第5章-隧道通风-《通风工程(第2版)》教学ppt课件.ppt

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1、第五章 隧道通风5.1 概述5.2 常用的隧道通风方法 5.3 施工隧道通风5.4 营运隧道的通风本章内容5.1 概述 公路隧道通风方式有多种,选择时主要考虑的是隧道长度和交通条件,同时还要考虑气象、环境、地形及地质等条件。对于山岭公路隧道则应着重考虑其经济性。1.公路隧道通风可分为：自然通风和机械通风（按通风动力来源不同）机械通风分为：全横向式通风、半横向式通风、纵向式通风、横向半横向通风（按通风风流的流动方向不同）5.1 概述2.按照隧道建设与运营两个时期又可将隧道通风分为施工期间通风和营运期间通风。隧道通风系统及其通风机选择应遵循以下原则:l通风系统的操作必须可靠,应配备与通风系统相适应

2、的通风机和控制系统l选用合适的通风系统,尽可能节省通风设备所需空间,以减少投资。l选用合适的控制系统,以达到花费最少的设备费用和营运费用的目的。有害物对人体作用的时间l选取的通风机应具有最佳的可达性,即当风机万一出现故障时,能迅速排除而不致于阻碍交通。5.2常用的隧道通风方法5.2.15.2.1自然通风自然通风l l概念：概念：不用风机设备,完全靠汽车交通风的活塞作用及其剩余能量与自然风的共同作用,把有害气体和烟尘从隧道内排出洞外。l l特点：特点：当隧道内的自然风向与汽车行驶方向相同时,自然风是助力作用,排出有害气体的速度较快;当自然风向与汽车行驶方向相反时,自然风是阻力作用,排出有害气体的

3、速度则慢。l由于自然风压力的不稳定性、方向变化性、隧道车流量变化性等因素，导致了隧道自然通风的复杂性。5.2常用的隧道通风方法5.2.1自然通风1.1.自然风压 自然风压隧道内形成自然风流的原因：隧道内外的温度差(热位差)、隧道两端洞口的水平气压差(大气气压梯度)、隧道外大气自然风1）热气差：隧道内外温度不同时,隧道内外的空气密度就不同,从而产生空气的流动,用压差来表示。计算公式如右：5.2常用的隧道通风方法5.2.1自然通风1.1.自然风压 自然风压2)大气气压梯度：就是垂直于等压线的一个向量,取子午线1或111.1km为一个单位距离,在每一个单位距离内气压变异的大小称为一个气压梯度。3)隧

4、道外大气自然风：隧道外大气自然风的风向与风速按下式计算 5.2常用的隧道通风方法5.2.1自然通风2.2.自然风压差与隧道内自然风速 自然风压差与隧道内自然风速l l概念：概念：上述三项形成隧道内自然风的压差之和,即为隧道内自然风压差。l若以洞口A为基准,则BA方向的自然风压差pBA为5.2常用的隧道通风方法5.2.2机械通风概念：概念：自然通风不能满足隧道内通风排烟的要求时,要使用风机予以排除，称为机械通风,也称人工通风。l营运隧道通风方式的选择：根据隧道通风条件和隧道内允许的卫生标准经过技术经验比较而确定。l在无可靠资料时,一般双向行驶的隧道可按下列界线值确定通风方式:当lN6105时,采

5、用机械通风;lN6105时,采用自然通风。对于单向隧道，lN2106时，可设置机械通风。5.2常用的隧道通风方法5.2.2机械通风隧道施工期间的机械通风压入式压抽混合式抽出式 营运期间的机械通风按通风风流的流动方向基本上可以分为全横向式、半横向式、纵向式及横向半横向通风四大类。5.3施工隧道通风概念：概念：隧道在掘进施工时,为了稀释和排除岩体放出的有害气体、爆破产生的炮烟及粉尘以保持良好的气候条件,必须对隧道工作面进行通风,即向工作面送入新鲜风流以排除含有烟尘的污浊空气,l5.3.1 施工通风控制条件l(1)粉尘浓度：含有10%以上的游离二氧化硅(SiO2)的粉尘,其浓度应小于2mg/m3,含

6、有游离SiO2在10%以下时,水泥粉尘浓度不大于10mg/m3。l(2)一氧化碳(CO)的含量：根据有关规范规定:空气中CO体积分数不大于0.0024%l(3)氮氧化物含量：一般要求氮氧化物的体积分数不大于0.00025%,质量浓度不大于5mg/m3。5.3施工隧道通风5.3.1 施工通风控制条件l(4)洞内空气成分(体积分数)：凡有人工作的地点,氧气的体积分数不小于20%,二氧化碳的体积分数不大于0.5%。l(5)洞内风量要求：每人每分钟供应的新鲜空气不小于3m3。l(6)洞内风速要求：一般要求洞内风速不小于0.25m/s,且不大于6m/s。5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择施工

7、通风方式管道式通风巷道式通风压入式压抽混合式抽出式1.管道式通风（1）压入式通风图5-2 压入式通风示意5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择1.管道式通风（1）压入式通风 优点：采用的是柔性风管,成本比较低。缺点：污风流经整条隧道后排出洞外。湿式除尘技术 目的：利用温差效应，在掌子面附近形成一个循环流，从而达到使尘粒与气体分离。作用：该技术可以吸除隧道内大部分有害气体与粉尘，能使局部环境得到较好的净化，有效改善掌子面的空气质量并降低通风费用。5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择1.管道式通风(2)抽出式通风 风机和起动装置安设在距隧道口30m以外的下风向,新鲜风流沿隧道流入

8、,污风经风管由风机抽出。图5-3 抽出式通风示意图5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择1.管道式通风 压出式通风：与抽出式通风方式相仿，使用柔性风管。图5-4 压出式通风示意图5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择1.管道式通风(3)混合式通风 优点：由压入式和抽出式联合工作,兼有二者的优点 布置方式：长压短抽方式和长抽短压方式,后者又分为前压后抽式和前抽后压式。1)长压短抽方式：以压入式通风为主,靠近工作面一段用抽出式通风,并要配备除尘装置。应用地点：开挖工作面粉尘特别多的工点。优缺点：主要使用柔性风管,成本较低；除尘效果差时,未除掉的微尘和污风会使全隧道受到污染。5.3施

9、工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择1.管道式通风(3)混合式通风2)前压后抽方式：以抽出式通风为主,靠近工作面设一段压入式通风。优缺点：使整条隧道不受烟尘污染,但因主要使用刚性风管,成本较高。此通风方式较适用于有轨运输施工的隧道。5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择1.管道式通风(3)混合式通风3)前抽后压方式：以抽出式通风为主,抽出风管口靠近工作面,巷道中设一段压入式风管,其出风口在抽出风口后面。优缺点：与前压后抽式相同,只是此通风方式一般在井巷工程中应用。5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择2.巷道式通风l作用：要是针对在长大隧道施工中开设有各种辅助坑道的情况而实施

10、的,如平行导坑(简称平导)、斜井、竖井和钻孔等。图5-8 混合斜井通风示意图5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择2.巷道式通风l(1)利用斜井、竖井或钻孔进行施工通风图5-9 主、副斜井通风示意图5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择2.巷道式通风l(1)利用斜井、竖井或钻孔进行施工通风l当隧道与地面的高差较大或竖井(或斜井或钻孔)井口与隧道口的标高差较大时,可以利用自然风压通风,不用安设抽出式风机,图5-10 竖井(或斜井或钻孔)自然通风示意图5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择2.巷道式通风l(2)利用平行导坑进行施工通风l正洞与平导开挖初期还没有横通道联通时,

11、其通风与管道式通风相同,均为独头通风。当开挖到一定长度,正洞与平导通过横通道联通时才能形成一个完整的通风系统。图5-11 利用平导通风示意图(圆梁山隧道)5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择2.巷道式通风l(2)利用平行导坑进行施工通风图5-12 利用平导通风示意图(圆梁山隧道)5.3施工隧道通风5.3.2施工通风方式的选择2.巷道式通风l(2)利用平行导坑进行施工通风图5-13 大瑶山隧道进口通风示意图5.3施工隧道通风5.3.3施工工作面通风量计算l(1)按洞内同时工作的最多人数计算：根据洞内工作面施工人员人数及洞内风量要求,一般采用下式计算通风量l(2)按吹入式通风降低有害气体

12、浓度计算：根据压入式通风把工作面爆破产生的有害气体浓度降至允许浓度,一般采用下式计算通风量5.3施工隧道通风5.3.3施工工作面通风量计算l(3)按洞内允许最小风速计算：根据施工通风时,洞内允许最小风速计算通风量,按下式计算l(4)按稀释和排除内燃机车废气计算：考虑到设备的负荷率及利用率，内燃设备的实际使用功率为l稀释这些设备产生的废气所需的总风量可以按下式计算5.3施工隧道通风5.3.4施工通风管理与设备的配置l目前,长大隧道的施工通风多采用长管路通风方式,风管的质量好坏和适用性对通风效果会产生明显影响。l风管：软管和硬管l选择风管时应考虑的因素：漏风率、阻力大小、接头气密性、变形大小、安装

13、条件等l选择风管直径时应考虑的因素：巷道断面、通风量和风管长度综合考虑l隧道长距离独头施工通风设备的选型管理：整个工程工期全寿命来进行技术与经济比选5.3施工隧道通风5.3.4施工通风管理与设备的配置l风机应满足的要求：l 即最大送风距离的要求、低噪声且高效节能、风机工况在合理范围内并靠近最高效率点。在风管选定后，风机的选择根据管路阻力与风量并考虑安全余量选定。5.4营运隧道的通风公路隧道运营期间的主要有害物 隧道中来往的汽车所排放的有害气体，CO、CO2、NOx、SO2、醛类、有机化合物；其中CO作为有害气体的主要指标。汽车行驶时排放的烟气或扬起路面上的粉尘。营运隧道通风的目的 导入新鲜空气

14、来置换隧道内汽车排出的废气,降低对人体有害的物质(主要是CO)的浓度,使它低于容许浓度,并达到所需要的能见度,从而保证人体健康和车辆行驶安全。5.4营运隧道的通风5.4.1通风要求l(1)有害气体的计算l CO产生量的计算公式为l根据国际道路会议常设协会的资料,坡度为5%时,CO排放量增加5%,NO排放量增加84%,烟雾排放量(车速为30km/h)增加160%。5.4营运隧道的通风5.4.1通风要求l(2)有害物容许含量及可见度要求l 1)隧道内CO容许含量(体积分数)l在正常交通时，长度1000m的隧道的CO设计浓度为150cm3/m3，长度3000m的隧道的CO设计浓度位100cm3/m3

15、，其余长度可按线性内插法取值；l在交通阻滞时，阻滞段的平均CO设计浓度为150cm3/m3，经历时间不宜超过20分钟；l对于人车混行的隧道，CO设计浓度不宜大于70cm3/m3；l进行养护维修时，作业段的CO允许浓度不应大于100cm3/m3。5.4营运隧道的通风5.4.1通风要求l(2)有害物容许含量及可见度要求l 2)隧道内烟尘容许含量l烟尘设计浓度表示烟尘对空气的污染程度，通过测定污染空气中100m距离的烟尘光线透过率来确定。l3)可见度要求l在路面平均照度为30lx(勒克斯)的情况下,光透过率=65%,即隧道内稍有薄雾,视力为1.5者在75m距离内清楚地看车和人,视力为0.7者在50m

16、距离内清楚地看车,隧道内有舒适感。5.4营运隧道的通风5.4.1通风要求l（3）通风速度l单向交通隧道的设计风速不宜大于10.0m/s，特殊情况不应大于12.0m/s；双向交通隧道的设计风速不应大于8.0m/s；设有专用人行道的隧道设计通风风速不应大于7m/s。5.4营运隧道的通风5.4.2通风量和风压l隧道内所需通风量：根据稀释隧道内空气中的有害物含量达到允许含量时所需的新鲜空气量来确定。对于CO和尘烟,比较稀释二者达到容许含量所需的通风量,取其大者为设计通风量。l(1)稀释CO所需的新鲜空气量qV,CO(m3/h)5.4营运隧道的通风5.4.2通风量和风压l(2)稀释烟尘所需的新鲜空气qV

17、,F(m3/h)5.4.3通风方式的选择l选择通风方式时,要对各种方式的通风效果、技术条件、经济效益、维护管理等进行综合研究,并经过分析比较后再决定选用哪种方式。5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l一般情况下建议采用的隧道长度l1)纵向式通风(无竖井):0.52km。l2)纵向式通风(竖井送排风):2km以上。l3)半横向式:1.53km。l4)全横向式:2km以上。l目前，我国隧道运营通风一般以纵向通风为主，已建成的5000m以上隧道大多采用通风井送排式配合射流风机通风的方式。5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l常见的通风方式l(1)全横向式用通风孔将隧道分成若干区段,新

18、鲜空气从隧道一侧的通风孔横向流经隧道断面空间,将隧道内的有害气体与烟尘稀释后从另一侧通风孔进入风渠排出洞外,各通风区段的风流基本上不流至相邻的通风区段。图5-14 全横向式通风示意图5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l常见的通风方式l(1)全横向式l适用范围：中、长隧道l特点l1)全横向通风能保持整个隧道全程均匀的废气浓度和最佳的能见度,新鲜空气得到充分利用。l2)隧道纵向无气流动,对驾驶人员舒适感有利,同时有利于防火。l3)隧道长度不受限制,能适应最大的隧道长度。l4)但在所有隧道通风方式中,全横向通风是投资成本最高和运行费用最贵的。5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l常

19、见的通风方式l(2)半横向式l概念：由通风机将新鲜风经风道送入风渠,并沿隧道长度的各个截面的通风孔进入隧道通行区内,废气则自两端隧道口逸出。图5-15 半横向式通风示意图5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l常见的通风方式l(2)半横向式l特点：l隧道内一旦发生火灾,送风机改为逆转而成为吸出式,同时,火灾点附近的送风口闸门全部打开,其他的送风口闸门则关闭。l由于只有一个专门的通风渠,其工程投资、设备费用与运营管理费用均较全横向式有很大降低。5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l(2)半横向式l特点：l送风渠道和车道之间保持一定的压差,以抵消车辆活塞风和自然风的影响,从而保证了均

20、匀送风,使得沿车道长度有害气体的浓度均匀分布。l由于半横向式通风系统是将全隧道分成两个独立的通风区段,送入新鲜空气分别从两端洞口排出,单向行驶的汽车不能有效地利用交通活塞风的作用。5.4.3通风方式的选择l(2)半横向式l特点：l半横向式通风系统是以中隔板为界,向两端洞口分别送风,从理论上来讲,在隧道中心位置存在一个中性面。在此断面上其纵向风速为零,两侧的风向相反,沿车道纵向排风速度与距离中性面的纵向距离成正比。l通风土建工程结构复杂,施工难度大,工期长。l半横向式通风控制火灾的主要手段是使送风机反转改变为排风机,但如果不能及时地完成这一操作，反而对控制火灾不利5.4营运隧道的通风5.4.3通

21、风方式的选择l常见的通风方式l(3)纵向式l概念：新鲜空气从隧道一端引入,有害气体与烟尘从另一端排出。l通风方式：洞口风道式通风与射流风机通风（根据采用的通风设备）5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l通风方式l 1)洞口风道式纵向通风 概念：具有较高能量的吹入气体,其能量传递给隧道内的空气,使其产生克服隧道阻力的动压,从而推动隧道内空气顺气流方向流动,完成从隧道一端进入新气而从另一端排出废气的过程。l 2)使用“射流风机”的纵向通风。概念：以一定数量的射流风机以一定间距吊挂于隧道顶部来完成的。5.4.3通风方式的选择l 3)纵向通风系统的特点 能充分发挥汽车活塞风作用,所需通风量较小

22、；无额外的通风渠道,隧道断面小,工程费用低,使用也比较经济;靠近送风口空气新鲜,随着空气流向距离越远,污染越严重,如果要求CO浓度降至允许浓度,通风量必然要加大,空气量没有得到充分利用;以隧道作为通风道,规定气流速度较高,汽车司机有不适之感;由于存在烟囱效应,不利于控制火灾,往往需要避车洞。5.4营运隧道的通风5.4.3通风方式的选择l(4)横向半横向通风l作用：为了降低全横向通风的投资和运行费用,同时又满足较舒适的通风要求,值得倡导的一种通风方式为横向与半横向通风的结合型通风系统。自然通风方式的选择，由于它不使用机械通风设备，节能效果较为显著，如果使用自然通风方式能够达到预期效果，因此在方案选择阶段应首先考虑自然通风的可能。