第5章-隧道通風(fēng)-《通風(fēng)工程(第2版)》教學(xué)課件

第五章隧道通風(fēng)5.1概述5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.3施工隧道通風(fēng)5.4營運隧道的通風(fēng)本章內(nèi)容5.1概述

公路隧道通風(fēng)方式有多種,選擇時主要考慮的是隧道長度和交通條件,同時還要考慮氣象、環(huán)境、地形及地質(zhì)等條件。對于山嶺公路隧道則應(yīng)著重考慮其經(jīng)濟性。1.公路隧道通風(fēng)可分為：自然通風(fēng)和機械通風(fēng)（按通風(fēng)動力來源不同）

機械通風(fēng)分為：

全橫向式通風(fēng)、半橫向式通風(fēng)、縱向式通風(fēng)、橫向—半橫向通風(fēng)（按通風(fēng)風(fēng)流的流動方向不同）5.1概述2.按照隧道建設(shè)與運營兩個時期又可將隧道通風(fēng)分為施工期間通風(fēng)和營運期間通風(fēng)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)及其通風(fēng)機選擇應(yīng)遵循以下原則:通風(fēng)系統(tǒng)的操作必須可靠,應(yīng)配備與通風(fēng)系統(tǒng)相適應(yīng)的通風(fēng)機和控制系統(tǒng)選用合適的通風(fēng)系統(tǒng),盡可能節(jié)省通風(fēng)設(shè)備所需空間,以減少投資。選用合適的控制系統(tǒng),以達(dá)到花費最少的設(shè)備費用和營運費用的目的。有害物對人體作用的時間選取的通風(fēng)機應(yīng)具有最佳的可達(dá)性,即當(dāng)風(fēng)機萬一出現(xiàn)故障時,能迅速排除而不致于阻礙交通。5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.2.1自然通風(fēng)概念：不用風(fēng)機設(shè)備,完全靠汽車交通風(fēng)的活塞作用及其剩余能量與自然風(fēng)的共同作用,把有害氣體和煙塵從隧道內(nèi)排出洞外。特點：當(dāng)隧道內(nèi)的自然風(fēng)向與汽車行駛方向相同時,自然風(fēng)是助力作用,排出有害氣體的速度較快;當(dāng)自然風(fēng)向與汽車行駛方向相反時,自然風(fēng)是阻力作用,排出有害氣體的速度則慢。由于自然風(fēng)壓力的不穩(wěn)定性、方向變化性、隧道車流量變化性等因素，導(dǎo)致了隧道自然通風(fēng)的復(fù)雜性。5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.2.1自然通風(fēng)1.自然風(fēng)壓隧道內(nèi)形成自然風(fēng)流的原因：隧道內(nèi)外的溫度差(熱位差)、隧道兩端洞口的水平氣壓差(大氣氣壓梯度)、隧道外大氣自然風(fēng)1）熱氣差：隧道內(nèi)外溫度不同時,隧道內(nèi)外的空氣密度就不同,從而產(chǎn)生空氣的流動,用壓差來表示。

計算公式如右：

5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.2.1自然通風(fēng)1.自然風(fēng)壓2)大氣氣壓梯度：就是垂直于等壓線的一個向量,取子午線1°或111.1km為一個單位距離,在每一個單位距離內(nèi)氣壓變異的大小稱為一個氣壓梯度。3)隧道外大氣自然風(fēng)：隧道外大氣自然風(fēng)的風(fēng)向與風(fēng)速按下式計算

5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.2.1自然通風(fēng)2.自然風(fēng)壓差與隧道內(nèi)自然風(fēng)速概念：上述三項形成隧道內(nèi)自然風(fēng)的壓差之和,即為隧道內(nèi)自然風(fēng)壓差。若以洞口A為基準(zhǔn),則BA方向的自然風(fēng)壓差ΔpBA為5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.2.2機械通風(fēng)概念：自然通風(fēng)不能滿足隧道內(nèi)通風(fēng)排煙的要求時,要使用風(fēng)機予以排除，稱為機械通風(fēng),也稱人工通風(fēng)。營運隧道通風(fēng)方式的選擇：根據(jù)隧道通風(fēng)條件和隧道內(nèi)允許的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)驗比較而確定。在無可靠資料時,一般雙向行駛的隧道可按下列界線值確定通風(fēng)方式:當(dāng)lN≥6×105時,采用機械通風(fēng);lN<6×105時,采用自然通風(fēng)。

對于單向隧道，lN≥2×106時，可設(shè)置機械通風(fēng)。5.2常用的隧道通風(fēng)方法5.2.2機械通風(fēng)隧道施工期間的機械通風(fēng)壓入式壓—抽混合式抽出式

營運期間的機械通風(fēng)按通風(fēng)風(fēng)流的流動方向基本上可以分為全橫向式、半橫向式、縱向式及橫向—半橫向通風(fēng)四大類。5.3施工隧道通風(fēng)概念：隧道在掘進施工時,為了稀釋和排除巖體放出的有害氣體、爆破產(chǎn)生的炮煙及粉塵以保持良好的氣候條件,必須對隧道工作面進行通風(fēng),即向工作面送入新鮮風(fēng)流以排除含有煙塵的污濁空氣,5.3.1施工通風(fēng)控制條件(1)粉塵濃度：含有10%以上的游離二氧化硅(SiO2)的粉塵,其濃度應(yīng)小于2mg/m3,含有游離SiO2在10%以下時,水泥粉塵濃度不大于10mg/m3。(2)一氧化碳(CO)的含量：根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定:空氣中CO體積分?jǐn)?shù)不大于0.0024%(3)氮氧化物含量：一般要求氮氧化物的體積分?jǐn)?shù)不大于0.00025%,質(zhì)量濃度不大于5mg/m3。5.3施工隧道通風(fēng)5.3.1施工通風(fēng)控制條件(4)洞內(nèi)空氣成分(體積分?jǐn)?shù))：凡有人工作的地點,氧氣的體積分?jǐn)?shù)不小于20%,二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)不大于0.5%。(5)洞內(nèi)風(fēng)量要求：每人每分鐘供應(yīng)的新鮮空氣不小于3m3。(6)洞內(nèi)風(fēng)速要求：一般要求洞內(nèi)風(fēng)速不小于0.25m/s,且不大于6m/s。5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇施工通風(fēng)方式管道式通風(fēng)巷道式通風(fēng)壓入式壓—抽混合式抽出式1.管道式通風(fēng)（1）壓入式通風(fēng)圖5-2壓入式通風(fēng)示意5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇1.管道式通風(fēng)（1）壓入式通風(fēng)優(yōu)點：采用的是柔性風(fēng)管,成本比較低。

缺點：污風(fēng)流經(jīng)整條隧道后排出洞外。

濕式除塵技術(shù)

目的：利用溫差效應(yīng)，在掌子面附近形成一個循環(huán)流，從而達(dá)到使塵粒與氣體分離。

作用：該技術(shù)可以吸除隧道內(nèi)大部分有害氣體與粉塵，能使局部環(huán)境得到較好的凈化，有效改善掌子面的空氣質(zhì)量并降低通風(fēng)費用。5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇1.管道式通風(fēng)(2)抽出式通風(fēng)風(fēng)機和起動裝置安設(shè)在距隧道口30m以外的下風(fēng)向,新鮮風(fēng)流沿隧道流入,污風(fēng)經(jīng)風(fēng)管由風(fēng)機抽出。

圖5-3抽出式通風(fēng)示意圖5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇1.管道式通風(fēng)壓出式通風(fēng)：與抽出式通風(fēng)方式相仿，使用柔性風(fēng)管。

圖5-4壓出式通風(fēng)示意圖5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇1.管道式通風(fēng)(3)混合式通風(fēng)優(yōu)點：由壓入式和抽出式聯(lián)合工作,兼有二者的優(yōu)點

布置方式：長壓短抽方式和長抽短壓方式,后者又分為前壓后抽式和前抽后壓式。1)長壓短抽方式：以壓入式通風(fēng)為主,靠近工作面一段用抽出式通風(fēng),并要配備除塵裝置。

應(yīng)用地點：開挖工作面粉塵特別多的工點。

優(yōu)缺點：主要使用柔性風(fēng)管,成本較低；除塵效果差時,未除掉的微塵和污風(fēng)會使全隧道受到污染。5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇1.管道式通風(fēng)(3)混合式通風(fēng)2)前壓后抽方式：以抽出式通風(fēng)為主,靠近工作面設(shè)一段壓入式通風(fēng)。

優(yōu)缺點：使整條隧道不受煙塵污染,但因主要使用剛性風(fēng)管,成本較高。此通風(fēng)方式較適用于有軌運輸施工的隧道。5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇1.管道式通風(fēng)(3)混合式通風(fēng)3)前抽后壓方式：以抽出式通風(fēng)為主,抽出風(fēng)管口靠近工作面,巷道中設(shè)一段壓入式風(fēng)管,其出風(fēng)口在抽出風(fēng)口后面。優(yōu)缺點：與前壓后抽式相同,只是此通風(fēng)方式一般在井巷工程中應(yīng)用。5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇2.巷道式通風(fēng)作用：要是針對在長大隧道施工中開設(shè)有各種輔助坑道的情況而實施的,如平行導(dǎo)坑(簡稱平導(dǎo))、斜井、豎井和鉆孔等。圖5-8混合斜井通風(fēng)示意圖5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇2.巷道式通風(fēng)(1)利用斜井、豎井或鉆孔進行施工通風(fēng)圖5-9主、副斜井通風(fēng)示意圖5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇2.巷道式通風(fēng)(1)利用斜井、豎井或鉆孔進行施工通風(fēng)當(dāng)隧道與地面的高差較大或豎井(或斜井或鉆孔)井口與隧道口的標(biāo)高差較大時,可以利用自然風(fēng)壓通風(fēng),不用安設(shè)抽出式風(fēng)機,圖5-10豎井(或斜井或鉆孔)自然通風(fēng)示意圖5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇2.巷道式通風(fēng)(2)利用平行導(dǎo)坑進行施工通風(fēng)正洞與平導(dǎo)開挖初期還沒有橫通道聯(lián)通時,其通風(fēng)與管道式通風(fēng)相同,均為獨頭通風(fēng)。當(dāng)開挖到一定長度,正洞與平導(dǎo)通過橫通道聯(lián)通時才能形成一個完整的通風(fēng)系統(tǒng)。圖5-11利用平導(dǎo)通風(fēng)示意圖(圓梁山隧道)5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇2.巷道式通風(fēng)(2)利用平行導(dǎo)坑進行施工通風(fēng)圖5-12利用平導(dǎo)通風(fēng)示意圖(圓梁山隧道)5.3施工隧道通風(fēng)5.3.2施工通風(fēng)方式的選擇2.巷道式通風(fēng)(2)利用平行導(dǎo)坑進行施工通風(fēng)圖5-13大瑤山隧道進口通風(fēng)示意圖5.3施工隧道通風(fēng)5.3.3施工工作面通風(fēng)量計算(1)按洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)計算：根據(jù)洞內(nèi)工作面施工人員人數(shù)及洞內(nèi)風(fēng)量要求,一般采用下式計算通風(fēng)量(2)按吹入式通風(fēng)降低有害氣體濃度計算：根據(jù)壓入式通風(fēng)把工作面爆破產(chǎn)生的有害氣體濃度降至允許濃度,一般采用下式計算通風(fēng)量5.3施工隧道通風(fēng)5.3.3施工工作面通風(fēng)量計算(3)按洞內(nèi)允許最小風(fēng)速計算：根據(jù)施工通風(fēng)時,洞內(nèi)允許最小風(fēng)速計算通風(fēng)量,按下式計算(4)按稀釋和排除內(nèi)燃機車廢氣計算：考慮到設(shè)備的負(fù)荷率及利用率，內(nèi)燃設(shè)備的實際使用功率為稀釋這些設(shè)備產(chǎn)生的廢氣所需的總風(fēng)量可以按下式計算5.3施工隧道通風(fēng)5.3.4施工通風(fēng)管理與設(shè)備的配置目前,長大隧道的施工通風(fēng)多采用長管路通風(fēng)方式,風(fēng)管的質(zhì)量好壞和適用性對通風(fēng)效果會產(chǎn)生明顯影響。風(fēng)管：軟管和硬管選擇風(fēng)管時應(yīng)考慮的因素：漏風(fēng)率、阻力大小、接頭氣密性、變形大小、安裝條件等選擇風(fēng)管直徑時應(yīng)考慮的因素：巷道斷面、通風(fēng)量和風(fēng)管長度綜合考慮隧道長距離獨頭施工通風(fēng)設(shè)備的選型管理：整個工程工期全壽命來進行技術(shù)與經(jīng)濟比選5.3施工隧道通風(fēng)5.3.4施工通風(fēng)管理與設(shè)備的配置風(fēng)機應(yīng)滿足的要求：即最大送風(fēng)距離的要求、低噪聲且高效節(jié)能、風(fēng)機工況在合理范圍內(nèi)并靠近最高效率點。在風(fēng)管選定后，風(fēng)機的選擇根據(jù)管路阻力與風(fēng)量并考慮安全余量選定。5.4營運隧道的通風(fēng)公路隧道運營期間的主要有害物隧道中來往的汽車所排放的有害氣體，CO、CO2、NOx、SO2、醛類、有機化合物；其中CO作為有害氣體的主要指標(biāo)。汽車行駛時排放的煙氣或揚起路面上的粉塵。營運隧道通風(fēng)的目的導(dǎo)入新鮮空氣來置換隧道內(nèi)汽車排出的廢氣,降低對人體有害的物質(zhì)(主要是CO)的濃度,使它低于容許濃度,并達(dá)到所需要的能見度,從而保證人體健康和車輛行駛安全。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.1通風(fēng)要求(1)有害氣體的計算CO產(chǎn)生量的計算公式為根據(jù)國際道路會議常設(shè)協(xié)會的資料,坡度為5%時,CO排放量增加5%,NO排放量增加84%,煙霧排放量(車速為30km/h)增加160%。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.1通風(fēng)要求(2)有害物容許含量及可見度要求1)隧道內(nèi)CO容許含量(體積分?jǐn)?shù))①在正常交通時，長度≤1000m的隧道的CO設(shè)計濃度為150cm3/m3，長度＞3000m的隧道的CO設(shè)計濃度位100cm3/m3，其余長度可按線性內(nèi)插法取值；②在交通阻滯時，阻滯段的平均CO設(shè)計濃度為150cm3/m3，經(jīng)歷時間不宜超過20分鐘；③對于人車混行的隧道，CO設(shè)計濃度不宜大于70cm3/m3；④進行養(yǎng)護維修時，作業(yè)段的CO允許濃度不應(yīng)大于100cm3/m3。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.1通風(fēng)要求(2)有害物容許含量及可見度要求2)隧道內(nèi)煙塵容許含量煙塵設(shè)計濃度表示煙塵對空氣的污染程度，通過測定污染空氣中100m距離的煙塵光線透過率來確定。3)可見度要求在路面平均照度為30lx(勒克斯)的情況下,光透過率τ=65%,即隧道內(nèi)稍有薄霧,視力為1.5者在75m距離內(nèi)清楚地看車和人,視力為0.7者在50m距離內(nèi)清楚地看車,隧道內(nèi)有舒適感。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.1通風(fēng)要求（3）通風(fēng)速度單向交通隧道的設(shè)計風(fēng)速不宜大于10.0m/s，特殊情況不應(yīng)大于12.0m/s；雙向交通隧道的設(shè)計風(fēng)速不應(yīng)大于8.0m/s；設(shè)有專用人行道的隧道設(shè)計通風(fēng)風(fēng)速不應(yīng)大于7m/s。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.2通風(fēng)量和風(fēng)壓隧道內(nèi)所需通風(fēng)量：根據(jù)稀釋隧道內(nèi)空氣中的有害物含量達(dá)到允許含量時所需的新鮮空氣量來確定。對于CO和塵煙,比較稀釋二者達(dá)到容許含量所需的通風(fēng)量,取其大者為設(shè)計通風(fēng)量。(1)稀釋CO所需的新鮮空氣量qV,CO(m3/h)5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.2通風(fēng)量和風(fēng)壓(2)稀釋煙塵所需的新鮮空氣qV,F(m3/h)5.4.3通風(fēng)方式的選擇選擇通風(fēng)方式時,要對各種方式的通風(fēng)效果、技術(shù)條件、經(jīng)濟效益、維護管理等進行綜合研究,并經(jīng)過分析比較后再決定選用哪種方式。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.3通風(fēng)方式的選擇一般情況下建議采用的隧道長度1)縱向式通風(fēng)(無豎井):0.5~2km。2)縱向式通風(fēng)(豎井送排風(fēng)):2km以上。3)半橫向式:1.5~3km。4)全橫向式:2km以上。目前，我國隧道運營通風(fēng)一般以縱向通風(fēng)為主，已建成的5000m以上隧道大多采用通風(fēng)井送排式配合射流風(fēng)機通風(fēng)的方式。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.3通風(fēng)方式的選擇常見的通風(fēng)方式(1)全橫向式用通風(fēng)孔將隧道分成若干區(qū)段,新鮮空氣從隧道一側(cè)的通風(fēng)孔橫向流經(jīng)隧道斷面空間,將隧道內(nèi)的有害氣體與煙塵稀釋后從另一側(cè)通風(fēng)孔進入風(fēng)渠排出洞外,各通風(fēng)區(qū)段的風(fēng)流基本上不流至相鄰的通風(fēng)區(qū)段。圖5-14全橫向式通風(fēng)示意圖5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.3通風(fēng)方式的選擇常見的通風(fēng)方式(1)全橫向式適用范圍：中、長隧道特點1)全橫向通風(fēng)能保持整個隧道全程均勻的廢氣濃度和最佳的能見度,新鮮空氣得到充分利用。2)隧道縱向無氣流動,對駕駛?cè)藛T舒適感有利,同時有利于防火。3)隧道長度不受限制,能適應(yīng)最大的隧道長度。4)但在所有隧道通風(fēng)方式中,全橫向通風(fēng)是投資成本最高和運行費用最貴的。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.3通風(fēng)方式的選擇常見的通風(fēng)方式(2)半橫向式概念：由通風(fēng)機將新鮮風(fēng)經(jīng)風(fēng)道送入風(fēng)渠,并沿隧道長度的各個截面的通風(fēng)孔進入隧道通行區(qū)內(nèi),廢氣則自兩端隧道口逸出。圖5-15半橫向式通風(fēng)示意圖5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.3通風(fēng)方式的選擇常見的通風(fēng)方式(2)半橫向式特點：①隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi),送風(fēng)機改為逆轉(zhuǎn)而成為吸出式,同時,火災(zāi)點附近的送風(fēng)口閘門全部打開,其他的送風(fēng)口閘門則關(guān)閉。②由于只有一個專門的通風(fēng)渠,其工程投資、設(shè)備費用與運營管理費用均較全橫向式有很大降低。5.4營運隧道的通風(fēng)5.4.3通風(fēng)方式的選擇(2)半橫向式特點：③送風(fēng)渠道和車道之間保持一定的壓差,以抵消車輛活塞風(fēng)和自然風(fēng)的影響,從而保證了均勻送風(fēng),使得沿車道長度有害氣體的濃度均勻分布。④由于半橫向式通風(fēng)系統(tǒng)是將全隧道分成兩個獨立的通風(fēng)區(qū)段,送入新鮮空氣分別從兩端洞口排出,單向行駛的汽車不能有效地利用交通活塞風(fēng)的作用。5.4.3通風(fēng)方式的選擇(2)半橫向式特點：⑤半橫向式通風(fēng)系統(tǒng)是以中隔板為界,向兩端洞口分別送風(fēng),從理論上來講,在隧道中心位置存在一個中性面。在此斷面上其縱向風(fēng)速為零,兩側(cè)的風(fēng)向相反,沿車道縱向排風(fēng)速度與距離中性面的縱向距離成正比。⑥通風(fēng)土建工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工難度大,工期長。⑦半橫向式通風(fēng)控制火災(zāi)的主要手段是使送風(fēng)機反轉(zhuǎn)改變?yōu)榕棚L(fēng)機,但如果不能及時地完成這一操作，反而對控制火