公路隧道全射流風機通風與分段通風需風量計算及其差異性分析

摘要：隨著高速公路建設的快速發展，為使長隧道及特長隧道更好的服務于公路運輸，需要通過通風改善隧道內的空氣品質，以便更好的保證司乘人員的行車安全。由于規范中對分段通風需風量計算的解釋較為簡略，文章則依據規范，以公式的形式闡述全射流風機通風與斜豎井分段通風需風量計算的過程及其差異性。

關鍵詞:需風量，分段通風，公路隧道，CO濃度，煙霧濃度。

The Analysis of calculating and difference of highway tunnel with full jet fan ventilation and sectional ventilation

(Shanxi Provincial Transportation Planning Survey and Design Institute,Sun Jinfei , Shanxi Taiyuan,030012)

Abstract: with the rapid development of highway, in order to make the long tunnel to serve the highway transportation more better, we need to improve the air quality of the tunnel and ensure safe driving by Using mechanical ventilation. As the calculation of the sectional ventilation in related standards is very simple, this article is based on the standards,and states the calculation process of ventilation rate and differences between the two ventilation modes in the form of formula.

Keywords: air volume, sectional ventilation, highway tunnel, concentration of CO, concentration of smoke。

中圖分類號： TD724 文獻標識碼： A

0 引言

高速公路隧道作為為公路運輸過程中特殊路段，需要對隧道內封閉空間的駕駛環境進行改善。為了滿足需求，采用稀釋法計算隧道通風的需風量。隧道內的污染物主要有CO、HC、NOx、SO2和煙霧等，其中CO 是對人體危害最大的，一直以來作為計算隧道通風需風量的衛生要求指標；而煙霧會影響駕駛人員的視線，所以隧道通風的需風量應同時能滿足CO 指標的衛生要求和煙霧指標的可見度要求等。

1通風需風量計算

以《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ 026.1—1999）作為計算依據，分別計算CO及煙霧的排放量，再由CO及煙霧設計指標得出隧道的通風需風量，取其二者中的最大值與通風換氣需風量、火災工況下的需風量進行比較，擇其大者作為該條（段）隧道的需風量。

2規范中對隧道通風需風量的規定[1]

2.1稀釋CO的需風量

（1）隧道內的CO排放量計算公式為

其中：Qco——隧道全長CO排放量（m3/s）；Qco為CO基準排放量（m3/輛·Km）；fa為考慮CO的車況系數；fd為車流密度系數；fh為考慮CO的海拔高度系數；fm為考慮CO的車型系數；fiv為考慮CO的縱坡-車速系數；N為車型類別數；Nm為相應車型的設計交通量。

（2）稀釋CO的需風量按下式計算

其中：Qreq（CO）為隧道稀釋CO的需風量；P0為標準大氣壓（101.325KN/㎡）；P為隧址設計氣壓（KN/㎡）；T0為標準氣溫（273K）；T為隧道夏季的設計氣溫。

2.2稀釋煙霧濃度需風量

（1）隧道內煙霧排放量，可通過下式計算

其中：QVI為隧道全長煙霧排放量（m2/s）；qVI為煙霧基準排放量（m2/輛·Km）；fa（VI）為考慮煙霧的車況系數；fd為車流密度系數；fh（VI）為考慮煙霧的海拔高度系數；fm（VI）為考慮煙霧的車型系數；fiv（VI）為考慮煙霧的縱坡-車速系數；nD為柴油車車型類別數；Nm為相應車型的設計交通量。

（2）稀釋煙霧的需風量為

其中：Qreq（VI）為隧道稀釋煙霧的需風量；K為煙霧設計濃度（m-1）。

3全射流風機通風模式下的通風需風量

交通量小、長度短的隧道多采用全射流風機通風模式，該通風模式下的需風量計算是把整個隧道作為一個完整的通風管道，利用射流風機的輔助動力克服局部和沿程阻力，將外環境的新鮮空氣送入隧道內，以改善隧道內的駕駛環境。

3.1正常工況

正常工況按照設計行駛速度V設計確定fd（正常）、fiv（正常）、fiv（VI）（正常）等參數，，此時該隧道內車輛的CO、VI的排放量分別為：

3.2阻滯工況

阻滯工況時根據規范阻滯計算長度不宜大于1km，當隧道長度較大（大于1km）時，隧道就被分為兩個駕駛區間：阻滯段和非阻滯段。阻滯段行車速度按照10 Km/h確定計算參數fd（阻滯）、fiv（阻滯）、fiv（VI）（阻滯），非阻滯段按照30～40 Km/h確定計算參數fd（非阻滯）、fiv（非阻滯）、fiv（VI）（非阻滯）。

L=La+Lb

其中：L為隧道總長度（m），La為隧道非阻滯段長度（m），Lb為隧道阻滯段長度（m）。

（1）阻滯工況時隧道內的CO排放量

（2）阻滯工況時隧道內的VI排放量

3.3該通風模式下的需風量

由前面已經計算得到的CO、VI排放量，根據CO及VI設計指標得出隧道的通風需風量，取其二者中的最大值與通風換氣需風量、火災工況下的需風量進行比較，擇其大者作為該條隧道的需風量。具體比較過程如圖3-1所示：

圖3-1全射流風機通風模式需風量計算圖

4斜豎井分段通風模式下的通風需風量

當隧道長度較長、交通量較大，隧道內產生的有害污染物無法通過射流風機將其排出時，需采用設置斜豎井將隧道進行分段，分別進行通風。

4.1正常工況

正常工況分別按照設計行駛速度V設計確定fd（正常）、fiv（正常）、fiv（VI）（正常）等參數，通風分段將隧道分為L1、L2兩個通風段。

L=L1+L2

其中：L為隧道總長度（m），L1為第一段隧道長度（m），L2為第二段隧道長度（m）。

（1）隧道內CO的排放量

（2）隧道內VI的排放量

4.2阻滯工況

分段通風時，隧道內各段之間相對獨立，因阻滯段位置的變化將會影響該通風段最大需風量的大小。則阻滯工況需風量應采用每段都按照阻滯在該段發生的條件下進行計算，這樣才能保證運營期間各段正常工況、阻滯工況下隧道內環境的品質。

該工況下通風計算阻滯段行車速度按照10 Km/h確定計算參數fd（阻滯）、fiv（阻滯）、fiv（VI）（阻滯），非阻滯段按照30～40 Km/h確定計算參數fd（非阻滯）、fiv（非阻滯）、fiv（VI）（非阻滯）。

L1=L1a+L1b；L2=L2a+L2b

其中：L1a為第一段隧道非阻滯段長度（m），L1b為第一段隧道阻滯段長度(m)，L2a為第二段隧道非阻滯段長度（m），L2b為第二段隧道阻滯段長度(m)。

（1）阻滯工況時隧道內CO的排放量

1）第一段隧道CO的排放量

2）第二段隧道CO的排放量

（2）阻滯工況時隧道內VI排放量

1）第一段隧道VI排放量

2）第二段隧道VI排放量

4.3該通風模式下的需風量

由前面已經計算得到各通風段、各工況條件下的CO、VI排放量，根據CO及VI設計指標得出隧道各段的通風需風量，將其與各段通風換氣需風量、火災工況下的需風量進行比較，擇其大者作為該通風段的需風量。具體比較過程如圖4-1所示：

圖4-1分段通風模式需風量計算圖

5兩種通風模式下通風計算比較分析

兩種通風模式在各工況條件下所考慮的對象、所需動力、阻滯工況時計算的差異性分別為：

表5-1 兩種通風模式下通風計算

6結語

通風量計算時應根據交通量大小、隧道長度、縱向坡度等進行預估，在全部采用射流風機進行通風時不能滿足要求時，采用分段通風。同時根據汽車制造技術及石油提煉技術的提高，合理優化計算參數，降低通風設備功耗，以實現節能減排的效果。

參考文獻:

[1] JTJ 026.1-1999 公路隧道通風照明設計規范[S]北京：人民交通出版社，2000

作者簡介：孫晉飛（1984—），男，山西省交通規劃勘察設計院，助理工程師，主要從事高速公路隧道通風及消防系統設計。