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1、隧道标准通风设计与计算 1/10 5 通风设计与计算 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，保证司乘人员与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。62 10L N （5.1）该隧道：远期，61127.424 8400.102.27 10L N 62 10 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
2、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 i1=2%L1=240 m i2=-2%L2=600 m 平均海拔高度 H=(179.65+184.11)/2=181.88 m 隧道断面周长 Lr=30.84 隧道断面 Ar 67.26 m2 隧道标准通风设计与计算 2/10 当量直径 Dr 9.25 m 自然风引起的洞内风速 Vn=2.5 m/s 空气密度：31.20/kg m 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.
3、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20oC 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排放量与需风量的计算公式，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
4、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）40 20 10 fiv i=2%1.0 1.0 0.8 fd 1.5 3 6 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 车各种 汽 油 车 降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与洞内工作人员的
5、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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 3/10 型 柴油车 小客车
6、 旅行车、轻型货车 中型货车 大型客车、拖挂车 fm 1.0 1.0 2.5 5.0 7.0 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，1613.6 10nCOcoadhivmmmQqffffLNf （5.2.1）式中 COQ隧道全长 CO排放量(m/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
7、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/vkm h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=1.0，610.01 1.1 1.5 1.45 1.0 8403.6 10COQ 2186298255331.088 2.5133 5241 7 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 C
8、O的排放量 工况车速(km/h)40 20 10 CO排放量（m 0.0181 0.0304 0.0712 降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明
9、设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 4/10/s）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：60010COreq COQpTQpT (5.2.2)式中 req COQ隧道全长稀释 CO的需风量(m/s)CO 设计
10、浓度（正常路段为 250ppm，阻塞路段为300ppm）；0p标准大气压（kN/m）,取 101.325 kN/m；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；0T标准气温，取 273K。60.0712 101.325 2931020097.88273req COQ 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：1.0a VIf 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 以与交通阻塞（阻塞路段车速按
11、10km/h 与长度按 1km计算）时，不同工况下的速度修正系数iv VIf和车密度修正系数df如表所示：5.4 不同工况下的iv VIf和df 工况车速（km/h）40 20 10 iv VIf i=1%1.1 0.72 0.72 df 1.5 3 6 考虑烟雾的海拔高度系数 降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与
12、计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 5/10 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m VIf 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 0.4 1.0 1.5 34 按公式(5.3.3)计算各工况车速下
13、烟雾排放量：6113.6 10nDVIVIdma VIh VIiv VIm VImQqffffLNf (5.2.3)式中 VIQ隧道全长烟雾排放量(m/s)VIq烟雾基准排放量(m/km辆)，可取 2.5 m /km辆；()a VIf考虑烟雾的车况系数，按规范取值,取 1.0；()h VIf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；()iv VIf考虑烟雾的纵坡车速系数，按表 5-4 取值；()m VIf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
14、车速（km/h）40 20 10 烟雾量（m /s）1.634 2.139 2.404 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：VIreq VIQQK (5.2.4)式中 ()req VIQ隧道全长稀释烟雾的需风量(m/s)降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的
15、确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 6/10 K烟雾设计浓度（1m）32.404267.11/0.0090VIreq VIQQmsK 5.2.3
16、 稀释空气内异味的需风量 取每小时换气次数为 5 次，则有：rreqA LQnt异味 (5.3.5)计算得：367.26 8405156.94/3600reqQms 异味 5.2.4 交通阻滞时的通风量计算 CO设计浓度为=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 60.0712 101.325 2931030097.88273req COQ 3263.7/ms 交通阻滞时按烟雾排放量计算通风量 32.404267.11/0.0090VIreq VIQQmsK 结论 综合以上计算可知，本隧道的
17、通风量由烟雾排放量的需风量决定，为 3386.6/req COQms 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 降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大
18、货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 7/10 隧道断面周长：30.84rGm 隧道当量直径：44 63.748.2730.84rrrDDmG 设计交通量（远期）：1127.4/h辆 需风量：3386.6/req COQms 隧道设计风速：386.65.75/67.26req COrrQvm sA 隧址空气密度：31.20/kg m 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 0.6 5.3.2 隧道内所需
19、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/m）；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 23 m/s，取 3；空气密度，取 1.2kg/m L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（m），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/rvm s（3）交通通风力（tp）：降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与洞
20、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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 8/10 2()
21、()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（m）11(1)mcscsclclArArA (5.3.3-3)式中 csA小型车正面投影面积（m），可取 2.13 m；clA大型车正面投影面积（m），可取 5.37 m；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 1 0.5562.13 0.50.5565.37 1.
22、0 23.46m 当速度40/11.11/vkm hm s时，自然风阻力：212errrLvD =28401.210.60.0239.252=218.45/N m 通风阻抗力：rp=212errrLvD =28401.210.60.025.759.252 =267.77/N m 交通通风力：()3600tNLnv=1127.4 8403600 11.11=23.68 2()()2mttrrApnvvA =23.461.225.1(11.115.75)67.262=241.52/N m 所需升压力（p）：p=mrtppp =218.4568.7741.5245.7(/)N m 其他各种工况车速下
23、，隧道内所需升压力用同样的方法计算，得出计算结果 5.8：降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车
24、速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 9/10 表 5.8 隧道内所需升压力计算结果表 参数 类别 2/mpN m 2/rpN m 2/tp N m 2/pN m p取值2/N m()n辆 2/tp N m 40km/h 18.45 68.77 50.17 41.52 45.7 86.37 20km/h 18.45 68.77 100.26 0.85 86.37 10km/h 18.45 68.77 200.52 70.69 16.53 5.4 通风机台数的计算 在满足隧道设计风速6.07/rvm s的条件下，射流风机台数可按式（5.4.1）计
25、算：jpip （5.4.1）式中 i所需射流风机的台数（台）；jp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：21jrjjrjAvpvAv （5.4.2）式中 jv射流风机的出口风速（/m s）；jA射流风机的出口面积（2m）；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jp的计算：取25/jvm s，20.636jAm，0.8则有：代入得：20.6366.071.22510.867.2625jp 4.5（2/N m）故 86.3719.220()4.5i 台（2）选择 1120 型射流风机所需
26、台数 1120 型射流风机每台的升压力jp的计算：取30/jvm s，20.98jAm，0.9 降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关
27、于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风隧道标准通风设计与计算 10/10 代入得：20.986.071.2 3010.967.2630jp 8.9（2/N m）故 86.379.710()8.9i 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，做到最优化的布置与使用
28、。降低隧道内有害气体与烟雾的浓度保证司乘人员与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通风方式的确定隧道长度长度为设计交通量辆小时双向交通隧道单向交通隧道当符合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隧道纵坡平均海拔高度隧道断面周长隧道断面隧道标准通风设计与计算当量直径自然风引起的洞内风速空气密度隧道起止桩号纵坡和设计标高隧道进口里程桩号为货小客全为汽油车中货为大客为大货拖挂全为柴油车隧道内平均温度取排放量辆据公路隧道通风照明设计规范中关于隧道内的排放量与需风量的计算公式行车速度分别按的工况计算取基准排放量为考虑的车况系数为据公路隧道通风