隧道工程(运营通风)

L 2 H ( 1 ) V r D2
式中： H —机械通风所需风压（Pa）; L —隧道长度（m）; — 入口损失系数（ ≈0.6）; D —隧道当量直径（≈6～8）; — 隧道墙面摩阻损失系数（≈0.24）;
V r — 隧道内平均风速（m/s）;

— 空气密度（=0.1224 kg .s2/m4）。
4.3 新风量计算
新风量即指隧道运营时所需的通风量。计算新风量时， 应当考虑通过隧道的交通量和交通流的组成。 一、交通量和交通流组成
1、交通量 国际上通用的交通量取值法，是 PIARC (国际道路协会） 推荐的第 30 h 交通量。即统计全年 365 天，每天 24 h，共有 8760 h的交通量，采用第 30 h 交通量作为通风量计算的依据。 第 30 h 交通量是个经验数据，全年8760个小时的交通 量中仅有 29 个超过此值。
当交通流组成柴油车的比例大到某一限度后，烟雾危害会超过CO 危害，就需要按稀释烟雾浓度计算新风量。
（具体计算过程请参考 P 51。）
4.4 通风方式的选择
一、综述
通风方式选择应考虑的因素： 主要因素为隧道长度及交通条件；其次为气象、环境、地形、地质条件等。
通风方式分类：
通风方式分类 自然通风 纵向式 机械通风 全横向式 半横向式 混合式

E E 0
式中： E 、E 0 — 分别为同一光源通过污染空气和洁 净空气后的照度。
透过率（ ）随光源与受光部之间的距离 度 k 不同而不同。
l
而改变，还因烟雾浓
烟雾浓度 为 1 的定义： 光源光通过单位距离 （ 1 米）后受光部 所接收到的光通量减至光源光通量的 1/10 时，定义烟雾浓度为 1 。 （其余的光均被烟雾吸收和散射了） , 经过 2 m时光 假定烟雾浓度为 1 ，则经过 1 m 时光通量减至 通量减至 1 10 ，经过 l m 时光通量减至 1 。如浓度为 2 时，则在 1 10 m 处光通量减至 1 ，浓度为 k 时，则在 l m处光通量减至 10 1 。
L
三、 交通风压头计算：
交通风（活塞风）在单向交通情况下，有可能进行足够能力通风，可按 下式计算交通风压头 ：
A 2A 2 c c c c （Pa） P n ( V V ) n ( V V ) t t r t r A A r 2 r 2
7 6 0 T Q Q （m3/km﹒h 或 m3/m﹒s） (4-7) B 2 7 3
F F 0
式中：
B — 隧道所在地气压(mmHg)
T — 隧道所在地区夏季室外通风设计绝对温度（K）。
4、隧道所需通风量：
Q QF L
式中：
（m3/h）
（4-8）
L
— 隧道长度 （km）。
三、按稀释烟雾浓度计算新风量
射流式 竖井排风式
送风式
排风式
各种通风方式的适用情况：





水底隧道通风要求高，一般采用可靠性高的全横向式通风方 式，隧道断面宜采用圆形断面。车道板以下空间送风，顶棚以上 空间排风。 城市隧道交通量大，交通流量不稳定，可采用不受交通状况 影响的全横向式通风及半横向式通风方式。若在隧道内设置人行 道及自行车道，则全横向式通风最为理想。 山岭隧道，从经济上考虑，大多采用半横向式通风和纵向式 通风方式。 若地质条件良好，可以开挖大断面隧道，就可以选择全横向 式或半横向式通风。 若能获得全年稳定的自然风，则选择自然通风的方式最为经 济。
纵向式通风方式主要有射流式、集中排气式（竖井排风式）两种。
1、 射流式通风 这种通风是在隧道上方吊设射流式通风机，用以升压，进行通风的方式。 见 图 4-9（P 55） 根据需要，沿隧道纵向以适当间隔吊设数组射流式风机，每组为 1 至数个 射流式风机。 每台射流式风机产生的升压值 P j 可由下式计算：
( H 4 0 0 ) f 1 0 . 9 h 1 6 0 0
f h 也可按 P50 图4-4取值。
H —海拔标高（m）
CO的产生量还随坡度的增加而增加，大型车所受坡度 的影响比小汽车更大，应根据坡度修正系数对CO 的量进行 修正。其修正系数见（P 49 图4-2、图4-3）。
标准状态下 CO 产生量：
2、交通流组成 组成交通流车辆的划分：
交通流车辆划分
按燃油类型
按车辆大小
汽油车
柴油车
大型车
小轿车
摩托车
从通风的角度，应主要看交通流中的汽油车及柴油车 所占比例。 交通流中的车辆以汽油车为主，就以汽车排出的 CO的 排放量作为计算新风量的依据。 交通流中的车辆以柴油车为主，就以柴油车所排放的 烟雾浓度作为通风量的计算依据。 另外，小汽车和摩托车的 CO 排放量与大型车不同， 应进行相应的折减。通常把摩托车换算为 0.5 辆小轿车。而 小汽车与大型车的 CO 排放量按照不同的标准计算。
k
1 lg 100
(m-1)
（4-4）
世界各国规定的隧道烟雾浓度的容许值 k 为： 法国 5×10-3 （m-1） 日本 （7.5 ～9）×10-3 （m-1） 英国 10× 10-3 （m-1） 光的透过率还与隧道的路面照度有关，可通过乘以相应的修正系数 予以修正。其修正值见书上 P 47 表 4-3 。
2
l
1 1 0
1
21
k l
10
即光源光穿过厚为
l
m，烟雾浓度为
k
的污染空气后，通过率 (%) （4-2）

为：
1 10
上式还可表示为：
k l
1 k lg l
(m-1)
(4-3)
式中
k

l
— 烟雾浓度 （m-1） — 烟雾层厚度 （m） — 光源光穿过 l m后的容许透光率。在隧道通风与照明 中，取 l =100 m，故烟雾容许浓度为：
2 P V 2 ( 1 ) j j 2

（Pa）
式中
V

j
C O C O (Nm/t﹒km) Q M G qff f f 0 0 h r
来自百度文库
(4-5)
式中： M — 汽油车的交通量（辆/h）； G — 车辆重量（t/辆）； q 0CO — CO 的基本产生量，即在海拔 400 m 以下， 小汽车以 40～60 km/h，大型车以 50～60 km/h的速度行驶 时，每 t﹒km的CO 的产生量，记作 Nm3/t﹒km， 小汽车 =0.012 (Nm3/t﹒km)； 大汽车 =0.017 (Nm3/t﹒km)；
f f
h
f
f
r
— 海拔标高修正系数； — 坡度修正系数； — 储备系数 1.1。
为了方便，可以利用 P50 表4-5进行 q 0 C O 值的计算。 2、标准状态下所需新风量：
Q
式中：
F 0

CO 6 Q 10 0
CO
（Nm3/km﹒h）
(4-6)
CO
— CO 容许浓度(ppm）。
3、按气体状态方程换算后，实际所需新风量：
1971年国际道路协会（PIARC）推荐的 δco 如下：
城市道路： 正常状态 δco 取 70～ 100 ppm 阻塞状态 δco 取 250 ppm （15 min） 山岭隧道： 正常状态 δco 取 阻塞状态 δco 取 150 250 ppm ppm （15 min）
二、烟雾的容许浓度
为了保证停车视距及行车舒适性，必须将烟雾浓度控制在 容许的标准之下。 烟雾浓度的表示不是采用通常的重量浓度和体积浓度表示 法，而是用光的透过率（τ）来表示。 透过率（τ）是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气 中的透过率之比。用下式表示：
二、按稀释 CO 计算新风量 1、在标准状态下的 CO 产生量 标准状态：是指海拔高度在 400 m 以下的水平路段上， 小汽车以 40～60 km/h、大型车以 40～50 km/h 的速度行驶 的状态。 随着海拔的增高，空气会更稀薄，温度和气压会逐渐 降低，直接影响 CO 的产生量。因此应根据海拔高度按海 拔标高修正系数 f h 对CO的量进行修正。
纵向式通风及半横向式通风会引起沿隧道纵向风速过大，对车 辆及人行有影响，因此，应对风速进行限制。 国际道路协会（PIARC）推荐的风速为 8 m/s，日本规定风速 应控制在 12 m/s 以下。 单向交通时，车流会有活塞作用，引起活塞风，也称交通风 （例如车速为 50～60 km/h时，可引起 6 m/s 的活塞风），这时以纵 向通风方式为宜。但交通量大时，会影响活塞所用，宜改用全横向 式或半横向式通风方式。 对象交通的隧道没有活塞作用。
式中:
A

c
c


— 汽车正投影面积（m2）; — 汽车的隧道内阻系数。
式中 A c c 为反映汽车阻力的量，用 A m 表示，称为汽车的等效阻力面 积。 A m 随大型车混入率不同而不同，其关系见 P 54 图 4-8，计算交通风压 头时可参考。
四、纵向式通风
纵向式通风：从一个洞口由通风机直接引进新鲜空气，由另一个洞口把污染 空气排出的方式。（即在通风机作用下，风流沿着隧道轴线方向流动，风流方 向与自然通风的方向相同） 这种通风方式在隧道纵向的风速有入口至出口都是匀速的，但空气的污染浓 度由入口至出口方向呈直线增加。 在没有自然风和交通风的前提下，为了使隧道产生风速为 的空气流动， 需进行机械通风，其所需风压按下式计算：
应根据隧道的具体情况选择通风方式。 选择通风方式，首先要确定隧道所需的通风量，然后分析及讨 论自然风及活塞风能否满足通风需要，否则，则应采用机械通风。
二、自然通风
是否选择自然通风，主要看隧道长度及交通量大小。可由下列经验公 式作为划分自然通风与机械通风的限界：
LN 6 0 0
— 隧道长度 （km) N — 设计交通量 （辆/h，以小轿车为准） （我国道路设计规范规定 N 以卡车计） 式中： 选择自然风，也可由书上 P53 图 4-6 自然通风限界来确定。该图是根据 一些有名隧道的统计数据绘制而成，交通流量以小轿车计） 上述限界是指交通正常的情况。若隧道有可能发生交通堵塞，则应考 虑射流式通风方式。 对于单向交通的隧道，如果自然风是从隧道出口吹进隧道，必然会削 减交通风速。为了克服这种影响，可在出口附近设置洞口通风门，将逆风 截流。见 P 54 图4-7。
2、改善隧道空气质量的三种方法

生产无公害汽车；（目前还是有待解决的课题） 使用滤毒装置还原被污染的空气，将有害物稀释到容许值以下； （目前在经济上还未达到实用化水平） 从洞外引进新鲜空气，冲淡隧道内的有害物质的浓度，使空气质量 满足卫生标准及能见度要求。（这是目前常用的方法）

3、通风设计中应该考虑的主要问题

空气中有害物质的容许浓度; 新风量的确定； 判断自然通风的能力； 机械通风方式的讨论； 通风设备的选择。
4.2 空气中有害物质的容许浓度
一、CO的容许浓度
CO无色无味，人的感觉器官不能分辨，非常危险。 研究表明，健康成年人受CO的影响程度与CO的浓度、活动状态 （如静坐、步行等）、吸入时间有关。 在通风设计中，根据美国矿山局的研究结果，将CO的容许浓度给 定为 400 ppm。（ppm 是 1/1000,000的意思，即以 1 m3 的空气中存在的 CO 的 cm3 数来表示）。 隧道内污染空气中，除了CO ，还有其他有害物质，但在稀释 CO 的同时，其他有害物质的浓度也相应地下降了。而对于 CO 浓度的测定 要比对其它有害物的测定更容易些，因而将 CO 浓度作为隧道内污染空 气的代表，其容许浓度用 δco 表示。该值的确定主要从司机的健康安全和 舒适性两方面考虑。
隧道工程
第四章 隧道的运营通风
4.1 概述
1、运营通风的必要性
汽车所排的的尾气中含有多种有毒有害成分，如 CO、煤烟、Al、S、 磷化物等，车辆携带及卷起的尘土，均构成对隧道的污染。 由于隧道为封闭空间，只有进出口与外部大气相通，污染物不能 很快地扩散，如果不采取通风措施，隧道内的污染空气的浓度就会逐渐 增大，对人体产生毒害甚至危及生命。此外，隧道内烟雾及尘土量达到 一定的程度，会使能见度降低，从而影响隧道内的行车安全。