公路隧道通風羅崇來

一、概述

二、隧道內污染物的形成

三、隧道通風標準

四、通風量的計算

五、通風方式的選擇一、概述

公路毫無疑問依然是現在交通的主力軍，承擔著旅客出行、貨物運輸等大量交通任務，因此其安全性貫穿始終，迫于地形、地質等因素，也為了交通的快捷、安全、經濟，公路往往在一些地方修建了隧道，影響隧道安全的重要一環就是隧道的通風情況。

（一）公路隧道通風介紹1.

1919年，美國在研究紐約市荷蘭隧道(2610m)時，開始研究隧道內汽車排放的CO衛生標準問題，研究結果將400ppm作為CO設計濃度。2.隨后日本、瑞士、奧地利、挪威等國家相繼設計出縱向、橫向、半橫向等方式來實現隧道通風，隧道通風發展進入快速時期。3.近年來，隨著各國對隧道煙塵濃度控制標準的提高，煙塵逐漸取代CO轉而成為通風計算的依據，分段縱向通風方式逐漸占主導地位。4.隧道通風方式多樣化，并且不斷改進，效率不斷提高，控制精度越來越高。（二）國內外著名的隧道通風方式舉例

縱觀全球，比較著名的公路隧道有位于挪威連接奧斯陸和卑爾根的洛達爾隧道,該隧道長24.51km,系世界最長的公路隧道，采用的通風方式就是縱向通風方式。我國在2007年建成通車的終南山隧道(18.02km),其長度僅次于洛達爾隧道，通風方式為豎井分段縱向式通風。隧道在運營期間機動車排出的各種有害氣體及煙塵，超過限度，必須稀釋或排出隧道。二、隧道內污染物的形成（一）機動車排放尾氣的成分分析

1.一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫；2.氮氧化物（NO、NO2等）；

3.含氧碳氫化合物（醛、醇、酚等）以及油煙等。三、隧道通風標準前面我們已經說到隧道內有害污染物的種類，根據《公路隧道通風設計細則》的要求，CO和煙塵是作為確定隧道通風量的主要依據（必要時考慮NO2)。(一)CO作為隧道通風的計算標準1.隧道內CO設計濃度取值應符合下列規定：

隧道長度（m）≤1000≥3000150100CO設計濃度2.交通阻滯時，阻滯段的平均CO設計濃度可取150ppm，同時經歷時間不超過20min。3.人車混合通行的隧道，隧道內CO設計濃度不應超過70ppm。

（二）煙塵作為隧道通風的計算標準1.煙塵設計濃度應符合下列規定：采用顯色指數33≤Ra≤60、相關色溫2000~3000K的Na光源時，煙塵設計濃度應按下表取值。設計速度≥9060≤＜9050≤＜6030≤＜50≤30煙塵設計濃度K(m-1）0.00650.00700.00750.00900.0120煙塵設計濃度K（Na光源）2.采用顯色指數Ra≥65、相關色溫3300~6000K的熒光燈、LED燈時，煙塵設計濃度應按下表取值。煙塵設計濃度K（熒光燈、LED燈等光源）設計速度≥9060≤＜9050≤＜6030≤＜50≤30煙塵設計濃度K(m-1）0.00500.00650.00700.00750.01203.雙洞單向交通臨時改為單洞雙向交通時，隧道內煙霧允許濃度不應大于0.012m-1。4.隧道內進行養護維修時，隧道作業段的煙霧允許濃度不應大于0.0030m-1。（三）換氣要求1.隧道空間最小換氣頻率不應低于每小時3次。2.采用縱向通風的隧道，隧道換氣風速不應低于1.5m/s。四、需風量的計算

公路隧道通風設計中，車輛有害氣體、煙塵的排放量及與之對應的交通量和基準排放量均應與各設計目標年份相匹配，計算近期的需風量時應采用相應年份的交通量和基準排放量，在確定需風量時，應對稀釋煙塵、CO按隧道設計速度以下各工況車速10km/h為一檔分別進行計算(當工況車速達到交通阻滯車速時，基準排放量應按交通阻滯要求取值)，并計算換氣的需風量，取其較大者作為設計需風量。(一)稀釋CO需風量CO排放量應按下式計算：其中

是隧道全長CO排放量(m3/s)；

是CO基準排放量，可取0.007m3/輛·km；

為考慮CO的車況系數，對高速公路、一級公路取1.0，對二、三、四級公路取1.1~1.2；是車密度系數，可按表4-1取值；是考慮CO的海拔高度系數，按圖4-1取值；是相應車型的設計交通量（輛/h）；是考慮CO的車型系數，可按表4-2取值；是考慮CO的縱坡-車速系數，可按4-3取值；為車型類別數；為隧道長度。工況車速10080706050403020100.60.750.8511.21.5236表4-1車密度系數表4-2考慮CO的車型系數汽油車1.01.02.55.07.0車型

各種柴油車小客車

旅行車輕型貨車中型貨車大型客車表4-3考慮CO的縱坡-車速系數

設計速度（km/h）隧道行車方向縱坡i（％）-4-3-2-1012341001.21.21.21.21.21.41.41.41.4801.01.01.01.01.01.01.21.21.2701.01.01.01.01.01.01.01.21.2601.01.01.01.01.01.01.01.01.2501.01.01.01.01.01.01.01.01.0401.01.01.01.01.01.01.01.01.0300.80.80.80.80.81.01.01.01.0200.80.80.80.80.81.01.01.01.0100.80.80.80.80.80.80.80.80.82.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0010002000CO海拔高度系數海拔高度圖4-1考慮CO的海拔高度系數稀釋CO的需風量應按下式計算：式中隧道全長CO的需風量（m3/s）；隧址大氣壓（kN/m2）；隧址夏季溫度，（K)；CO設計濃度（ppm）。(二）稀釋煙塵需風量式中是隧道全長煙塵排放量，(m2/s)；

是煙塵基準排放量（m2/輛·km），可取2m2/輛·km；是考慮車況的煙塵系數，對高速公路、一級公路取1.0，對二、三、四級公路取1.2~1.5；是考慮煙塵的海拔高度系數，見圖4-2；是考慮煙塵的縱坡-車速系數，見表4-4；是考慮煙塵的車型系數，見表4-6；相應車型的交通量；柴油車型類別數。車密度系數，見表4-5；設計速度（km/h）隧道行車方向縱坡i（％）-4-3-2-101234800.30.40.550.81.32.63.74.4-700.30.40.550.81.11.83.13.9-600.30.40.550.751.01.452.22.953.7500.30.40.550.751.01.452.22.953.7400.30.40.550.71.851.11.452.22.95300.30.40.50.60.720.91.11.45210~200.30.360.40.50.60.720.851.031.25表4-4考慮煙霧的縱坡-車速系數2.01.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0海拔高度010002000煙霧海拔高度系數圖4-2考慮煙霧的海拔高度系數表4-5車密度系數工況車速(km/h)10080706050403020100.60.750.8511.21.5236表4-6考慮煙霧的車型系數小客車、輕型貨車中型貨車重型貨車、大型客車拖掛車、集裝箱車0.41.01.53稀釋煙霧到容許濃度的需風量按下式計算：式中K是煙霧設計濃度(m-1)。（三）隧道換氣需風量1.隧道換氣需風量應按下式計算：式中隧道換氣需風量（m3/s）；隧道凈空斷面積（m2）；隧道最小換氣頻率。2.采用縱向式通風，換氣需風量應按上式和下式計算，然后作比較，取其較大者作為隧道換氣需風量:式中隧道換氣風速，不應低于1.5m/s；隧道凈空斷面積（m2）。需風量的取值：

五、隧道通風方式及其選擇（一）隧道通風方式概括通風方式自然通風機械通風自然風交通風（活塞風）縱向通風射流風機式集中送入式豎(斜）井送排風式豎(斜）井排出式吸塵式通風半橫向通風橫向通風組合通風送風式排風式（二）自然通風與機械通風方式的選擇選擇通風方式時，首先需要決定隧道內所需通風量，然后討論自然風和交通風能否滿足需要，如果不能滿足需要或者缺乏可靠性（自然風和交通風是否穩定），就應當采用機械通風。目前還沒有可靠的計算自然通風的隧道最大容許長度的一般算式。從世界各國的隧道實例看，長度較短的隧道，在一定的交通量下可以考慮用自然通風。區分自然通風與機械通風的界限經驗公式：（1）雙向交通隧道（符合條件時，為機械通風）式中隧道長度（m）；

設計交通量（輛/h，以小轎車為準）。（2）單向交通隧道（符合條件時，為機械通風）

式中隧道長度（m）；

設計交通量（輛/h，以小轎車為準）。

（三）自然風力和交通風力的計算1.自然風力的計算當確定用機械通風方式以后，自然風力一般作為阻力來考慮，除非確定自然風速常年與隧道通風方向一致時，可作為動力來考慮，其計算公式為：式中自然風阻力（N/m2）；自然風作用引起的洞內風速,可取(2~3)m/s；隧道入口損失系數，見表5-1；隧道壁面摩阻損失系數，見表5-1；隧道斷面當量直徑（m）。隧道壁面摩阻損失系數λr0.02主風道（含豎井）壁面摩阻損失系數λb、λe0.022連接風道壁面摩阻損失系數λd0.025隧道入口損失系數ξe0.6表5-1損失系數2.交通風力的計算

交通風：隧道內氣流在車輛的帶動下，將會產生流動，這種流動稱為交通風（活塞風）。式中交通風力（N/m2）；隧道內與同向的車輛數（輛），隧道內與反向的車輛數（輛），；；隧道設計風速（m/s），一般情況下與同向的各工況車速（m/s）；與反向的各工況車速（m/s）；汽車的等效阻抗面積（m2）。汽車的等效阻抗面積按下式計算：式中小型汽車正面投影面積，一般取2.13m2；小型車空氣阻力系數，可取0.5；大型車正面投影面積，一般取5.37m2；大型車空氣阻力系數，可取1.0；大型車比例。單向交通隧道交通通風力可按下式計算：式中隧道內車輛數（輛），；各工況車速（m/s）。

2.隧道通風阻力的計算隧道通風阻力計算方法如下：式中通風阻力（N/m2）。（四）公路隧道機械通風方式介紹1.射流縱向通風方式射流縱向通風方式模式圖射流縱向通風方式的隧道內壓力平衡應滿足下式：⑴式中射流風機群總升壓力。⑵射流風機所需臺數的計算在滿足隧道設計風速的條件下，射流風機所需臺數可按下式計算：式中所需射流風機的臺數。⑶每臺射流風機所提升的壓力應按下式計算：式中射流風機的出口風速（m/s）；射流風機的出口面積（m2）；射流風機位置摩阻損失折減系數，當隧道同一斷面布置一臺射流風機時，按表5-1取值，當隧道布置2臺及2臺以上射流風機時，射流風機位置摩阻損失折減系數可取0.7。表5-1單臺射流風機位置摩阻損失折減系數1.51.00.70.910.870.852.集中送入式縱向通風方式①①②②集中送入式縱向通風方式模式圖3.豎井排出式縱向通風方式②②③③①①⑴

當應用于雙向交通隧道時，豎井應宜設置在隧道軸向中央附近，豎井底部合流后的全壓力可用下式計算：式中豎井底部合流全壓力（N/m2）；

第Ⅰ區段隧道口與豎井出口之間的氣象壓差（N/m2）自然風朝向隧道風向時為正；第Ⅰ區段長度（m）；以豎井內風速為基準第Ⅰ區段的損失系數；第Ⅱ段區隧道口與豎井出口之間的氣象壓差（N/m2）自然風朝向隧道風向時為正；第Ⅱ區段長度（m）；以豎井內風速為基準第Ⅱ區段的損失系數；第Ⅰ區段①—①斷面平均風速（m/s）；第Ⅱ區段②—②斷面平均風速（m/s）；豎井內③—③斷面平均風速（m/s）。

Ⅰ區段交通風力可按下式計算：式中

Ⅰ區段的交通通風力（N/m2）；第Ⅰ區段內由Ⅰ區段往Ⅱ區段行駛的車輛數（輛）；第Ⅰ區段內由Ⅱ區段往Ⅰ區段行駛的車輛數（輛）。Ⅱ區段交通風力可按下式計算：式中Ⅱ區段的交通風力（N/m2）；

第Ⅱ區段內由Ⅰ區段往Ⅱ區段行駛的車輛數（輛）；第Ⅱ區段內由Ⅱ區段往Ⅰ區段行駛的車輛數（輛）。①①②②③③單向交通隧道分流型縱向通風模式圖4.豎井送排式縱向通風方式豎井送排式縱向通風方式模式圖1排氣送氣通風井送排式縱向通風方式模式圖25.吸塵式縱向通風方式集塵裝置①①②②短道段長度吸塵式縱向通風方式模式圖6.全橫向、半橫向通風方式全橫向通風方式同時設置送風管道和排風管道，隧道內基本上不產生沿縱向流動的風，只有橫方向的風流動，主要用于雙向交通隧道。半橫向通風包括送風式半橫向通風排風式半橫向通風，送風式半橫向通風是半橫向通風的標準型式，主要用于單向交通隧道。⑴全橫向通風方式

排風道排風道排風孔送風道送風孔排風道排風道送風道全橫向通風方式模式圖⑵半橫向通風方式送風道送風道送風式半橫向通風方式模式圖7.組合式通風方式混合式通風沒有固定的格局，它是根據某些特殊的需要，由上述幾種基本通風型式組合而成的。其組合方式有許多種，但應符合經濟實用原則。豎井送排風+射流風機混合式通風方式模式圖8.各機械通風方式的特點通風方式縱向式基本特征通風風流沿縱向流動代表形式射流風機式集中送入式豎井排出式豎井送排式形式特征射流風機群升壓噴流送風升壓兩端進風中間排風噴流風機升壓適用長度5000米以內3000米左右5000米左右不受限制交通風利用很好很好部分較好很好工程造價低一般一般一般管理與維護不便方便方便方便技術難度不難一般一般稍難運營費低一般一般一般單向交通