隧道标准通风设计与计算

1、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二1127.4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。L-N>2x106(5.1)该隧道：远期，L-N=1127.4x24x840x0.10=2.27x1062x106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：道路等级车道数、交通条件设

2、计行车速度隧道纵坡平均海拔高度山岭重丘三级公路双向、两车道、v=40km/h=11.11m/si=2%L=240mi=-2%L=600m1122H=(179.65+184.11)/2=181.88mL=30.84rA=67.26m2rD=9.25mrV=2.5m/sn隧道断面周长隧道断面当量直径自然风引起的洞内风速空气密度：p=1.20kg/m3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、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20oC5.2.1 CO排放量据JTJ026.11999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：q=0.01m3/辆kmco考虑CO的车况系数为：f二1.0a据JTJ026.11999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：平均海拔高度：

4、181.36+180.582=180.97m取f=1.45h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）402010fivi=2%1.01.00.8fd1.536考虑CO的海拔高度修正系数：考虑CO的车型系数如表5.2：表5.2考虑CO的车型系数车型各种柴油车汽油车小客车旅行车、轻型货车中型货车大型客车、拖挂车fm1.01.02.55.07.0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，Q=TrqffffL£

5、;（Nf）（5.2.1）CO3.6X10coadhivmm6m=1式中Q隧道全长CO排放量贡/s）COqCO基准排放量（m3/辆km）,可取0.01m3/辆km；coivmnNm当v=40km/h时查表得到：q=0.01,coL1=240,1QCO=考虑CO的车况系数，取为1.0；车密度系数，按表5-1取值；-考虑CO的海拔高度系数，取f=1.45h考虑CO的纵坡车速系数，按表5-1取值考虑CO的车型系数，按表5-2取值；车型类别数；-相应车型的设计交通量辆/h。fa=1.1,fd=1.5,fh=1.5,adhL2=600，fiv1=1.0,2iv1fiv2=1.0，x0.01x1.1x1.5

6、x1.45x1.0x8403.6x106x(218+62+98+255+33)xl.O+88x2.5+133x5+241x7_=0.0181m3/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的排放量工况车速(km/h)402010CO排放量(m3/s)0.01810.03040.0712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：Q=0.0712m3/sCO稀释CO的需风量根据技术要求，CO的设计浓度为：正常行驶8=200ppm，阻塞路段为5=300ppm隧址夏季设计温度取20oC,换算成为绝对温度

7、T=273+20=293K稀释CO的需风量按(5.3.2)公式计算：Q=°co-0-x106(5.2.2)req(CO)5pT0式中Qz)隧道全长稀释CO的需风量(m3/s)reqCO)5CO设计浓度(正常路段为250ppm，阻塞路段为300ppm)；p标准大气压(kN/m2),取101.325kN/m2；0T隧址夏季的设计气温(K),取293K；p隧址设计气压，取为97.880kN/m2；T标准气温，取273K。0.0712101.325293Q=-X106req(co)20097.88273=395.5m3/s5.2.2 烟雾排放量取烟雾基准排放量为：q=2.5m2/辆kmVI考

8、虑烟雾的车况系数为：f=1.0a(VI)依据JTJ026.11999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f和车密度修正系数f如iv(VI)d表所示：5.4不同工况下的f)和f工况车速(km/h)Lrv40d20104v(VI)i=1%1.10.720.72f1.536考虑烟雾的海拔高度系数平均海拔高度：181.36+180.582=180.97m，取f=1.25hm(VI)按公式(5.3.3)计算各工况车速下烟雾排放量：1""&

9、quot;f-L丈(-f)()mm(VI)m=1(5.2.3)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f()m(V7)m(VI)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0.41.01.534Q=-q-f-f-f-fVI3.6X106VIa(VI)dh(VI)iv(VI)式中Q隧道全长烟雾排放量(m3/s)VIq烟雾基准排放量(m3/辆-km)，可取2.5m2/辆-km；VI考虑烟雾的车况系数，按规范取值,取1.0；a(VI)h(VI)考虑烟雾的海拔高度系数，按规范查得取1.25车密度系数，按表5-4取值；考虑烟雾的纵坡车速系数，按表5-4取值；iv(VI)考虑烟

10、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车速(km/h)402010烟雾量(m'/s)1.6342.1392.404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：Q=2.404m3/sVI稀释烟雾的需风量根据规范，正常时取烟雾设计浓度为K=0.0070m-i，交通阻滞时取烟雾设计浓度为K=0.0090m-i稀释烟雾的需风量按公式(5.3.4)计算：Q=v(5.2.4)req(VI)K式中Q隧道全长稀释烟雾的需风量(m3/s)req(VI)K烟雾设计浓度(m-i)

11、Q2.404Q=兰=267.11m3/sreq(VI)K0.00905.2.3 稀释空气内异味的需风量取每小时换气次数为5次，则有：req(异味)ALrnt(5.3.5)计算得：67.26x840Q=x5=156.94m3/sreq(异味)36005.2.4 交通阻滞时的通风量计算CO设计浓度为d=300ppm烟雾设计浓度K=0.0090m-1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0.0712101.325293Q=-x106reqlco)30097.88273=263.7m3/s交通阻滞时按烟雾排放量计算通风量Q2.404Q=Qv=267.11m3/

12、sreq(VI)K0.0090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Q=386.6m3/sreq(CO)5.3 通风计算5.3.1计算条件隧道长度：L=840m隧道断面面积：A=67.26m2r隧道断面周长：G=30.84mr4D4x63.74隧道当里直径：D=r=8.27mrG30.84r设计交通量(远期)：1127.4辆/h需风里：Q=386.6m3/sreq(CO)隧道设计风速：v=Qreq(CO)=386.6=5.75m/SrA67.26r隧址空气密度：p=1.20kg/m3表5.7损失系数隧道壁面摩阻损失系数九0.02r隧道入口损失系数g0.65.3.2隧道

13、内所需升压力计算(1)自然风阻力(1+g+九erLD-丿rAp=mL)1+g+九上erD丿r(5.3.1)式中g自然风阻力(N/mJ；eg隧道入口损失系数，可按规范取值，取0.6；eV自然风作用引起的洞内风速，取23m/s，取3；r式中式中式中则有：PL九-rDrArGr空气密度，取1.2kg/m3隧道长度隧道壁面摩阻损失系数，可按规范取值，取0.02直径，计算得D=9.25m；rm2），隧道断面当量隧道净空断面积隧道断面周长。2)通风阻抗力(Ap)rAp=rLD丿r(5.3.2)V隧道设计风速r交通通风力(Ap)：tAAPAp=m-n-tA2r(V-V)2+t(+)r(5.3.3-1)Apt

14、交通通风力；隧道内与V同向的车辆数，rv与v同向的各工况车速(m/s)t(+)rA汽车等效阻抗面积(m2)mA=(1-r)-A-g+r-A-gm1cscs1clclN-L+;3600-vt(+)(5.3.3-2)(5.3.3-3)AcsAclg-csgclr1-小型车正面投影面积（m2）,可取2.13-大型车正面投影面积（m2）,可取5.37小型车空气阻力系数，可取0.5；大型车空气阻力系数，可取1.0；大型车比例，为0.556。m2；m2；A=(1-r)-A-g+r-A-gm1cscs1clcl=(1O.556)x2.13x0.5+0.556x5.37x1.0=3.46m2当速度v=40km

15、/h=11.11m/s时,L_eD丿r自然风阻力：1+g+x-通风阻抗力：Ap=1+g+X-£V2=2rL_eD丿r(1+0.6+0.02xI9.25丿1+0.6+0.02x-840'I9.25丿1.2xx32=18.45N/m22£V22r1.2x一x5.7522840、=67.77N/m2交通通风力：_AP1_mntA2+N-L1127.4x840n_+二二23.68+3600-v3600x11.11t(+)(v-v)2=x一x25.1x(11.11-5.75)2=41.52N/mt(+)r67.262r所需升压力（Ap）：Ap=Ap+Ap-Apmrt=18.4

16、5+68.77-41.52_45.7(N/m2)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参数类另别ApmN/m2AprN/m2ApN/m2tApN/m2Ap取值N/m2n(辆)+ApN/m2t40km/h18.4568.7750.1741.5245.786.3720km/h18.4568.77100.260.8586.3710km/h18.4568.77200.5270.6916.535.4 通风机台数的计算在满足隧道设计风速v_6.07m/s的条件下，射流风机台数可按式（5.4.1）r计算：Apj式中i所需射流风机的台数（台）；Ap每台射流风机升压力（N/m2）。每台射流风机升压力按式（5.5.2）计算：A（vzAp_pv21一十耳（54.2）jjAIv丿rj式中v射流风机的出口风速（m/s）；A射流风机的出口面积（m2）；耳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Ap的计算：j取v_25m/s，A_0.636m2，耳_0.8则有:代入得：Apj_1.2x252x063611-67.26Jx0.8二4.5(N/m2)故i=8637=19.2沁20(台)4.5(2)选择1120型射流风机所需台