为该隧道运营过程中的通风控制，
以及双洞互补式网络通风方式在未来的研究应用提供一定的依据。
关键词： 公路隧道; 互补式通风; 换气通道; 现场检测
中图分类号： U491
文献标识码： B
公路隧道通风是保证隧道内行车安全、司乘人员 身体健康的必要措施，然而通风设备高昂的造价以及 不菲的运营费用在一定程度上制约了公路隧道的建 设，影响了隧道的运营水平。据分析，公路隧道通风 设施的造价，一般为工程造价的 10% ～ 30% ，长大 隧道甚至更多。如何在满足隧道内卫生标准的前提 下，选用最佳的通风方式及控制方法，减少隧道通风 系统初投资及通风运营控制成本已成为当前公路隧道 通风十分紧迫的课题。
（ 2） 从测试结果得知，左、右洞在各工况下 CO 浓度都远小于现行规范规定，是因为现行隧道内的交 通量相对较小，再者是随着汽车工业技术水平的提 高，汽车 CO 排放量逐年递减，现在 CO 指标已经不 是公路隧道通风的主要设计控制指标。
（ 3） 在换气通道开启的工况下，可以明显看出， CO 浓度和 VI 浓度在左右线不同测点处进行了重分 布，并呈现出均匀的分布状态，由此可知，这种双洞 互补式网络通风方式是可行的，尤其是随着交通量不 断增大，其作用也会愈加显著。
（ 5） 换气通道的排风口风速是基本稳定的，均 匀的； 而送风口处的风速则呈现出不稳定的状态，往 往在送风口沿着隧道行车方向的右侧风速相对较大， 风速相差在 3m /s 左右。建议在换气通道内部增设导 流格栅，使风速均匀，并向斜下方送风。
参考文献：
［1］ JTJ026. 1 － 1999，公路隧道通风照明设计规范． ［2］ 中华人民共和国行业标准． 公路隧道养护技术规范 ． ［3］ 方勇． 公路隧道前馈式通风控制系统研究． 西南交通大学硕士学
2. 3 测试断面布置 主隧道内风速测试断面布置如图 2 所示，。而 CO
浓度、VI 浓度测试断面布置如图 3 所示，根据隧道 内现状以及 《公路隧道养护技术规范》 的相关规定， CO 浓度测试采样点位置取在距路面高度 1. 5m，距边 墙 0. 5m 外的横、纵断面内，VI 浓度测试需在检修道 上架设投光仪和受光部，由记录仪对 100m 的光透过 率进行记录。
表 1 大别山隧道 7 月份平均日交通组成 ( 辆 /天实际车)
车型 小货车 中货车 大货车 拖挂车 小客车 大客车 合计
左线 300
216
181
48
630
98 1473
右线 336
243
203
54
706
110 1652
2. 2 测试基本原理 隧道内污染空气主要是指汽车在行驶时排出的一
氧化碳和排出的烟雾及汽车行驶时卷起和带入隧道中 的粉尘。烟雾和粉尘对空气的污染程度用烟雾浓度表 示，而烟雾浓度 K 可通过测定光线在烟雾中的透过 率来确定。用透过率换算的烟尘浓度的关系式为：