隧道标准通风设计与计算

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。

LN2106 （5.1） 该隧道：远期，

LN1127.4248400.102.27106＞2106 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 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 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：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% 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：qco0.01m3/辆km 考虑CO的车况系数为：fa1.0 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

工况车速（km/h） fiv fd i=2% 40 1.0 1.5 20 1.0 3 10 0.8 6 考虑CO的海拔高度修正系数：

181.36180.58平均海拔高度：180.97m 取fh1.45

2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 fm 各种 柴油车 1.0 小客车 1.0 2.5 汽 油 车 旅行车、轻型货车 中型货车 5.0 大型客车、拖挂车 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，

n1qcofafdfhfivLNmfm （5.2.1） QCO3.6106m1式中

QCO——隧道全长CO排放量(m³/s)

qco ——CO基准排放量（m3/辆km ），可取 0.01m3/辆km ；

fa ——考虑CO的车况系数，取为1.0；

fd ——车密度系数，按表5-1取值；

fh ——考虑CO的海拔高度系数，取fh1.45

fiv ——考虑CO的纵坡—车速系数，按表5-1取值； fm ——考虑CO的车型系数，按表5-2取值；

n ——车型类别数；

Nm——相应车型的设计交通量辆/h。 当v40km/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 ，

1 QCO0.011.11.51.451.0840

3.6106 2186298255331.0882.513352417 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) 40 20 10 CO排放量（m³/s） 0.0181 0.0304 0.0712 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：QCO0.0712m3/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，阻塞路段为300ppm

隧址夏季设计温度取 20oC,换算成为绝对温度T27320293K 稀释CO的需风量按(5.3.2)公式计算：

QpTQreqCOCO0106 (5.2.2)

pT0式中 QreqCO——隧道全长稀释CO的需风量(m³/s)

； ——CO设计浓度（正常路段为250ppm，阻塞路段为300ppm）

p0——标准大气压（kN/m²）,取101.325 kN/m²；

，取 293K； T——隧址夏季的设计气温（K）

p——隧址设计气压,取为 97.880kN/m²； T0——标准气温，取273K。

0.0712101.325293106 20097.88273 395.5m3/s

QreqCO5.2.2烟雾排放量

取烟雾基准排放量为：qVI2.5m2/辆km 考虑烟雾的车况系数为：faVI1.0

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fivVI和车密度修正系数fd如表所示：

5.4不同工况下的fivVI和fd 工况车速（km/h） 40 20 10 fivVI fd i=1% 1.1 0.72 0.72 1.5 3 6

考虑烟雾的海拔高度系数

181.36180.58平均海拔高度：180.97m，取fh1.25

2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fm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 0.4 1.0 1.5 3～4

按公式(5.3.3)计算各工况车速下烟雾排放量：

D1QVIqVIfaVIfdfhVIfivVILNmfmVI (5.2.3)

3.6106m1n式中 Q——隧道全长烟雾排放量(m³/s)

VIqffVI——烟雾基准排放量(m³/辆km)，可取2.5 m²/辆km； ——考虑烟雾的车况系数，按规范取值,取 1.0； ——考虑烟雾的海拔高度系数，按规范查得取1.25；

a(VI)h(VI)fd ——车密度系数，按表5-4取值；

ffiv(VI)m(VI)——考虑烟雾的纵坡—车速系数，按表5-4取值； ——考虑烟雾的车型系数，按表5-5取值；

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 工况车速（km/h） 40 20 10 n烟雾量（m³/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：QVI2.404m3/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=0.0070m1，交通阻滞时取烟雾设计浓度为K=0.0090m1

稀释烟雾的需风量按公式(5.3.4)计算：

Q QreqVIVI (5.2.4)

K式中 Qreq(VI)——隧道全长稀释烟雾的需风量(m³/s)

K——烟雾设计浓度（m1）

Q2.404QreqVIVI267.11m3/s

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：

ALQreq异味rn (5.3.5)

t计算得：

67.26840Qreq异味5156.94m3/s

36005.2.4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 m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

0.0712101.325293QreqCO106

30097.88273 263.7m3/s

交通阻滞时按烟雾排放量计算通风量

Q2.404QreqVIVI267.11m3/s

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 QreqCO386.6m3/s

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：Ar67.26m2 隧道断面周长：Gr30.84m

4Dr463.748.27m 隧道当量直径：DrGr30.84设计交通量（远期）：1127.4辆/h

需风量：QreqCO386.6m3/s 隧道设计风速：vrQreqCOAr386.65.75m/s 67.26隧址空气密度：1.20kg/m3

表5.7 损失系数

隧道壁面摩阻损失系数r 隧道入口损失系数e 0.02 0.6

5.3.2隧道内所需升压力计算

L（1）自然风阻力（1erDrLpm1erDr2： vr）

22vr (5.3.1) 2式中 e——自然风阻力（N/m²）；

e——隧道入口损失系数，可按规范取值，取0.6；

vr——自然风作用引起的洞内风速，取2～3 m/s，取3；

——空气密度，取1.2kg/m³

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； Dr——隧道断面当量直径，计算得Dr9.25m； Ar——隧道净空断面积（m²）， Gr——隧道断面周长。 （2）通风阻抗力（pr）：

L pr1ervr2 (5.3.2)

Dr2式中

vr——隧道设计风速（m/s），vr6.07m/s （3）交通通风力（pt）：

Aptmn(vt()vr)2 (5.3.3-1)

Ar2式中

pt——交通通风力；

NLn——隧道内与vr同向的车辆数，n； (5.3.3-2)

3600vt()vt()——与vr同向的各工况车速（m/s）

Am——汽车等效阻抗面积（m²）

Am(1r1)Acscsr1Aclcl (5.3.3-3)

式中

Acs——小型车正面投影面积（m²），可取2.13 m²； Acl——大型车正面投影面积（m²），可取5.37 m²；

则有：

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； r1——大型车比例，为0.556 。

Am(1r1)Acscsr1Aclcl

10.5562.130.50.5565.371.0

3.46m2

当速度v40km/h11.11m/s时，

8401.22L3=18.45N/m2 自然风阻力：1ervr2=10.60.029.252Dr2L通风阻抗力：pr=1ervr2

Dr28401.225.75 =10.60.02 9.252 =67.77N/m2

NL1127.4840交通通风力： n==23.68

3600vt()360011.11A3.461.2ptmn(vt()vr)2=25.1(11.115.75)2=41.52N/m2

Ar267.262所需升压力（p）：

p=pmprpt

=18.45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 pm类别 40km/h 20km/h 10km/h N/m2 prN/m2ptN/m2 pn(辆) ptN/m2 N/m50.17 100.26 200.52 41.52 0.85 70.69 2 N/m取值 p218.45 18.45 18.45 68.77 68.77 68.77 45.7 86.37 16.53 86.37 5.4通风机台数的计算

在满足隧道设计风速vr6.07m/s的条件下，射流风机台数可按式（5.4.1）计算：

ip （5.4.1） pj式中 i——所需射流风机的台数（台）；

pj——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：

Ajvr2pjvj1 （5.4.2）

Arvj式中 vj——射流风机的出口风速（m/s）；

Aj——射流风机的出口面积（m2）；

——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pj的计算： 取vj25m/s，Aj0.636m2，0.8则有： 代入得：

pj1.22520.6366.0710.8 67.26254.5（N/m2）

故 i86.3719.220(台) 4.5（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pj的计算：

取vj30m/s，Aj0.98m2，0.9 代入得：

pj1.23020.986.0710.9 67.26308.9（N/m2）

故 i86.379.710(台) 8.95.5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。