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。

6210L N ⋅≥⨯ （5.1） 该隧道：远期，
61127.4248400.10 2.2710L N ⋅=⨯⨯⨯=⨯＞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 = 40 km/h =11.11m/s
隧道纵坡 i 1 =2% L 1 = 240 m i 2 = -2% L 2=600 m 平均海拔高度 H = (179.65+184.11)/2 = 181.88 m 隧道断面周长 L r = 30.84 隧道断面 A r ＝ 67.26 m 2 当量直径 D r ＝ 9.25 m 自然风引起的洞内风速 V n = 2.5 m/s 空气密度：31.20/kg m ρ=
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20o C
5.2.1 CO 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/co q m km =⋅辆 考虑CO 的车况系数为： 1.0a f = 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
考虑CO 的海拔高度修正系数：
平均海拔高度：181.36180.58
180.972
m += 取 1.45h f =
考虑CO 的车型系数如表5.2：
表5.2考虑CO 的车型系数
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，
()161
3.610n
CO co a d h iv m m m Q q f f f f L N f ==
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⨯∑ （5.2.1） 式中
CO Q ——隧道全长CO 排放量(m ³/s)
co q ——CO 基准排放量（3/m km ⋅辆 ），可取 30.01/m km ⋅辆 ；
a f ——考虑CO 的车况系数，取为1.0；
d f ——车密度系数，按表5-1取值；
h f ——考虑CO 的海拔高度系数，取 1.45h f =
iv f ——考虑CO 的纵坡—车速系数，按表5-1取值； m f ——考虑CO 的车型系数，按表5-2取值；
n ——车型类别数；
m N ——相应车型的设计交通量辆/h 。

当40/v km h =时 查表得到：
q co =0.01 , f a =1.1 , f d =1.5 , f h =1.5 ,
L 1 = 240 , L 2 =600 ， f iv1 =1.0 , f iv2 =1.0 ，
6
1
0.01 1.1 1.5 1.45 1.08403.610CO Q =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯
()218629825533 1.088 2.513352417⨯++++⨯+⨯+⨯+⨯⎡⎤⎣⎦ 30.0181/m s =
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
最大CO 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/CO Q m s =
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 δ=，阻塞路段为300ppm δ=
隧址夏季设计温度取 20o C ,换算成为绝对温度27320293T K =+= 稀释CO 的需风量按(5.3.2)公式计算：
()60010CO req CO Q p T
Q p T δ=⋅⋅⨯ (5.2.2)
式中 ()req CO Q ——隧道全长稀释CO 的需风量(m ³/s)
δ——CO 设计浓度（正常路段为250ppm ，阻塞路段为300ppm ）
； 0p ——标准大气压（kN/m ²）,取101.325 kN/m ²；
T ——隧址夏季的设计气温（K ）
，取 293K ； p ——隧址设计气压,取为 97.880kN/m ²； 0T ——标准气温，取273K 。

()60.0712101.325293
1020097.88273
req CO Q =
⋅⋅⨯ 3395.5/m s =
5.2.2烟雾排放量
取烟雾基准排放量为：22.5m /km VI q =⋅辆 考虑烟雾的车况系数为：() 1.0a VI f =
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()iv VI f 和车密度修正系数d f 如表所示：
考虑烟雾的海拔高度系数
平均海拔高度：181.36180.58
180.972
m +=，取 1.25h f =
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
按公式(5.3.3)计算各工况车速下烟雾排放量：
()()()()()
61
1
3.610n
D
VI VI d m a VI h VI iv VI m VI m Q q f f f f L N f ==⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⨯∑ (5.2.3)
式中 VI
Q ——隧道全长烟雾排放量(m ³/s)
VI
q
——烟雾基准排放量(m ³/km ⋅辆)，可取2.5 m ²/km ⋅辆； ()a VI f ——考虑烟雾的车况系数，按规范取值,取 1.0； ()
h VI f
——考虑烟雾的海拔高度系数，按规范查得取1.25；
d f ——车密度系数，按表5-4取值；
()iv VI f ——考虑烟雾的纵坡—车速系数，按表5-4取值； ()
m VI f
——考虑烟雾的车型系数，按表5-5取值；
n
D ——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
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/VI Q m s =
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：
()VI req VI Q
Q K
= (5.2.4)
式中 ()req VI Q ——隧道全长稀释烟雾的需风量(m ³/s)
K ——烟雾设计浓度（1m -）
()32.404
267.11/0.0090
VI req VI Q Q m s K ===
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：
()r req A L
Q n t
⋅=⋅异味 (5.3.5)
计算得：
()367.26840
5156.94/3600
req Q m s ⨯=⨯=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=0.0090 1m - 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
()60.0712101.325293
1030097.88273
req CO Q =⋅⋅⨯
3263.7/m s =
交通阻滞时按烟雾排放量计算通风量
()32.404
267.11/0.0090
VI req VI Q Q m s K ===
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/req CO Q m s =
5.3通风计算
5.3.1计算条件
隧道长度：840m L =
隧道断面面积：267.26m r A = 隧道断面周长：30.84r G m =
隧道当量直径：4463.74
8.2730.84r r r D D m G ⨯=== 设计交通量（远期）：1127.4/h 辆
需风量：()3386.6/req CO Q m s = 隧道设计风速：()386.6
5.75/67.26
req CO r r
Q v m s A =
=
= 隧址空气密度：31.20/kg m ρ=
表5.7 损失系数
5.3.2隧道内所需升压力计算
（1）自然风阻力（2
12
e r r r L
v D ρξλ⎛⎫++⋅
⋅⋅ ⎪⎝
⎭）
： 2
12
m e r r r L
p v D ρξλ⎛⎫∆=++⋅
⋅⋅ ⎪⎝
⎭ (5.3.1) 式中 e ξ——自然风阻力（N/m ²）；
e ξ——隧道入口损失系数，可按规范取值，取0.6；
r v ——自然风作用引起的洞内风速，取2～3 m/s ，取3；
ρ——空气密度，取1.2kg/m ³
L ——隧道长度
r λ——隧道壁面摩阻损失系数，可按规范取值，取0.02； r D ——隧道断面当量直径，计算得9.25r D m =； r A ——隧道净空断面积（m ²）， r G ——隧道断面周长。

（2）通风阻抗力（r p ∆）：
212r e r r r L p v D ρ
ξλ⎛⎫∆=++⋅⋅⋅ ⎪⎝
⎭ (5.3.2)
式中
r v ——隧道设计风速（m/s ）， 6.07/r v m s = （3）交通通风力（t p ∆）：
2()()2
m t t r r A p n v v A ρ
++∆=⋅⋅⋅- (5.3.3-1)
式中
t p ∆——交通通风力；
n +——隧道内与r v 同向的车辆数，()
3600t N L
n v +++⋅=⋅； (5.3.3-2)
()t v +——与r v 同向的各工况车速（m/s ）
m A ——汽车等效阻抗面积（m ²）
11(1)m cs cs cl cl A r A r A ξξ=-⋅⋅+⋅⋅ (5.3.3-3)
式中
cs A ——小型车正面投影面积（m ²），可取2.13 m ²； cl A ——大型车正面投影面积（m ²），可取5.37 m ²；
cs
ξ
——小型车空气阻力系数，可取0.5；
cl ξ——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)m cs cs cl cl A r A r A ξξ=-⋅⋅+⋅⋅
()10.556 2.130.50.556 5.37 1.0=-⨯⨯+⨯⨯
23.46m =
当速度40/11.11/v km h m s ==时，
自然风阻力：212e r r r L v D ρξλ⎛⎫++⋅⋅⋅ ⎪⎝
⎭=2840 1.210.60.0239.252⎛
⎫++⨯⨯
⨯ ⎪⎝⎭=218.45/N m 通风阻抗力：r p ∆=212e r r r L v D ρ
ξλ⎛⎫++⋅⋅⋅ ⎪⎝
⎭
=2
840 1.210.60.02 5.759.252⎛⎫++⨯⨯⨯ ⎪⎝
⎭
=267.77/N m
交通通风力： ()3600t N L n v +++⋅=⋅=1127.4840
360011.11
⨯⨯=23.68
2()()2m t t r r A p n v v A ρ++∆=⋅⋅⋅-=23.46 1.225.1(11.11 5.75)67.262⨯⨯⨯-=241.52/N m
所需升压力（p ∆）：
p ∆=m r t p p p ∆+∆-∆
=218.4568.7741.5245.7(/)N m +-=
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
5.4通风机台数的计算
在满足隧道设计风速 6.07/r v m s =的条件下，射流风机台数可按式（5.4.1）计算：
j
p
i p ∆=
∆ （5.4.1） 式中 i ——所需射流风机的台数（台）；
j p ∆——每台射流风机升压力（2/N m ）。

每台射流风机升压力按式（5.5.2）计算：
2
1j r j j r j A v p v A v ρη⎛⎫∆=⋅⋅⋅-⋅ ⎪ ⎪⎝⎭
（5.4.2）
式中 j v ——射流风机的出口风速（/m s ）；
j A ——射流风机的出口面积（2m ）；
η——射流风机位置摩阻损失折减系数，按规范取值。

（1） 选择900型射流风机所需台数
900型射流风机每台的升压力j p ∆的计算： 取25/j v m s =，20.636j A m =，0.8η=则有： 代入得：
20.636 6.071.22510.867.2625j p ⎛⎫
∆=⨯⨯
-⨯ ⎪⎝⎭
4.5=（2/N m ）
故 86.37
19.220()4.5
i =
=≈台 （2） 选择1120型射流风机所需台数
1120型射流风机每台的升压力j p ∆的计算：
取30/j v m s =，20.98j A m =，0.9η= 代入得：
20.98 6.071.23010.967.2630j p ⎛⎫
∆=⨯⨯
-⨯ ⎪⎝⎭
8.9=（2/N m ）
故 86.37
9.710()8.9
i =
=≈台 5.5风机的布置
经过综合考虑，本隧道选用900型射流风机，通风机选择两侧对称布置，间距84米。

射流机设置于建筑限界以外20cm 处，风机轴线与隧道轴线平行采用固定式设置，支承风机的结构应保证在实际静荷载的15倍以上，风机安装前应做支承结构的荷载实验。

在通风机的使用中，可根据实际情况做出合理调整，做到最优化的布置及使用。