终南山公路隧道通风效果现场测试与分析_刘成伟.pdf

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1、终南山公路隧道通风效果现场测试与分析刘成伟1,郭佳奇2(1.中铁隧道勘测设计院有限公司,天津 300133;2.北京交通大学土木建筑学院,北京 100044)摘要:秦岭终南山特长公路隧道规模庞大,通风系统复杂,为了合理确定通风配置,节约通风费用,评估自然风和交通活塞风等非机械式通风方式的通风效果就显得非常重要。通过对秦岭终南山特长公路隧道洞内自然风速、交通活塞风速及交通量的现场监测,收集了大量数据。通过对监测数据的处理、分析得出,较大自然风速出现在 11:00 13:00这个时间段,最大达到 2.576m/s;隧道东、西线交通量出现高峰期的时间段基本不变;西线风速较大的时间段基本上与交通量高峰

2、期时间段相吻合,而东线风速较大的时间段基本上与交通量高峰期时间段有出入,风速变化也相对平缓。关键词:特长公路隧道;通风效果;现场测试;交通量;自然风速;交通活塞风中图分类号:TU 834.3+3文献标志码:A文章编号:1672-741X(2009)01-0028-05Field Test and Analysis ofVentilation Effect ofZhongnanshan Highway TunnelLI U Chengwei1,GUO Jiaqi2(1.China Railway Tunnel Survey&Design Institute Co.,Ltd.,T ianjin 3

3、00133,China;2.School of Civil Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)Abstract:Zhongnanshan extra-long highway tunnel crossing Q inlingMountain is a large-scale project that has complexventilation syste m.In order to properly determ ine the ventilation sche m e and to save the v

4、entilation cos,tthe esti mationof the ventilation effect of non-mechanical ventilation is very i mportan.t Based on the analysis of themonitoring data a-chieved from fieldmonitoring of the natural air speed,traffic piston air speed and traffic volume,the authors concludethat the high natural air spe

5、ed occurs from 11:00 to 13:00w ith themaxi m al speed reaching 2.576m/s;the rush hour inthe east tube and in thewest tube has al most no change;the high air speed in the west tube occurs al most at the sameti me as the rush hourswhile the high air speed and rush hour in the east tube doesnotmatch an

6、d the air speed isnearlystable in the east tube.Key words:extra-long road tunne;l ventilation effec;tfield tes;ttraffic volume;natural air speed;piston air0引言随着我国公路建设的快速发展,长度超过 3 000m的特长公路隧道大量出现 1,其运营安全问题日趋受到广泛的关注。由于稀释特长公路隧道内的有害气体相对较困难,所以特长公路隧道建设及运营中面临的首要问题便是隧道的通风问题 2。目前,隧道通风研究的焦点集中在机械式通风方式的选择、机械通风效

7、果的评价及火灾下的通风模式等方面,对自然风、交通活塞风等非机械式通风的研究较少。曾艳华等人运用回路自然风压理论对有竖井隧道自然风压进行了研究,提出在有竖井隧道的通风设计中,必须对自然风压进行专题研究 3。仇玉良等对终南山特长隧道洞室内外气温、风速等气候条件进行了现场测试,研究了隧道内自然风速及洞内气温的变化范围和变化规律,该研究未涉及到交通量及交通活塞风 4。王光辉等通过分析圆梁山隧道贯通后自然风的利用,指出若能认识自然风的规律并加以利用,会收到意想不到的效果 5。吕康成指出根据现行的 5 JTJ 026.1)1999公路隧道通风照明设计规范 6计算的自然风阻力结果进行设计,则会更增加设计难度

8、并造成巨大浪费 6。钟星灿等将公路隧道内随机运动的车流假定为恒定持续的车流,根据动量、能量和质量守恒的基本定律,建立相关的关系式,计算了隧道各段内交通活塞风风速 7。Chan-Hoon Yoon通过热力学方法分析了自然风压,指出自然风压引起的自然风速大大提高了隧道的通风效率 8。J.Y.K i m 通过模型试验的方法给出收稿日期:2008-11-19作者简介:刘成伟(1979),男,2007年毕业于河南理工大学,硕士,助理工程师,现从事隧道与地下工程设计工作。第 29卷 第 1期2009年 2月 隧道建设Tunnel Construction Vo.l 29 N o.1Feb.2009了地铁列

9、车引起的压力及风速随时间的变化趋势 9。上述研究大多是在一定假设下的理论分析或者简化边界条件下的缩微模型试验,且单纯的研究自然风或交通活塞风,而运营中隧道受自然风和交通活塞风的联合作用,文章通过用现场实测的研究方法对自然风和交通活塞风的联合作用效果进行分析、评价。1工程概况秦岭终南山特长公路隧道北起长安县的青岔口,南止柞水县的小峪口,位于秦岭山脉东段,穿越秦岭主峰牛背梁、横垣东区中部,是交通部公路网骨架规划发展中的重点实施项目,是西北、华北通向重庆、四川、湖北等省的西部大通道纵(国道包头)北海)横(国道银川)武汉)汇合点。该隧道双洞单向 4车道,两洞相距 30m,单洞长度达到 18 020m,

10、埋深超过 100m 的长度达到 17 000m,占总长度的 94%以上,最大埋深 1 640m,整个工程预计投资 25亿元人民币。隧道进口标高 890m,出口标高 1 025m,隧道内有 2个变坡点,进口 2500m,坡度为+0.3%;中间 11 900m,坡度为+1.1%;出口 3 500m,坡度为-0.3%。隧道设计洞内行车速度 60km/h。隧道采用 3竖井分段纵向通风方案,竖井直径达 8.7 9.6m,竖井深度达 185 770m。2现场测试概况现场测试内容:自然风速、自然风压和交通风压共同作用下的风速、交通量及车速监测。现场洞内测试在隧道通车前、后测试 2次,通车前测试隧道洞内的自然

11、风风速;通车后现场测试自然风压和交通风压共同作用下的风速。沿隧道全长分布 30个测点(上下行线共计 60个测点),相邻测点间距约 600m,测点布置见图 1,各个测点同时同步进行连续观测,记录隧道内测点处的风速和风向。沿隧道全长分布 14个摄像头用于监测隧道内的交通量及车速。测试定在 2007年 8月 14号开始,连续测试 3 d,测试隧道内自然风速的大小,24h不间断测试,每隔 40m in左右读数一次。于 8月 20号开始,连续 3d测试隧道内自然风压和交通风压共同作用下的风速,24 h不间断测试,每 10m in记录一次读数。在测试前,提前到达测试现场,布置好人员,调整好仪器,待仪器稳定

12、后再读测试数据,并处理好数据的存储工作。主要采用的测试仪器为风速风向仪(热球式电风速计 QDF一 2A)、轻便三杯风向风速表(DEM6型)和摄像头(LS-9100ZP)。图 1 隧道内风速测点布置图F ig.1 Layout of air speedmonitoring points in tunnel3测试结果处理与分析3.1隧道内实测自然风速于 8月 14日、15日、16日连续 3d进行了 24 h现场测量,每隔 40m in左右读数一次。隧道东线测点 38和 41两测点的测量结果见图 2,图 3。图 2 隧道内测点 38处自然风速变化趋势F ig.2 F luctuation trend

13、 of natural air speed at point 38 in tunnel图 3 隧道内测点 41处自然风速变化趋势F ig.4 F luctuation trend of natural air speed at point 41 in tunnel从现场实测数据可以看出隧道内自然风速在一定的时间段内还是比较大的,是不能忽略的风量,测点29 第 1期 刘成伟,等:终南山公路隧道通风效果现场测试与分析 38、41最大风速出现的时间段大致为 11:00 13:00。测点 38在 14日的最大风速出现在 13:05:27这一时刻,为 1.878m/s;15日最大风速也出现在 13:05

14、:27这一时刻,为 2.394m/s;16日最大风速出现在 11:38:10,为 1.908m/s。测点 41在 14日的最大风速出现在12:21:49,为 2.026m/s;15日最大风速出现在 13:05:27,为 2.576m/s;16日最大风速出现在 10:54:32,为2.320m/s。3.2隧道内实测交通量于 8月 20号开始,连续 3 d测试隧道内交通量的大小,24h不间断测试,每 10m in记录一次读数。由于时刻点太密集,横坐标不便标出。测试结果见图 4)9。图 4 隧道西线 8月 20日交通量变化趋势Fig.4 Fluctuation trend of traffic vo

15、lume in west tube on August20图 5 隧道西线 8月 21日交通量变化趋势Fig.5 Fluctuation trend of traffic volume in west tube on August21图 6 隧道西线 8月 22日交通量变化趋势Fig.6 Fluctuation trend of traffic volume in west tube on August22图 7 隧道东线 8月 20日交通量变化趋势F ig.7 Fluctuation trend of traffic volume in east tube onAugust 20图 8 隧道

16、东线 8月 21日交通量变化趋势F ig.8 Fluctuation trend of traffic volume in east tube onAugust 2130 隧道建设 第 29卷 图 9 隧道东线 8月 22日交通量变化趋势F ig.9 Fluctuation trend of traffic volume in east tube onAugust 22从图 4)9可以看出无论是隧道东线或西线,交通量出现高峰期时间段变化不大,隧道西线大致在 8:00 11:00,14:30 16:50左右;隧道东线从 8:00一直持续到 17:00左右。从图 4)6还可以看出隧道西线2号摄像头

17、监测的交通量稍大于 4号和 6号摄像头,4号摄像头与 6号摄像头监测到的交通量接近;而从图7)9可看出隧道东线 3个摄像头检测到的交通量比较接近。当进行交通风计算时,西线取 4号摄像头与6摄像头监测到的交通量平均值,东线取 3个摄像头监测值的平均值。3.3隧道内实测的自然风压和交通风压共同作用下的风速隧道内部东、西线分别设置了近 30个测点,于 8月 20日、21日、22日连续 3d进行了 24 h现场测量,每隔 15m in左右读数一次,由于时刻点密集,横坐标不便标出。选取 3d中位于隧道东、西线中间的 3个监测点监测到的隧道内风速绘制成图,见图 10、图 11。从图 10可以看出隧道西线内

18、风速较大的时间段基本上与交通量出现高峰期时间段相吻合,并且测点 14与测点 16监测到的风速较接近;由图 11知,隧道东线内风速变化相对平缓,风速相对较大的时间段与交通量高峰值时间段有一定的出入,3个测点监测的风速值比较接近。隧道内实测风速平均值见表 1。4结论1)较大自然风速出现的时间段大致为 11:0013:00。最大自然风速达到 2.576m/s,从自然风实测结果来看,5规范 6中把自然通风完全作为阻力考虑,忽略了自然风有利的通风效应。隧道东、西线交通量出现高峰期时间段变化不大,隧道西线大致在 8:0011:00、14:30 16:50 2个时间段;隧道东线从 8:00一直持续到 17:

19、00左右;隧道西线内风速较大的时间段基本上与交通量出现高峰期时间段相吻合。隧道东线内风速变化相对平缓,风速相对较大的时间段与交通量高峰值时间段有一定的出入,3个测点监测的风速值比较接近。2)在自然风压和交通风压共同作用下,隧道内风速可以达到 3 4m/s,在隧道运营初期交通量较小的情况下,再加上竖井的烟囱效应,可以大大减少机械通风设备的开启时间。图 10 隧道西线风速变化趋势Fig.10 F luctuation trend of air speed in west tube31 第 1期 刘成伟,等:终南山公路隧道通风效果现场测试与分析 图 11 隧道东线风速变化趋势Fig.11 F luc

20、tuation trend of air speed in east tube表 1隧道内实测风速平均值Table 1 Average value of field tested air speed in tunnelm/s 日期实测平均值东线西线2008-203.423.032008-214.102.552008-224.353.143)合理、可靠地确定自然风(包括交通风)直接关系到隧道通风费用及相关土建费用。在目前无法准确计算自然风和交通风的情况下,加强隧道内风速的现场监测,经过长期观测总结出洞内非机械风的规律,在此基础上合理配置、开启通风设备具有重要的意义。参考文献:1 凤懋润.中国公路

21、与隧道建设 C /国际隧道研讨会暨公路建设技术交流大会论文集.北京:人民交通出版社,2002.2 邓顺熙.公路与长隧道空气污染影响分析方法 M.北京:科学出版社,2004.3 曾艳华,何川,关宝树.有竖井隧道自然风压的研究 J.地下空间,2003,23(1):69-71.4 仇玉良,李宁军,杨忠.秦岭特长多竖井深埋隧道气温测试研究 J.现代隧道技术,2004,41(3):35-39.5 王光辉,周镕义,李治国.长大隧道贯通后自然风的利用 J.公路隧道,2005(1):48-52.6 吕康成,伍毅敏.公路隧道通风设计若干问题探讨 J.公路,2006(5):223-227.7 钟星灿,高慧翔,龚波

22、.交通风力自然通风作用原理探析 J.铁道工程学报,2006,95(5),82-87.8 Hyo-gyu K i m.A Funda mental Study on the Guideline ofVentilation Design in Longer tunnelsD.Korea:The Soc-iety ofA ir Conditioning and Refrigerating Engineers,2001.9 J.Y.K i m a,K.Y.K i m b.Experi mental and numerical an-alyses of train-induced unsteady tunnel flo w in subway J.Tunnelling and Underground Space Technology,2007(22):166-172.32 隧道建设 第 29卷