公路隧道通风设计若干问题探讨

长大公路隧道的通风系统工程造价高、运营能耗大,通风系统设计合理与否,对长大隧道工程建设有重要影响。现行的《公路隧道通风照明设计规范》(JT J 026.1-1999)在隧道自然风阻力计算、根据稀释烟雾计算隧道需风量、竖井送排式通风系统中“不应有短道回流”等方面存在一定问题。在分析论证的基础上提出:(1)隧道自然风阻力应由自然风等效压差确定,在缺少工程实地观测资料的情况下,假定隧道自然风阻力为常量,并在10~30 Pa之间取值;(2)依据稀释烟雾计算隧道需风量时,在公式中应引入烟雾的质量浓度或烟雾的体积浓度,并用其替代公式中的一般烟雾浓度;(3)竖井送排式通风系统中宜变短道顺流为有控制的回流。     

氮氧化物对隧道需风量影响研究

为研究隧道环境中氮氧化物对隧道通风的影响,根据不同国家隧道通风环境标准,综合考虑车型、汽车质量、海拔、车龄等影响因素,结合PIARC的相关标准和计算模型,以港珠澳大桥海底隧道工程为例,得出稀释氮氧化物的需风量,并与稀释一氧化碳及烟雾需风量进行对比分析。研究结果表明,氮氧化物中转化为二氧化氮的部分对隧道需风量影响较大,与稀释一氧化碳及烟雾需风量比较,稀释氮氧化物的需风量为控制值。     

新通风规范对公路隧道需风量计算的影响分析

新的公路隧道通风设计细则于2014年7月颁布,与上一规范相隔15年之久,在CO排放基数、CO要求浓度等方面发生了巨大变化,在隧道通风设计方面,直接影响设计需风量的变化。总结了新旧规范主要差异之处,并就设计阶段通风量计算与运营阶段的通风管理工作变化展开影响性分析。选取了1km、2km、3km、4km、5km等5条山区高速公路隧道,假定其通风方式均为纵向式通风,并且其他条件一致,分别计算新旧规范下对应的设计需风量。计算表明,新规范下长度小于3km的长隧道需风量增幅较大;长度为3km的隧道设计需风量几乎不变;长度在3~5km的隧道需风量明显减少。     

坡度对隧道通风分配与布置方式的影响

为了使得隧道内风量进行合理的分配与布局,本文依据白茫雪山1#隧道工程展开坡度对隧道通风分配与布置方式的影响,按照坡度的不同将隧道分为2段,分别计算出各种工况下相应的需风量,并在此基础进行单位长度隧道需风量的对比,选出最大需风量,并进行风量分配与布局。     

静电除尘装置（ESP）在我国公路隧道中应用的可行性

机动车辆在公路隧道中产生的各种空气污染物质严重影响着行车视距和驾乘人员的身心健康,国内外专家提出了各种提高公路隧道内空气质量的处理方案。通过调研分析公路隧道用静电除尘装置的原理、效果以及在世界各地的应用情况,探讨了静电除尘装置应用于我国公路隧道的可行性。研究发现,与其他废气处理技术相比较,采用静电除尘技术治理隧道废气在世界公路隧道中得到了广泛应用,技术成熟稳定,处理效果优良,具有极高的社会效益和经济效益。采用静电除尘加射流风机的纵向通风系统是一种既经济又环保的通风方案,也是公路隧道通风技术的发展方向。随着公路隧道的发展、静电除尘技术的成熟和人们对空气质量要求的提高,在我国的公路隧道中安装静电除尘装置将是保护环境的需要,更是人民健康的需要。     

公路隧道通风CO、烟雾基准排放量折减率研究

针对公路隧道通风设计环节需风量计算是整个设计的基本依据,而计算中CO及烟雾基准排放量折减率的取值对远期需风量影响很大这一特点,列举分析机动车排放污染物组成、欧盟汽车排放标准限制值以及PIARC对机动车的排放规定,得出我国汽车排放标准沿袭欧盟法规的进度和实施现行排放标准的4个阶段时间划分。通过对CO、烟雾年折减系数取值以及CO、烟雾基准排放量折减的分析,结合国内严格的排放限制无论从国内外环保要求,还是汽车工业技术的发展进步以及法律法规的规定,目前我国《公路隧道通风照明设计规范》所规定的1%~2%年折减率均是偏于保守的,在实际隧道通风设计中应综合分析,因"隧"制宜,将需风量在保证运营安全的情况下控制在合理的范围内。     

山西太古路西山隧道(13.654km)通风方案研究

随着我国10多年公路隧道建设的迅速发展,国内已涌现出大量的长、特长隧道,公路隧道建设和营运管理也积累了较多经验,有关的技术也得到了很大提升。依托于《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ.026.1-1999,以下简称规范)的《公路隧道通风设计细则》正在编制中。为了保证需风量取值的合理性,本文对西山隧道需风量计算分别就规范的基准排放量,细则中的基准排放量,根据欧Ⅱ、欧Ⅲ排放和PIARC计算公式,对污染物不同折减系数,不同阻滞车速工况下分别计算了三套需风量,以保证需风量取值的合理性。     

特长城市复杂隧道通风系统运营优化研究

为解决特长城市复杂隧道通风系统因计算复杂而导致的运营规划困难、验证初始理想运营设计方案是否可靠等问题,针对某特长城市复杂隧道,采用SES通风软件,对南北线隧道在不同运营工况下的通风量进行模拟计算。计算比较不同车速工况下隧道风机总装机功率和洞口排污比例,确定隧道轴流风机和射流风机的开启位置和开启数量;分析阻滞工况下隧道内部和出口的污染物体积分数情况,验证优化方案的可行性。经研究发现： 车辆行驶产生的活塞风不能满足特长城市复杂隧道正常运营需风量的需求,需开启部分射流风机; 离隧道主线出入口过近的排风井排污效果较差,开启后会增大隧道通风能耗。     

高海拔公路隧道海拔高度系数及运营通风的修正

《公路隧道通风照明设计规范》给出了海拔高度在0～2400m的海拔高度系数,在高于2400m的隧道,按直线延伸取值,为探究海拔高度系数在高海拔隧道处按直线延伸取值是否满足安全、卫生条件,本文依据鹧鸪山隧道和雀儿山隧道的现场实测数据,计算得到了实测的海拔高度系数,并应用于白茫雪山1#隧道的通风计算,通过对比分析按规范的海拔高度系数与按实测的海拔高度系数计算得到的需风量,得出结论：实测的CO海拔高度系数小于规范给出的延伸值;实测的烟雾海拔高度系数大于规范给出的延伸值;白茫雪山1#隧道通风设计按实测的海拔高度系数计算得到的需风量在运营近期等于按规范得到的需风量,在运营远期较规范得到的需风量小12％。     

隧道内路面坡度和车速对车辆烟雾排放量影响的研究

通过发动机台架和柴油车道路排放测试，研究公路隧道内路面坡度和车速对车辆烟雾排放的影响。结果表明，随着隧道内路面坡度的升高，车辆烟雾排放量增加；坡度每升高1度，烟雾排放量增加40％-125％；3％的路面坡度导致烟雾排放急剧上升225％-650％。在隧道内行车速度越高，烟雾排放量越大；车速提高10km/h烟雾排放量增加20％-25％；超过70km/h的车速将导致烟雾排放量的急剧升高。研究结果为公路隧道设计和隧道内行车速度调控提供重要的基础数据。     

岩溶地区长大隧道施工通风模拟与空气净化技术研究

从隧道的发展趋势看,实现工程全局的高速和高效益必须依靠高度机械化的长距离独头掘进来实现,研究高性能施工设备及配套技术和施工管理技术自然成为至关重要。以贵广铁路斗篷山隧道工程为依托,对压入式通风过程进行了模拟,得到了CO及粉尘分布规律,并介绍了干式除尘空气净化技术。研究结果表明,通风10分钟后隧道工作区域的CO浓度已降至安全浓度(24ppm)以下,粉尘浓度最大处为掘进工作面未被风筒风流直射的一侧;增设除尘机后的掌子面附近粉尘测试数据显示,除尘机开启120秒后,空气中的粉尘质量浓度由初始的75 mg/m3下降到3mg/m3,空气质量达到隧道施工环境标准。     

特长公路隧道洞口污染物扩散的有限元法模拟

建立了公路隧道洞口处排放污染物输送与扩散所遵循的方程组。针对秦岭终南山特长公路隧道洞口环境特点对方程组进行了简化。采用有限元法,考虑洞口排放源、洞口边界与东线洞口排放及隧道西线洞口进风的影响,对该特长隧道洞口排放形成的垂直和水平二维CO质量浓度分布及通量场进行了数值计算。结果表明:以隧道排口为中心形成了随距离明显递减的CO质量浓度场;隧道西线洞口排放CO对东线洞口的进风空气质量产生明显影响;进一步数值分析发现,在隧道外两洞口之间增加一墙体可有效减小两洞口之间的污染影响。     

秦岭特长公路隧道群通风设计

高等级公路上的特长隧道,由于车辆密度大。在隧道运行时排出废气多,影响隧道中空气质量。如不采用良好的通风设备,以新鲜空气置换隧道内的污染空气,将会影响司乘人员健康,同时汽车行驶在隧道内会散发出烟雾,掀起粉尘。降低隧道内能见度,不利于行车安全。尤其是在隧道内因交通事故而塞车时,甚至发生火灾的特殊情况下,通风就显得越发重要。而特长公路隧道通风方式的确定是通风设计中的关键,它依赖于诸如交通量、气流速度、废气标准等复杂因素。GZ40秦岭特长公路隧道群单洞长34079m,本文结合秦岭特长公路隧道群的工程实际情况,对运营通风进行了技术设计,并对特长公路隧道通风设计提出了新的看法和认识。     

鹧鸪山隧道海拔修正系数的现场测试研究

目前国内外在海拔2400m以上无海拔修正系数的实测值。以高海拔特长公路隧道鹧鸪山隧道为依托,于2003-2005年对海拔400～4000m处烟雾海拔系数进行了现场测试,研究在营运隧道通风设计中烟雾海拔高度系数的合理取值,以对鹧鸪山隧道及类似高海拔地区公路隧道营运通风设计提供依据和参考。     

冷凝对隧道通风热压的影响分析

为研究空气水分冷凝现象对隧道通风热压的影响,采用现场实测的某地下通风隧道空气参数以及文献中某隧道自然通风的测试数据,对选用的有限差分法隧道通风传热传质过程及热压计算数学模型进行了验证;并采用数值模拟方法研究分析了不同隧道入口空气温度、相对湿度及通风速度条件下,隧道内空气冷凝现象、沿程空气温度以及热压的变化规律。研究结果表明:冷凝会增大空气与壁面的传热量,使隧道内的空气降温速度减慢,导致通风热压变小,并且该影响会随入口空气温度与相对湿度的升高而增强,随风速提高而减弱;当未发生冷凝时,隧道沿程空气温度分布及热压几乎不受空气湿度的影响。以一个全纵向通风的地下隧道为例,在4~8月,隧道会出现较大范围的冷凝现象,考虑冷凝计算所得热压比不考虑冷凝时低30%,对应的自然风风速平均偏差为0.5 m·s^-1;在其余月份,不考虑空气冷凝计算所得通风热压与考虑冷凝时相同。因此计算湿热季节通风热压或对应的自然风风速时,应考虑冷凝的影响;其余季节可按不考虑冷凝的方法简化计算隧道热压。     

新型水封爆破除尘技术试验研究

为更快速有效地清除隧道钻爆施工所产生的粉尘，提出“辅助降尘注水孔方案”、“差异水袋布置方案”、“降尘注水孔+差异水袋布置” 3种新的水封爆破除尘技术方案。依托轿顶隧道进行现场试验，得到初始状态下掌子面区域纵、横向特征位置的粉尘质量浓度，CO、CO2、O2、NO2体积分数分布情况，通风条件下纵向特征位置的粉尘质量浓度、CO体积分数随时间的变化规律，3种新型水封爆破方案下掌子面区域纵、横向特征测试位置的粉尘质量浓度、CO体积分数分布规律。经研究得出如下结论： 1）通风10 min内是粉尘质量浓度、CO体积分数下降最快的阶段； 2）新型水封爆破除尘方案的降尘效果明显，3种方案最大降尘比例依次为36.84%、40.85%、65.74%； 3）降尘注水孔对爆破粉尘可起到良好的“封闭”作用； 4）新型水封爆破方案可起到明显降低CO体积分数的作用。     

整条公路隧道通风与净化的三维数值模拟

现有的理论分析方法难以分析风速、污染物分布不均对隧道空气净化的影响,难以发现净化通风系统可能出现的问题。为准确地预测带有净化站的整条公路隧道内污染物的分布情况,建立考虑射流风机、车辆运动及净化站等因素的相互耦合作用的数值模型,对不同通风、净化和交通情况下隧道内的空气流动和污染物分布进行预测,并对模型进行验证。利用该模型对一采用旁通型净化站的实际公路隧道内的空气流动和污染物分布进行数值模拟。结果表明： 1）隧道内空气流动不是一维的,在旁通净化站处的主隧道中存在空气回流现象; 2）净化站的存在导致了局部通风量的下降,使净化段的主隧道污染物质量浓度突然升高,达到整条隧道的最大值; 3）在设计此类净化通风系统时,应该校核“与旁通风道平行的局部主隧道段末尾处”的污染物水平不高于相应的限值标准。     

高海拔特长隧道低压低氧环境施工控制技术研究——供氧技术标准、关键通风技术、施工人员组织、施工装备效率

为解决高海拔地区低压和低氧环境带来的隧道施工供氧、通风等技术难题,采用现场试验及测试的方法,对高海拔隧道施工人员缺氧状况、供氧效果、机械排污量等进行研究,结合理论推导及数值计算,得到如下结果:人体的缺氧危险等级分为严重缺氧(Ⅰ)、缺氧(Ⅱ)、存在缺氧危险(Ⅲ)和不缺氧(Ⅳ)4级;基于肺泡氧分压与氧气体积分数关系的不同缺氧等级下的氧气体积分数控制标准;不同海拔CO体积分数控制标准模型;基于风管开口处流量理论的风管漏风率海拔修正系数计算公式;风机风压、功率的海拔修正系数公式;考虑人体劳动的平均能量代谢率海拔修正系数的不同海拔下施工人员劳动强度指数及强度等级。     

安琶特长隧道施工通风技术

为了解决特长隧道施工通风难题,以安琶特长隧道施工通风为实例,对不同阶段的施工通风方式,隧道施工通风需风量计算和自然风压计算; 对有利自然风压条件下射流增压需求进行了分析,并对射流巷道式通风应用效果进行了检验。结果表明： 采用射流巷道式通风,能满足特长隧道不同阶段的施工通风需求; 充分利用有利自然通风条件,能减少射流风机配置,节约成本,减少能耗。