无竖井纵向通风隧道通风效果影响因素研究

无竖井纵向通风隧道通风效果影响因素研究

在过去几年的隧道建设中，垂直通风法被广泛应用于隧道的建设。纵向通风方式能充分利用活塞风,不需额外设置风渠,减少了工程量。车道即为风道,减小了通风阻力。风机可分期安装,减少工程前期投入。风机操纵灵活,可根据实际需要确定开启的风机台数。机械设备较简单,易安装,维修和保养且不影响隧道正常运转但纵向通风隧道也存在一些缺点,隧道入口处污染物浓度低而浓度较高的位置出现在排风口和隧道出口处,使得污染物在隧道内分布不均匀,排风口和隧道出口处的高浓度废气如果不经处理就排放,会对隧道口部周边环境造成持续性污染。纵向通风方式及其特点见表11地面玄武湖隧道南京市玄武湖隧道西边起源于模范马路,东边终止于新庄立交二期,它从玄武湖、古城墙、中央路下穿过,在经过芦席营路口后,于工业大学附近出地面,隧道全长约有2.66km,其中暗埋段长度为2.23km,为总宽度是32m的双洞单向隧道,隧道的设计车速为60km/h,其单洞净宽为13.6m,通行净高为4.5m。玄武湖隧道是无竖井纵向通风型城市隧道中的一个典型例子,见图1。玄武湖隧道通风采用的是全射流纵向机械通风方式,现有射流风机36台,每台风机每天综合通风时间取3h,隧道每天运营时间为早上6点到晚上12点,通行18h/d。2测试方案2.1测试参数选取以下测试参数:一氧化碳(CO)、断面风速、车流量2.1.1co在不同工况下的总体浓度取值汽车行驶过程中产生的废气包含燃料不完全燃烧产生的气体和燃料中所含有的不能燃烧的杂质,即CO、NO我国公路隧道纵向通风运营环境的CO标准根据《公路隧道通风设计细则》可分为正常运行工况和交通阻滞工况两种。(1)正常运行工况,CO设计浓度为:隧道长度≤1000m,CO浓度150ppm;隧道长度≤3000m,CO浓度100ppm;隧道长度处于两者之间时,CO浓度插入法取值。(2)交通阻滞工况(平均车速≤10km/h),CO在阻滞段的设计浓度限值可取150ppm,且在其中暴露时间必须小于20min。阻滞段长度<1km。2.1.2特殊情况选取《公路隧道通风设计细则》3.2.3条规定:“单向交通隧道的设计风速不宜大于10m/s,特殊情况可取12m/s;双向交通隧道的设计风速不应大于8m/s;人车混行的隧道设计风速不应大于7m/s。”隧道污染物浓度分布受到隧道内风速的影响,风速越大隧道通风越好,对有害气体的排出越有利,然而出于安全与节能方面的考虑,隧道内风速不能无限增大。2.1.3流量隧道内风速、污染物浓度和车流量紧密相关,探求三者之间的作用关系对掌握污染物浓度分配规律非常重要。2.2测试设备2.2.1传感器4mM4是一种配备了多种有毒气体(CO、NO、NO2.2.2风速仪采用RHLOG智能型风速自记仪对风速进行测试,特性参数见表3,实物见图3。2.3测试位置和测试点的配置2.3.1隧道内流场cfd模拟分析现场测试时需要用到大量的测试仪器记录数据,由于隧道内车流量大,测试人员不能在隧道内随意走动,测试点均只能在隧道两侧布置。通过对隧道内流场的CFD模拟与理论分析可知,测点测得的风速和CO浓度能够代表该测点所在断面的风速与CO浓度测试人员在除仪器自动测试记录外还需每30min人工记录一次数据。通过对所选测点数据的测试,可以得到参数在整条隧道内分布曲线。2.3.2玄武湖隧道dj玄武湖隧道全长约2.66km,是一个双向单洞六车道的隧道,玄武湖隧道的暗埋段长2.23km,其单洞净宽度为13.6m,总宽度为32m,车辆通行净高为4.5m,隧道的设计车速为60km/h。为了直观的了解整个隧道CO浓度变化,根据玄武湖隧道的本身结构,同时考虑玄武湖隧道采用无竖井纵向通风型方式,所以在由西向东隧道上均匀的选取10个断面,分别是入口点,距口部300m、600m、900m、1200m、1500m、1800m、2100m、2400m,出口点。文中整个隧道CO的浓度变化近似等于这些断面的CO浓度变化,即选取的10个断面CO浓度变化代表整个隧道CO浓度变化。3测试数据和分析通过试验测试得到了玄武湖隧道内不同时段、不同位置的一氧化碳(CO)浓度、断面风速、车流量等数据。3.1玄武湖隧道co浓度结果分析通过现场实测,得到了玄武湖隧道不同测量点各个时刻CO浓度测量值。由西向东各断面CO浓度随时间变化见图4,由图4可知玄武湖隧道全线CO浓度最大值约为22.5ppm,且最大值于8:00左右在隧道出口处出现,根据《公路隧道通风设计细则》,其最大值满足规范所要求的浓度设计值。整条隧道上不同时刻CO浓度的变化情况见图5。分析图5可知隧道内CO浓度沿程线性增大,隧道末端CO浓度达到最大。3.2平均风速分析隧道内每个风速测点都有3个测试值,随时间变化,隧道断面风速波动于2.0~6.5m/s之间,其平均风速在4.5~5.0m/s之间,见图6。玄武湖隧道是不带通风竖井的机械通风运营模式,自然因素对隧道内风速影响较小,主要影响因素为活塞风和射流风机。由此可见开启风机能够显著加强隧道内通风效果。3.3co平均浓度隧道车流量随时刻变化统计数据见图7,由图可知玄武湖隧道车流量高峰主要集中在8:00~10:00和17:00~19:00内,该时段内总车流量大概在7000~8500辆/h范围内,而该时段内单向车流量约为4000辆/h左右。隧道内CO平均浓度的峰值集中在8:00~10:00、14:00左右和17:00~19:00,其变化见图8,可以发现隧道内CO浓度与车流量具有一定正相关关系。由此可见隧道在交通压力高峰期间应打开风机加强通风,从而降低隧道内污染气体浓度。4隧道内通风效果分析(1)无竖井纵向通风隧道内CO浓度沿程线性增大,表明隧道长度是隧道通风效果主要影响因素之一,无竖井纵向通风隧道越长,隧道末端CO浓度越大,通风效果越差。(2)分析测试结果发现隧道内车流量也是隧道通风效果影响因素之一。车辆在隧道内行驶会提供活塞风,但同时也排放污染物,车流量的峰值也