内蒙古科技大学：《隧道工程》课程授课教案（讲义）第8章 隧道通风

内蒙古科技大学教案 第8章隧道通风 8.1概述 1、隧道内污染的形成 (1)施工期间：爆破、施工设备、瓦斯 (2)运营期间：汽车排放出的废气，CO和烟雾 (3)隧道内突发事件的产生：火灾、消防、交通混乱 2、改善隧道内污染的途径 (1)消除污染源-改造汽车 (2)滤毒滤烟设备，还原被污染空气 (3)将污染空气稀释到容许浓度值以下 (4)突发事件应急措施研究、隧道结构研究、路面结构研究 3、隧道通风设计要考虑的主要问题 (1)空气中有害物质的容许浓度：人的忍受程度、行车安全视距 (2)需风量计算问题：考虑交通量、排放量 (3)通风方式及通风设备选择：经济性和耐久性 8.2空气中有害物质容许浓度 1、确定隧道内污染空气中有害物的设计浓度需要研究的问题 (1)对汽车排放C0量的研究 (2)对汽车排放烟雾量及透明度的研究 (3)人在污染空气中的适应能力 (4)分别研究C0设计浓度和烟雾设计浓度

内蒙古科技大学教案 第 8 章 隧道通风 8.1 概述 1、隧道内污染的形成 （1）施工期间：爆破、施工设备、瓦斯 （2）运营期间：汽车排放出的废气，CO 和烟雾 （3）隧道内突发事件的产生：火灾、消防、交通混乱 2、改善隧道内污染的途径 （1）消除污染源-改造汽车 （2）滤毒滤烟设备，还原被污染空气 （3）将污染空气稀释到容许浓度值以下 （4）突发事件应急措施研究、隧道结构研究、路面结构研究 3、隧道通风设计要考虑的主要问题 （1）空气中有害物质的容许浓度：人的忍受程度、行车安全视距 （2）需风量计算问题：考虑交通量、排放量 （3）通风方式及通风设备选择：经济性和耐久性 8.2 空气中有害物质容许浓度 1、确定隧道内污染空气中有害物的设计浓度需要研究的问题 （1）对汽车排放 CO 量的研究 （2）对汽车排放烟雾量及透明度的研究 （3）人在污染空气中的适应能力 （4）分别研究 CO 设计浓度和烟雾设计浓度

内蒙古科技大学教案 2、C0设计浓度 (1)有害气体浓度的表示：单位体积被污染空气中含有害气体体积 106m3有害气体 1ppm 1m被污染空气 (2)人体对各种浓度有害气体的反映 致死限界 50 重 强症状 中等症状 轻度症状 8g10)坐姿 1 2 3 4 。行走 20401204022040320h.min)劳动 图8.21空气中的C0浓度、吸人时间以及活动状状态与C0Hb饱和率之间的关系 (3)C0设计浓度：与隧道长度和通风方式有关 表8.2.2C0设计浓度8(ppm) 隧道长度(m) ≤1000 ≥3000 纵向通风方式 300 250 全横向和半横向通风方式 250 200 人车混合通行隧道■ 150 100 3、烟雾设计浓度 (1)烟雾浓度定义：通过测定光线在烟雾中的透过率来表示 透过率是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过量之比：

内蒙古科技大学教案 2、CO 设计浓度 （1）有害气体浓度的表示：单位体积被污染空气中含有害气体体积 被污染空气 有害气体 3 6 3 1 10 1 m m ppm − = （2）人体对各种浓度有害气体的反映 CO-Hb% 强症状 重症 中等症状 轻度症状 (h)坐姿 (h)行走 (h,min)劳动 250ppm 100ppm 致死限界 2000ppm 500ppm 1000ppm 3000ppm 10000ppm 图8.2.1 空气中的CO浓度、吸人时间以及活动状状态与CO-Hb饱和率之间的关系 （3）CO 设计浓度：与隧道长度和通风方式有关 表8.2.2 CO设计浓度  （ppm） 隧道长度（m） 1000  3000 纵向通风方式 300 250 全横向和半横向通风方式 250 200 人车混合通行隧道 150 100 3、烟雾设计浓度 （1）烟雾浓度定义：通过测定光线在烟雾中的透过率来表示 透过率是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过量之比：

内蒙古科技大学教案 (8.2.1) 式中：E,E。分别为同一光源的光通过污染空气和洁净空气后的照度。 K-超 (82.3) 式中：是光源光穿过m厚的容许透光率，在隧道通风与照明中，取1=100m,故 其容许浓度K=-100g1. (2)司机对烟雾浓度舒适度的评价 当烟雾浓度，透过率（1=100m)和车速不同时，对舒适程度的感觉也不同， 表8.2.3是行车速度为40kmh时，司机对舒适水平的主观评价。 表8,23可机对烟雾浓度的舒适度评价 烟茅浓度k(m)1=100m处的透过率Tm6舒适水平主观评价 00 60 12×10J 30 不价快的环培 (3)烟雾设计浓度：与光源和车速有关 表8.24车速-路面亮度烟雾浓度的关系 计算行车速度(km/h)100 806040 路面平均亮度(cd1m)90452515 K(m) 0.00650.00700.00750.0090 ●当烟雾浓度达到0.0121m时，应考虑采取交通管制等措施： ●隧道内进行养护维修时，烟雾浓度不大于0.00351/m 4、其他有害物质 (1)氮氧化物：柴油机主要排放的有害物质，据调查，平均浓度为 20mgm3(接触45分钟)，只有少数人出现不适感，当平均浓度为 55mgm3,全部人员有不适感： (2)丙烯醛：是一种无色挥发性液体，对眼晴和呼吸道粘膜有剧烈刺 激作用，如流泪等

内蒙古科技大学教案 E0 E  = (8.2.1) 式中： 0 E,E 分别为同一光源的光通过污染空气和洁净空气后的照度。 lg  1 l K = − （8.2.3） 式中：  是光源光穿过lm厚的容许透光率，在隧道通风与照明中，取 l＝100m，故 其容许浓度 lg  100 1 K = − 。 （2）司机对烟雾浓度舒适度的评价 当烟雾浓度，透过率（ l ＝ 100m）和车速不同时，对舒适程度的感觉也不同， 表8.2.3是行车速度为40km/h时，司机对舒适水平的主观评价。 表8.2.3 司机对烟雾浓度的舒适度评价 烟雾浓度 k （ −1 m ） l ＝100m处的透过率 (%) 100  舒适水平主观评价 3 5 10 −  60 空气清洁 3 7.0 10−  50 稍有烟雾 3 9 10 −  40 舒适度下降 3 12 10−  30 不愉快的环境 （3）烟雾设计浓度：与光源和车速有关 表8.2.4 车速-路面亮度-烟雾浓度的关系 计算行车速度（ km/ h ） 100 80 60 40 路面平均亮度（ 2 cd / m ） 9.0 4.5 2.5 1.5 ( ) −1 K m 0.0065 0.0070 0.0075 0.0090 ⚫ 当烟雾浓度达到 0.012 1/m 时，应考虑采取交通管制等措施； ⚫ 隧道内进行养护维修时，烟雾浓度不大于 0.0035 1/m 4、其他有害物质 （1）氮氧化物：柴油机主要排放的有害物质，据调查，平均浓度为 20mg/m3(接触 45 分钟)，只有少数人出现不适感，当平均浓度为 55mg/m3，全部人员有不适感； （2）丙烯醛：是一种无色挥发性液体，对眼睛和呼吸道粘膜有剧烈刺 激作用，如流泪等；

内蒙古科技大学教案 (3)二氧化硫：为具有强烈幸辣刺激性气味的气体，进入呼吸道后形 成硫酸和亚硫酸，被气管吸收引起各种炎症。 (4)这些有害物质的含量与C0和烟雾含量相比较小。 8.3需风量计算 1、按稀释C0浓度计算新风量 (1)计算方法 ·通风设计中，车辆有害气体排放量及与之对应的交通量都应有明确 的远景设计年限，两者应相匹配： ●确定新风量时，应对计算行车速度以下的各工况车速按20kmh为一 档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态取其较大者作为设计需风量： ●在双向交通隧道中，上坡较长方向的交通量按设计交通量的60%进 行计算： ●首先计算汽车排放量，然后计算稀释到容许浓度所需新风量。 (2)C0的排放量计算 0m36x109m.l②w.1 (8.3.1) 其中：Qco是隧道全长C0排放量(m3/s): 9o是C0基准排放量(m3/辆km),可取0.01： ∫.为考虑C0的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二、三、四级公路取1.11.2： ∫，是车密度系数，与车速有关，按表8.6取值： ∫是考虑CO的海拔高度系数，按图83.1取值： Nm为相应车型的设计交通量（辆h): 为考虑C0的车型系数，按表8-7取值： 厂为考虑C0的纵坡.车速系数，按表8.8取值：

内蒙古科技大学教案 （3）二氧化硫：为具有强烈幸辣刺激性气味的气体，进入呼吸道后形 成硫酸和亚硫酸，被气管吸收引起各种炎症。 （4）这些有害物质的含量与 CO 和烟雾含量相比较小。 8.3 需风量计算 1、按稀释 CO 浓度计算新风量 （1）计算方法 ⚫ 通风设计中，车辆有害气体排放量及与之对应的交通量都应有明确 的远景设计年限，两者应相匹配； ⚫ 确定新风量时，应对计算行车速度以下的各工况车速按 20km/h 为一 档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态取其较大者作为设计需风量； ⚫ 在双向交通隧道中，上坡较长方向的交通量按设计交通量的 60%进 行计算； ⚫ 首先计算汽车排放量，然后计算稀释到容许浓度所需新风量。 （2）CO 的排放量计算   = = n m CO CO a d h i v m m Q q f f f f L N f 1 6 ( ) 3.6 10 1 （8.3.1） 其中： QCO 是隧道全长CO排放量 ( / ) 3 m s ； CO q 是CO基准排放量 ( / 3 m 辆km)，可取0.01； a f 为考虑CO的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二、三、四级公路取1.1~1.2； d f 是车密度系数，与车速有关，按表8.6取值； h f 是考虑CO的海拔高度系数，按图8.3.1取值； Nm 为相应车型的设计交通量（辆/h）； m f 为考虑CO的车型系数，按表8-7取值； iv f 为考虑CO的纵坡-车速系数，按表8.8取值；

内蒙古科技大学教案 n为车型类别数。 L为隧道长度，m (3)稀释C0到容许浓度的新风量计算 0m号8o (8.3.2) 式中：Qco为隧道全长稀释C0的需风量(m3/s)): P,标准大气压(kW/m2),取101.325kN1m2: p是隧址设计气压(kW/m2): T是标淮气温(K),取273： T为隧道夏季的设计气温(K)。 6是CO设计浓度。 2、按稀释烟雾浓度计算新风量 烟雾排放量是以柴油车作为计算依锯，当交通流组成油车比例大到某一限度以后，烟雾 危害超过C0危害，因此，根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问恩。 (1)烟雾排放量计算 烟雾排放量按下式计算： 1 Q-3.x1onJauf,faonfrnN.) (8.3.3) 其中：Q是隧道全长烟雾排放量(m3/s): 9m为烟雾基准排放量(m2/辆km,可取2.5(m2/辆km: 厂m为考虑烟雾的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二、三、四级公路取12~15： ∫m是考虑烟雾的海拔高度系数，按图8.3.2取值： 厂㎡m为考虑烟雾的纵坡-车速系数，按表8.3.4取值： ∫mm是考虑烟雾的车型系数，按表8.3.5取值： n是柴油车车型类别系数： (2)稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计算 所需新鲜风量按下式计算： Cin-D (8.3.4) Q,为隧道全长稀释烟雾的需风量(m/s):

内蒙古科技大学教案 n 为车型类别数。 L为隧道长度，m （3）稀释 CO 到容许浓度的新风量计算 6 0 0 ( ) = 10 T T p Q p Q CO req CO  （8.3.2） 式中： Qreq(CO) 为隧道全长稀释CO的需风量（ ( / ) 3 m s ）； 0 p 标准大气压 ( / ) 2 kN m ，取101.325 2 kN / m ； p 是隧址设计气压 ( / ) 2 kN m ； T0 是标准气温 (K) ，取273； T 为隧道夏季的设计气温 (K) 。  是CO设计浓度。 2、按稀释烟雾浓度计算新风量 烟雾排放量是以柴油车作为计算依据，当交通流组成柴油车比例大到某一限度以后，烟雾 危害超过 CO 危害，因此，根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问题。 （1）烟雾排放量计算 烟雾排放量按下式计算：   = = nD m VI VI a VI d h VI IV VI m m VI Q q f f f f N f 1 6 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3.6 10 1 （8.3.3） 其中： QVI 是隧道全长烟雾排放量（ m /s 3 ）； VI q 为烟雾基准排放量 ( / 3 m 辆 km)，可取 2.5 ( / 3 m 辆 km)； a(VI) f 为考虑烟雾的车况系数，对高速公路、一级公路取 1.0，对二、三、四级公路取 1.2~1.5； h(VI) f 是考虑烟雾的海拔高度系数，按图 8.3.2 取值； IV (VI) f 为考虑烟雾的纵坡-车速系数，按表 8.3.4 取值； m(VI) f 是考虑烟雾的车型系数，按表 8.3.5 取值； D n 是柴油车车型类别系数； （2）稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计算 所需新鲜风量按下式计算： K Q Q VI req(VI) = （8.3.4） Qreq(VI) 为隧道全长稀释烟雾的需风量（ m /s 3 ）；

内蒙古科技大学教案 K为烟雾设计浓度(m1)。 8.4通风方式及其选择 1、概述 (1)通风方式 >自然通风：自然风（不稳定）交通风（活塞风） >机械通风：纵向通风、横向通风、半横向通风、组合通风 (2)如何选择通风方式 ●确定所需风量 ●考虑自然通风是否满足 ●选择通风方式 (3)通风方式选择与多种因素有关 ●隧道类型：山岭隧道、城市隧道、水底隧道 ·交通量：近期、远期、某年限的交通量 ·经济问题：考虑工程费、维修费和养护费 ·地质条件：大断面开挖的可行性 2、自然通风 (1)自然风压阻力 目前还没有可靠的计算自然通风的隧道最大容许长度的一般算式。在隧道内引起的总压头， 可由下式计算： 0.=0+5.+3台号 (8.4.1) pn是自然风阻力(N1m2):

内蒙古科技大学教案 K 为烟雾设计浓度（ −1 m ）。 8.4 通风方式及其选择 1、概述 （1）通风方式 ➢ 自然通风：自然风（不稳定） 交通风（活塞风） ➢ 机械通风：纵向通风、横向通风、半横向通风、组合通风 （2）如何选择通风方式 ⚫ 确定所需风量 ⚫ 考虑自然通风是否满足 ⚫ 选择通风方式 （3）通风方式选择与多种因素有关 ⚫ 隧道类型：山岭隧道、城市隧道、水底隧道 ⚫ 交通量：近期、远期、某年限的交通量 ⚫ 经济问题：考虑工程费、维修费和养护费 ⚫ 地质条件：大断面开挖的可行性 2、自然通风 （1）自然风压阻力 目前还没有可靠的计算自然通风的隧道最大容许长度的一般算式。在隧道内引起的总压头， 可由下式计算： 2 2 (1 ) n r m e r v D L p   = +  +  （8.4.1） m p 是自然风阻力（ 2 N / m ）；

内蒙古科技大学教案 5,为隧道入口损失系数，可取0.6： 入，是隧道壁面摩阻损失系数：0.02 L是隧道长度 y,是自然风作用引起的洞内风速(m/s),可取2-3m/5: p为空气密度(g/m),可取12： D,=生为隧道断面当量直径，A,为隧道净空断面积，C,为隧道断面周长 (2)交通风压阳力 交通通风力可按下式计算： 0=是凯w-是a+w (8.4.4) 其中：,是交通通风力：n,是隧道内与y,同向的车辆数：n.为隧道内与y,反向的车辆数： y是隧道设计风速m/s:为与y,同向的各工况车速：V-为与y,反向的各工况车速：An 为汽车等效阻抗面积（汽车正投影面积）。 (3)通风阻抗力 通风阻抗力可按下式计算： 4如，=1+5.+月2明 (8.4.5) 式中：p,是通风阻抗力(N1m2)。y,是隧道设计风速m/s: 由上所述，自然风方向，隧道内的风向以及交通方向之间可以有不同的组合方式。 (4)隧道内压力平衡条件 p,+pm=p,+∑p, ∑Ap,为射流风机群总升压力(Nm2) (5)射流风机所需台数计算 在满足隧道设计风速条件下，射流风机台数为： i=49,+49n-4, p

内蒙古科技大学教案  e 为隧道入口损失系数，可取0.6； r 是隧道壁面摩阻损失系数；0.02 L是隧道长度； n v 是自然风作用引起的洞内风速（ m/s ），可取2~3 m/s ；  为空气密度（ 3 kg / m ），可取1.2； r r r C A D 4 = 为隧道断面当量直径， Ar 为隧道净空断面积， Cr 为隧道断面周长。 （2）交通风压阻力 交通通风力可按下式计算： 2 ( ) 2 ( ) ( ) 2 ( ) 2 t r r m t r r m t n v v A A n v v A A p = + + − − − − +   （8.4.4） 其中： pt 是交通通风力； + n 是隧道内与 r v 同向的车辆数； − n 为隧道内与 r v 反向的车辆数； r v 是隧道设计风速m／s； t(+) v 为与 r v 同向的各工况车速； t(−) v 为与 r v 反向的各工况车速； Am 为汽车等效阻抗面积（汽车正投影面积）。 （3）通风阻抗力 通风阻抗力可按下式计算： 2 2 (1 ) r r r e r v D L p   = + +  （8.4.5） 式中： pr是通风阻抗力 （ 2 N / m ）。 r v 是隧道设计风速m／s； 由上所述，自然风方向，隧道内的风向以及交通方向之间可以有不同的组合方式。 （4） 隧道内压力平衡条件 pr + pm = pt +pj pj 为射流风机群总升压力（N/m2） （5） 射流风机所需台数计算 在满足隧道设计风速条件下，射流风机台数为： j r m t p p p p i   +  −  = p j 为每台射流风机升压力：  (1 ) 2 j r r j j j v v A A p = v −

内蒙古科技大学教案 A,是射流风机出口面积：'，是射流风机出口速度：刀射流风机位置摩阻损失折减系数： 3、是否设置通风机的经验判定 (1)双向交通隧道 LN<6×10(双向交通》 (8.4.2 (2)单向交通残道 LN<20×105(单向交通) (84.3) 式中：L为隧道长度(m):N为设计交通量（辆h)。 4、纵向通风 (1)射流式通风：在车道空间上方吊设射流风机，用以升压： (2)有竖井的纵向式通风： 5、横向通风 (1)半横向通风 半横向式通风，可使隧道内的污染浓度，大体上接近一致。送风式半横向通风是半横向通 风的标准型式，新鲜空气经送风管直接吹向汽车的排气孔高度附近，对排气直接稀释，这对后 续车很有利。污染空气是在隧道上部扩散，经过两端润门排出润外。 (2)全横向通风 这种通风方式同时设置送风管道和排风管道，隧道内基本上不产生沿纵向流动的风，只有 横方向的风流动。 (3)混合式通风 6、通风方式的选择 （)影响因素：隧道长度、交通条件、地质条件、气象条件 (2)选择原则：应综合考虑各种因素，以适用、经济为原则。 思考与练习题： 1.隧道通风的目的是什么？ 2.自然通风与机械通风的界限是什么？ 3.机械通风的方式有哪些？ 4.如何计算C0的排放量？ 5.如何计算C0的排放量？ 6.什么是纵向通风、横向通风、半横向通风？各自的适用范围、条件有哪些？

内蒙古科技大学教案 Aj 是射流风机出口面积； j v 是射流风机出口速度；  射流风机位置摩阻损失折减系数； 3、是否设置通风机的经验判定 （1） 双向交通隧道 5 LN  610 （双向交通） （8.4.2） （2） 单向交通隧道 5 LN  2010 （单向交通） （8.4.3） 式中：L为隧道长度（m）；N为设计交通量（辆/h）。 4、纵向通风 （1） 射流式通风：在车道空间上方吊设射流风机，用以升压； （2） 有竖井的纵向式通风： 5、横向通风 （1） 半横向通风 半横向式通风，可使隧道内的污染浓度，大体上接近一致。送风式半横向通风是半横向通 风的标准型式，新鲜空气经送风管直接吹向汽车的排气孔高度附近，对排气直接稀释，这对后 续车很有利。污染空气是在隧道上部扩散，经过两端洞门排出洞外。 （2） 全横向通风 这种通风方式同时设置送风管道和排风管道，隧道内基本上不产生沿纵向流动的风，只有 横方向的风流动。 （3） 混合式通风 6、通风方式的选择 （1） 影响因素：隧道长度、交通条件、地质条件、气象条件 （2） 选择原则：应综合考虑各种因素，以适用、经济为原则。 思考与练习题： 1. 隧道通风的目的是什么？ 2. 自然通风与机械通风的界限是什么？ 3. 机械通风的方式有哪些？ 4. 如何计算CO的排放量？ 5. 如何计算CO的排放量？ 6. 什么是纵向通风、横向通风、半横向通风？各自的适用范围、条件有哪些？

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