浅谈隧道通风系统设计

浅谈隧道通风系统设计

作者：方 艳

来源：《科学与财富》2010年第05期

[摘 要] 随着我国交通建设的快速发展,公路隧道越建越多,越建越长;城市人口的日益增多,也给城市的交通带来巨大的压力,为缓解城市地面交通压力,城市地铁也在各个城市相继建成。隧道建设中很重要的一项工作就是针对具体情况选择最合适的通风系统,本文分两部分对公路隧道及地铁隧道的通风系统设计作简单论述。

[关键词] 纵向式 半横向式 全横向式 隧道需风量 区间隧道通风系统和车站隧道通风系统

第一部分 公路隧道通风系统 一、通风目的

对于正常行车工况和阻塞工况,稀释隧道内汽车行驶过程中排放的CO、烟雾和隧道内的异味,把有害气体和污染物质的浓度降至允许浓度以下,保证隧道内司乘人员的身体健康和行车安全,满足卫生标准和舒适要求。

对于火灾工况,通风系统应能够控制烟雾和热量的扩散,而且为逗留在隧道内的司乘人员、消防人员提供一定的新风量,以利于安全疏散和灭火扑救。 二、通风要求

1、单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s,特殊情况可取12m/s;双向交通的隧道设计风速不应大于8m/s;人车混合通行的隧道设计风速不应大于7m/s。

2、风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放应符合环保的有关规定。

3、确定的通风方式在交通条件等发生变化时,应具有较高的稳定性,并能适应火灾工况下的通风要求。

4、隧道内的营运通风的主流方向不应频繁变化。

5、隧道通风设计除应考虑正常交通工况外,还应考虑洞内发生火灾等工况。 三、通风方式

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1、自然通风

对于隧道较短或车流量较少的隧道,可不设置机械通风设备,靠汽车行驶所形成的活塞风和自然风的共同作用将隧道内的有害气体和烟尘等污染物质从隧道内排至洞外。 2、机械通风

隧道机械通风分为纵向式、半横向式、全横向式三种基本通风方式。纵向式通风主要适用于双洞单向行车隧道;半横向式通风和全横向式通风主要适用于单洞双向行车隧道。 (1)全横向式通风。(见下图)

隧道内分别设置送排风道,通风风流在隧道内作横向流动。 (2)半横向式通风。(见下图)

隧道内只设送风道或排风道,由洞口沿隧道纵向排风或抽风。 (3)纵向式通风

隧道内不设通风道,把隧道作为通风道,通风风流沿隧道纵向流动。纵向式通风方式又可分为射流风机式、集中送入式、竖井送排风式、竖井排出式、静电吸尘式。 四、通风方式的选择

隧道是否需要机械通风需要根据交通量和隧道长度初步综合判定,一般来说,在下列情况下宜设置机械通风的:

双向交通隧道 L*N≥6×105 单向交通隧道 L*N≥2×106 式中L---隧道长度(m) N---设计交通量(辆/h)

机械通风方式的选择应综合考虑交通条件、地形、地物、地质条件、通风要求、环境保护要求、火灾时的通风控制、维护与管理水平、分期施工的可能性、工程造价、运行费、维护管理费等因素。

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在常规的三种机械通风方式中,全横向和半横向通风方式,隧道内的卫生状态及防火排烟效果好,但是初期的土建费用、设备费用以及后期的通风运营费用很大;纵向式通风土建工程量小,设备运营费用相对较低,方式也灵活多样,但洞内的环境状况和防火排烟效果较差。

由于纵向式通风具有能充分利用汽车活塞风,工程造价低,营运费用低,技术难度低等特点,纵向式通风成为国际上公认的隧道通风技术的发展方向。相关资料表明,20世纪80年代以前,国际上较长的隧道多采用全横向式或半横向式通风。但80年后的近20年来,以日本为代表的隧道发达国家多采用纵向式通风。我国的隧道通风方式也以纵向式通风为主。 五、通风计算主要步骤

(一)收集设计资料,如隧道设计要求、设计交通量、气象环境资料及隧道建筑结构参数等。 (二)主要污染物CO、烟雾排放量计算

各种有害物质控制设计浓度可根据下列规定选择 1、CO设计浓度

采用纵向通风时,CO设计浓度可按上表所列各值提高50ppm取值;

(2)交通阻滞时,阻滞段的平均CO设计浓度可取300ppm,经历时间不超过20min。阻滞段长度不应大于1公里;

(3)人车混合通行的隧道长度不宜超过2000m,其CO设计浓度应按下表取(表二): 2、烟雾设计浓度

(1)采用钠灯光源时,烟雾设计浓度应按按下表取值(表三): 采用荧光灯光源时,烟雾设计浓度应提高一级。

(2)当烟雾浓度达到0.012m-1时,应采取交通管制等措施考虑。

(3)隧道内进行养护维修时,应按现场实际烟雾浓度不大于0.0035 m-1考虑。 (三)隧道需风量计算。

取稀释CO、烟雾、稀释异味所需需风量的最大值作为设计需风量。 (1)稀释CO的需风量应按下式进行计算:

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Qreq(co)=Qco/δ*p0/p*T/T0*106

式中Qreq(co):隧道全长稀释CO的需风量(m3/s); p0:标准大气压(kN/m2),取101.325kN/m2; p:隧道地址设计气压(kN/m2); T0:标准气温(K),取273K; T:隧道夏季的设计气温(K)。

(2)稀释烟雾的需风量应按下式进行计算: Qreq(VI)=QVI/K

式中Qreq(VI):隧道全长稀释烟雾的需风量(m3/s); K:烟雾设计浓度(m-1),按上表三取值。 (3)稀释异味的需风量

隧道空间不间断换气频率不宜低于每小时5次,交通量较小或特长隧道,可采用每小时3~4次。

采用纵向通风的隧道,隧道内换气风速不应低于2.5m/s。

(四)从安全、技术经济等方面进行通风方式比较,选择最佳通风方式。 下列是各通风方式的比较情况(表四)。 (五)计算通风压力、风量和风速等。

通风压力的计算必须针对具体工程的通风系统进行分析。 (六)确定风机的规格和配置。

隧道建设中很重要的一项工作就是针对具体情况选择最合适的通风系统,并按所选取的通风系统选择最适合于该通风系统的通风机,以达到节省投资和营运经济的目的。

一般隧道风机可采用轴流风机、射流风机,射流风机应选用具有消音装置且可逆转的公路隧道专用风机,宜选用大推力射流风机,在隧道内发生火灾时,在环境温度为250℃情况下射流风

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机应能正常可靠运转60min;轴流风机宜并联设置,每一通风系统一般设置2～3台,当隧道内发生火灾时,轴流风机应能在环境温度为250℃情况下可靠运转60min以上,恢复常温后,轴流风机不需大修即可投入正常运转。

通常在设计隧道通风系统时,射流风机经常被选用,是因为其具有低的初投资和低的运行费用。同时,射流风机还可以与通风系统联合使用,用于平时排风和火灾工况时的排烟。 五、火灾时的隧道通风

通风设计必须考虑火灾对策,长度大于1500m且交通量较大的隧道应考虑排烟措施。火灾时排烟风速可按2~3m/s取值;火灾时半横向和全横向通风方式应通过主风道排烟;纵向通风应视隧道内的火灾点的位置确定风机的正反转,应尽量缩短火灾烟雾在车道内的行程。

第二部分 地铁隧道通风系统 一、通风系统组成

地铁隧道通风系统是采用强迫通风方式来实现隧道、车站与外部的空气交换。通常由车站隧道通风系统和区间隧道通风系统组成。车站隧道通风系统的排风设备一般布置在车站两端的设备房区内,气流组织方式采用轨顶和站台下排风,在车站隧道停车所在区域的轨顶以及有效站台下设置土建式排风道。 二、通风系统设计方法

分为区间隧道通风系统和车站隧道通风系统两部分,列车正常运营时系统排除隧道内的余热余湿,从经济节能的角度,应充分利用列车运行产生的活塞风排热和降温隧道内气温。由于列车运行向隧道内散发大量的热,如不采取有效的通风措施,隧道内的温度将随地铁运营年限的增长不断升高,终将导致隧道内温度超过正常运营的要求。在正常运行工况下,当隧道尺寸、列车外型尺寸、列车牵引特性、客流、列车编组、行车组织等条件确定后,活塞风道设置的位置、数量和大小是决定活塞通风效果的关键因素。 三、地铁隧道排烟

地铁 隧道内排烟的原则是沿乘客安全疏散方向相反的方向送风。这样既可以阻止烟气与人同向流动,又给疏散逃生人员送去新鲜的空气。

结合国内各大城市地铁通风和排烟设置不同,系统大体可以分为两类:

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1、通风和排烟同为一个系统,即通风和排烟系统均由相同的风机、消音器、风口、风道和风亭组成。由风机的风叶进行正转或反转,来实现系统的送风或者排烟。隧道、站台内的烟气流动方向为沿隧道或站台水平方向流动。站台发生火灾,通风排烟方式是站台隧道入口上部的风机反向运转,将站台内的烟气由风口吸入风道,经风道尽头处的风亭排到地面;隧道内发生火灾,区间风机反转吸风,站台风机正转送风,使隧道内烟气从事故发生处流向区间风口,经风口进入风道,再从风道尽端的风亭排到地面。

2、通风系统和排烟系统分开设置,各自分别成为相对的系统。即通风系统和排烟系统是由各自的风机、消音器、风道、风口(排烟系统含风亭)分别组成。进烟口、通风口分别设在站台行车道上方和站台集散厅顶部,站台内的烟气流动为垂直方向流动。

不论是公路隧道还是地铁隧道,都应该设置与隧道类别和交通需求相适应的通风监控设施,通风监控要求应能具有火灾时排烟控制功能,火灾时风机运转控制模式,并应结合排烟分区,确定相应的风量控制模式。 参 考 文 献

1、《公路隧道设计规范》JTG D70-2004

2、《公路隧道通风照明设计规范》JTJ 026.1-1999 3、《地铁设计规范》GB 50157-2003■