浅谈交通工程隧道通风系统选用

浅谈交通工程隧道通风系统选用

　　摘要:近年来,随着交通系统的飞速发展,为了更多的行车便利隧道的使用也日益普及,为了确保行车的安全,隧道的通风系统也变得至关重要.本文从交通量、隧道长度并结合地形、隧道周围环境一系列条件来选用各种合适的通风系统, 以使隧道内有害气体浓度及可见度达到要求.使行车安全得到保障.

　　关键词:交通工程;隧道通风;系统选择

　　1前言

　　公路隧道内对人体有害的气体，来自汽车排出的废气，其主要成份有:一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、醛类、有机化合物等，其中一氧化碳危害最大。因此，一氧化碳做为有害物的主要指标。此外，由于车辆产生的烟雾及汽车行驶扬起的灰尘，造成隧道内可见度降低。隧道通风的目的，就是用新鲜空气来稀释隧道内汽车排出的废气，降低有害物质的浓度，并达到所要求的可见度，从而保证人体健康和车辆行驶安全。隧道通风系统应结合交通量、隧道长度、气象、地形、环境等因素，同时兼顾供电照明、通信监控、事故、火灾、工程造价和维修保养费用综合考虑。

　　2容许浓度与可见度

　　2.1有害气体的计算

　　根据上海有关部门的研究，一氧化碳产生量的计算公式为:

　　式中:

　　A-----汽油含碳量(重量比)，一般取A=0.855;

　　E—汽车每公里耗油量((kg/km) ;

　　Vo一一废气中一氧化碳所占的体积百分数;

　　Vco;一废气中二氧化碳所占的体积百分数;

　　Pco一一辆汽车行驶1 km的一氧化碳产生量(耐m3/辆.km).

　　日本用Pco=0.315f(L/辆·km)计算一氧化碳产生量，可作参考。该式中Pco为一辆汽车行驶1 km产生一氧化碳的平均值;f为燃料消耗率，f=0.105L/辆·km。此外，汽车一氧化碳产生量还与发动机的类型、汽车保养程度、车速、道路状况、坡度和驾驶技术等有关，如根据国际道路会议常设协会(PLARC)资料，坡度为5%时，一氧化碳排放量增加5%,一氧化氮排放量增加84%，烟雾排放量(车速为30km/h)增加160%.

　　2.2容许浓度与可见度要求

　　2.2.1隧道内一氧化碳(CO)容许浓度

　　(1)隧道内工作人员长期停留的工作间、休息室和控制室等为24ppm.

　　(2)正常营运时为150ppm..

　　(3)发生事故时，短时间(15min)以内为250ppm.

　　2.2.2隧道内烟尘容许浓度

　　(1)高速公路，一、二级公路隧道为75%.

　　(2)三、四级公路隧道为90%.

　　2.2.3可见度要求

　　在路面平均照度30勒克斯情况下，光透过率:=65%，即隧道内稍有薄雾，视力1.5者在75m距离内看车和人清楚，视力0.7者在50m距离内看车清楚，隧道内有舒适感。

　　日本规定:在平坦的隧道内，车速为40一60km/h，正常情况下，一氧化碳及尘烟浓度标准见表1.

　　欧洲和美国的标准是l00ppm,在第13届国际道路会议上，曾建议在正常交通状态下，一氧化碳浓度为70一100ppm,当发生交通阻塞时，在 15min内允许达到250ppm。可见，我国的标准有点偏低，随着高等级公路隧道的发展及交通量的增加，建议一氧化碳容许浓度不超过l00ppm为宜。

　　3通风量和风压

　　隧道内所需通风量，应根据稀释隧道内空气中的有害物浓度达到允许浓度时所需的新鲜空气量来确定。对于一氧化碳和尘烟，以稀释二者达到容许浓度所需的通风量，取其大者为设计通风量。

　　隧道内稀释一氧化碳所需的新鲜空气量可按下式计算:

　　可参阅<<公路隧道设计规范>>.

　　日本采用的计算方法是,在平坦隧道,行车速度为40~60km/h时:

　　4通风方式的选择

　　目前各国公路隧道通风方式的选择，主要根据隧道长度和交通量大小来确定。一般隧道长度在200m以下甚至200~300m时，在一定的交通量以下，可采用自然通风。当LN>600时，采用机械通风，式中L为隧道长度(km), N为隧道高峰小时交通量(辆/h).

　　根据空气在车道空间流动的方向，机械通风的方式可分为:纵向通风、横向通风、半横向流人通风和半横向流出通风。

　　4.1纵向通风

　　纵向通风系统即利用隧道作通风道，一端送风，另一端排风，或两端进风，中间竖井排风。由热压、风压和洞门附近的大气压产生的局部压力差称为自然压力差，以Pe表示，自然压力差对纵向通风系统影响最大，可能严重阻碍气流，甚至会使气流倒流。因此，纵向通风系统必须安装自动操纵换向装置。通过竖井进出风的纵向通风系统，在有压力差的情况下，不能全靠提高通风机压力或使气流换向，必须增加空气总用量L。对通风机从隧道较长支路一侧产生的气流来说，如图2，自然压力差Pe的反作用将是不利的。这条长度为lt的支路，其阻力与Pe之和将等于长度为12的另一条支路的阻力:

　　Pe+kl1L21=kl2(L-L1)2

　　式中:

　　k-单位长度隧道气动阻力系数;

　　L1支路l1稀释有害物质所需用的空气量.

　　L1=(ql1)/Cm

　　式中q-单位长度隧道内有害物质的排放强度(假定有害物质排放均匀分布,下同)

　　Cm—隧道空气中有害气体的容许浓度。

　　由此得:

　　沿较长支路I，有害气体的浓度:

　　Cx=qx/L1

　　沿较短支路12,有害气体的浓度:

　　上述两式中x的值从竖井与隧道的交点起向右或向左计算.

　　4.2横向通风

　　横向通风是沿隧道均匀地抽出和输入等量空气，在整个隧道上不会产生压力差.因此，自然压力差附加到横向压力上并不会影响空气的轴向对流，也就不会降低通风效果.

　　设汽车排出的废气为q并均匀地分布在隧道全长上，则横断面x和(x+△x)之间有害物质的平衡方程式为:

　　Cx Le + q·△x=(Cx+△C)·Le+ (Cx + △C)Lb △x

　　式中:

　　Le—在自然压力差作用下进人隧道的轴向气流;

　　△C—△x区段上有害物质浓度的增值;

　　Lh—无风时通风系统产生的隧道单位长度的横向气流.