隧道工程 教案08

第8章 隧道通风

8.1 概述

1、隧道内污染的形成

（1） 施工期间：爆破、施工设备、瓦斯 （2） 运营期间：汽车排放出的废气，CO和烟雾 （3） 隧道内突发事件的产生：火灾、消防、交通混乱 2、改善隧道内污染的途径 （1） 消除污染源---改造汽车 （2） 滤毒滤烟设备，还原被污染空气 （3） 将污染空气稀释到容许浓度值以下

（4） 突发事件应急措施研究、隧道结构研究、路面结构研究 3、隧道通风设计要考虑的主要问题

（1） 空气中有害物质的容许浓度：人的忍受程度、行车安全视距 （2） 需风量计算问题：考虑交通量、排放量 （3） 通风方式及通风设备选择：经济性和耐久性

8.2 空气中有害物质容许浓度

1、确定隧道内污染空气中有害物的设计浓度需要研究的问题 （1） 对汽车排放CO量的研究

（2） 对汽车排放烟雾量及透明度的研究 （3） 人在污染空气中的适应能力

（4） 分别研究CO设计浓度和烟雾设计浓度 2、CO设计浓度

（1） 有害气体浓度的表示：单位体积被污染空气中含有害气体体积

106m31ppm有害气体1m3被污染空气 （2） 人体对各种浓度有害气体的反映

10000ppm3000ppm2000ppm1000ppm致死限界%500ppmbHCO-重症250ppm强症状100ppm中等症状轻度症状(h)坐姿(h)行走(h,min)劳动 图8.2.1 空气中的CO浓度、吸人时间以及活动状状态与CO-Hb饱和率之间的关系（3） CO设计浓度：与隧道长度和通风方式有关

表8.2.2 CO设计浓度（ppm）

隧道长度（m） 1000 3000 纵向通风方式 300 250 全横向和半横向通风方式 250 200 人车混合通行隧道 150 100 3、烟雾设计浓度

（1） 烟雾浓度定义：通过测定光线在烟雾中的透过率来表示

透过率是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过量之比：

EE 0式中：E,E0分别为同一光源的光通过污染空气和洁净空气后的照度。

(8.2.1)

1Klg （8.2.3）

l式中：是光源光穿过lm厚的容许透光率，在隧道通风与照明中，取l＝100m，故

1lg。 其容许浓度K100（2） 司机对烟雾浓度舒适度的评价

当烟雾浓度，透过率（l＝ 100m）和车速不同时，对舒适程度的感觉也不同，表8.2.3是行车速度为40km/h时，司机对舒适水平的主观评价。

表8.2.3 司机对烟雾浓度的舒适度评价

烟雾浓度k（m） 5103 7.0103 9103 12103 1l＝100m处的透过率100(%) 60 50 40 30

舒适水平主观评价 空气清洁 稍有烟雾 舒适度下降 不愉快的环境 （3） 烟雾设计浓度：与光源和车速有关

表8.2.4 车速-路面亮度-烟雾浓度的关系

计算行车速度（km/h） 2路面平均亮度（cd/m） K(m1) 100 9.0 0.0065 80 4.5 0.0070 60 2.5 0.0075 40 1.5 0.0090  当烟雾浓度达到0.012 1/m时，应考虑采取交通管制等措施；  隧道内进行养护维修时，烟雾浓度不大于0.0035 1/m 4、其他有害物质

（1） 氮氧化物：柴油机主要排放的有害物质，据调查，平均浓度为

20mg/m3(接触45分钟)，只有少数人出现不适感，当平均浓度为55mg/m3，全部人员有不适感；

（2） 丙烯醛：是一种无色挥发性液体，对眼睛和呼吸道粘膜有剧烈刺

激作用，如流泪等；

（3） 二氧化硫：为具有强烈幸辣刺激性气味的气体，进入呼吸道后形

成硫酸和亚硫酸，被气管吸收引起各种炎症。 （4） 这些有害物质的含量与CO和烟雾含量相比较小。

8.3 需风量计算

1、按稀释CO浓度计算新风量 （1） 计算方法

 通风设计中，车辆有害气体排放量及与之对应的交通量都应有明确的远景设计年限，两者应相匹配；

 确定新风量时，应对计算行车速度以下的各工况车速按20km/h为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态取其较大者作为设计需风量；  在双向交通隧道中，上坡较长方向的交通量按设计交通量的60%进行计算；

 首先计算汽车排放量，然后计算稀释到容许浓度所需新风量。 （2） CO的排放量计算

QCOn1qffffL(Nmfm) （8.3.1） 6COadhiv3.610m1其中： QCO是隧道全长CO排放量(m3/s)；

qCO是CO基准排放量(m3/辆km)，可取0.01；

fa为考虑CO的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二、三、四级公路取1.1~1.2；

fd是车密度系数，与车速有关，按表8.6取值；

fh是考虑CO的海拔高度系数，按图8.3.1取值；

； Nm为相应车型的设计交通量（辆/h）

fm为考虑CO的车型系数，按表8-7取值； fiv为考虑CO的纵坡-车速系数，按表8.8取值；

n为车型类别数。

L为隧道长度，m

（3） 稀释CO到容许浓度的新风量计算

Qreq(CO)QCOp0T106 （8.3.2）

pT0式中： Qreq(CO)为隧道全长稀释CO的需风量（(m3/s)）；

p0标准大气压(kN/m2)，取101.325kN/m2；

p是隧址设计气压(kN/m2)；

T0是标准气温(K)，取273；

T为隧道夏季的设计气温(K)。

是CO设计浓度。

2、按稀释烟雾浓度计算新风量

烟雾排放量是以柴油车作为计算依据，当交通流组成柴油车比例大到某一限度以后，烟雾危害超过CO危害，因此，根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问题。

（1） 烟雾排放量计算

烟雾排放量按下式计算：

nD1QVIqffff(Nmfm(VI)) （8.3.3） 6VIa(VI)dh(VI)IV(VI)3.610m1其中：QVI是隧道全长烟雾排放量（m/s）；

3qVI为烟雾基准排放量(m3/辆km)，可取2.5(m3/辆km)；

fa(VI)为考虑烟雾的车况系数，对高速公路、一级公路取1.0，对二、三、四级公路取1.2~1.5；fh(VI)是考虑烟雾的海拔高度系数，按图8.3.2取值； fIV(VI)为考虑烟雾的纵坡-车速系数，按表8.3.4取值；

fm(VI)是考虑烟雾的车型系数，按表8.3.5取值； nD是柴油车车型类别系数；

（2） 稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计算

所需新鲜风量按下式计算：

Qreq(VI)QVI （8.3.4） KQreq(VI)为隧道全长稀释烟雾的需风量（m3/s）；

K为烟雾设计浓度（m1）。

8.4 通风方式及其选择

1、概述 （1） 通风方式

 自然通风：自然风（不稳定） 交通风（活塞风）  机械通风：纵向通风、横向通风、半横向通风、组合通风 （2） 如何选择通风方式  确定所需风量  考虑自然通风是否满足  选择通风方式

（3） 通风方式选择与多种因素有关

 隧道类型：山岭隧道、城市隧道、水底隧道  交通量：近期、远期、某年限的交通量  经济问题：考虑工程费、维修费和养护费  地质条件：大断面开挖的可行性 2、自然通风

（1）自然风压阻力

目前还没有可靠的计算自然通风的隧道最大容许长度的一般算式。在隧道内引起的总压头，可由下式计算：

pm(1erL2)vn （8.4.1） Dr2pm是自然风阻力（N/m2）；

e为隧道入口损失系数，可取0.6； r是隧道壁面摩阻损失系数；0.02

L是隧道长度；

vn是自然风作用引起的洞内风速（m/s），可取2~3m/s； 为空气密度（kg/m3），可取1.2；

Dr4Ar为隧道断面当量直径，Ar为隧道净空断面积，Cr为隧道断面周长。 Cr（2）交通风压阻力

交通通风力可按下式计算：

ptAmAn(vt()vr)2mn(vt()vr)2 （8.4.4） Ar2Ar2其中：pt是交通通风力；n是隧道内与vr同向的车辆数；n为隧道内与vr反向的车辆数；

vr是隧道设计风速m／s；vt()为与vr同向的各工况车速；vt()为与vr反向的各工况车速；Am为汽车等效阻抗面积（汽车正投影面积）。

（3）通风阻抗力

通风阻抗力可按下式计算：

pr(1er2L2)vr （8.4.5） Dr2式中：pr是通风阻抗力（N/m）。vr是隧道设计风速m／s；

由上所述，自然风方向，隧道内的风向以及交通方向之间可以有不同的组合方式。 （4） 隧道内压力平衡条件

prpmptpj

pj为射流风机群总升压力（N/m2）

（5） 射流风机所需台数计算

在满足隧道设计风速条件下，射流风机台数为：

iprpmpt

pj2jpj为每台射流风机升压力：pjvAjAr(1vr) vjAj是射流风机出口面积；vj是射流风机出口速度；射流风机位置摩阻损失折减系数；

3、是否设置通风机的经验判定

（1） 双向交通隧道

LN6105（双向交通） （8.4.2）

（2） 单向交通隧道

LN20105（单向交通） （8.4.3）

式中：L为隧道长度（m）；N为设计交通量（辆/h）。

4、纵向通风

（1） 射流式通风：在车道空间上方吊设射流风机，用以升压； （2） 有竖井的纵向式通风：

5、横向通风

（1） 半横向通风

半横向式通风，可使隧道内的污染浓度，大体上接近一致。送风式半横向通风是半横向通风的标准型式，新鲜空气经送风管直接吹向汽车的排气孔高度附近，对排气直接稀释，这对后续车很有利。污染空气是在隧道上部扩散，经过两端洞门排出洞外。 （2） 全横向通风

这种通风方式同时设置送风管道和排风管道，隧道内基本上不产生沿纵向流动的风，只有横方向的风流动。 （3） 混合式通风

6、通风方式的选择

（1） 影响因素：隧道长度、交通条件、地质条件、气象条件 （2） 选择原则：应综合考虑各种因素，以适用、经济为原则。

第9章 隧道照明

9.1 概述

1、隧道照明的目的：把必要的视觉信息传递给司机，保证行车安全。 2、人对光强变化的视觉问题

（1） 人的视觉：光入射人眼后产生的各种视觉

 光觉—明暗  形觉—物体形状  色觉—颜色  动觉—物体运动  立体觉—远近

 深度觉—深浅 （2） 白天进洞 （3） 白天出洞 3、我国隧道照明状况 9.2 隧道照明基础 1、光的度量

（1） 光通量 什么是光通量？

KmeVd380780 （流明）

（9.2.1）

式中：Km——最大光谱光效能，683 lm／w； V（λ）——明视觉光谱光效率；

e——光谱辐射通量，即在给定波长为λ的附近无限小范围内，

单位时间内发出辐射能量的平均值，单位为W／nm。辐射通量也称辐射功率； φ——光通量，lm。

（2） 发光强度 什么是发光强度？ 光通量的角密度

Id cd 坎德拉 （9.2.2） d

若光源辐射的光通量Φ是均匀的，则在立体角ω内的平均光强I为：

I （9.2.3）

（3） 照度 什么是照度？被照面上光通量的面积

密度

照度是用来表示被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积dA，入射的光通为dΦ，则照度E为：

Ed （9.2.5） dA

（4） 亮度 什么是亮度？

LIIA'Acos （9.2.11） 太阳的亮度：1.6109cd/m2 荧光灯：(0.5~1.5)104cd/m2 2、司机的视觉 （1） 视野：人眼的视野较广，大约100度范围，上约50、下约75度 （2） 视觉：视网膜上分布着两种感光细胞，锥状体和杆状体细胞，根据光强度不同进行工作。 （3） 司机注视范围 1.5m60m司机注视范围长约100m对应的视角100m1 （4） 司机的看视条件 隧道内司机的看视条件有哪些？  路面平均亮度  路面亮度均匀度  物体的亮度  物体与背景的对比度

 观察物体的有效时间  旋光程度

3、影响视觉的主要因素 影响司机视觉有哪些主要因素？ （1）适宜的亮度 （2）对象大小

（3）对象和背景的亮度对比 （4）颜色对比 （5）环境亮度 （6）能见度 （7）观察时间长短 9.3 道路照明质量

1、路面平均亮度 隧道路面照明质量有哪些要求？ 2、路面亮度均匀度 什么是视觉诱导性和光学诱导性？ 3、旋光 什么是墙效应？ 4、诱导性 9.4 隧道亮度曲线

1、隧道照明区段划分 隧道照明区段划分哪些？

长隧道照明基本上可以按接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段五个区段划分；

隧道照明的任务是：不间断地为司机获得足够视觉信息提供照明条件

什么是黑洞效应？ 亮度变化速率太快，眼睛适应迟缓。

2、隧道亮度曲线 什么是隧道亮度曲线？

沿道路轴线司机在白天所需要的路面亮度变化曲线；

10000800040001000L1m )亮度(cd/2L2500100隧道入口3010L3至入口距离(m)

9.5 隧道照明设计 隧道照明设计的主要内容有哪些？ 1、确定光源和照明器 2、照度计算 3、灯具布置方案 4、电源及配电方式

第10章 隧道施工

10.1 概述

1、隧道施工的特点

（1） 全部为隐蔽工程，地质和水文十分重要；

（2） 隧道结构为一扁平结构物，施工工作面少，工期长； （3） 施工环境差，应采取有效措施加以改善； （4） 工程施工不受季节变换及气候变化的影响； 2、隧道施工应遵循的基本精神

少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭

3、隧道施工方法及其选择 （1） 隧道施工方法

 矿山法：传统方法、新奥法（钻暴法）  掘进机法：TBM法、盾构法

 明挖法：浅埋隧道，先开挖，做隧道结构后填土的方法；  沉管法：  顶管法

（2） 施工方法选择需要考虑的因素  工程的重要性  地质和水文条件  施工技术和设备条件  投资效益  施工安全状况

 环境污染及地面沉降要求等 4、隧道施工技术的发展

（1）加强施工中地质勘探工作 （2）加快隧道施工机械化 （3）加强隧道施工新技术研究 （4）加强隧道施工现代化管理 10.2 新奥法施工

1、全断面开挖方法：按隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法 （1） 开挖施工程序

 钻眼、装药  爆破、开挖

 清除危石、安设锚杆及喷射第一层混凝土  出渣  边墙支护  必要的二次支护  下一循环 （2） 优点

 工序少  干扰少

 工作空间大，大型机械方便运转  进度快 （3） 注意的问题

 搞清开挖面前方的地质情况  充分发挥施工机械效率

 保证施工环境良好、通风  施工人员对新奥法思想的理解 2、台阶法

（1） 长台阶法：5L 上下可同时进行 （2） 短台阶法：1.5L~L

（3） 超短台阶法：L只能采取交替作业 （4） 台阶法开挖应注意

 下半断面开挖应在上半断面开挖初支护基本稳定后进行  下半边墙开挖后应及时喷射混凝土，按规定做初支护  量测工作及时，观察顶、中、底部位的位移，及时支护 3、分部开挖法 （1） 台阶分部开挖 （2） 单侧壁导坑法 （3） 双侧壁导坑法

4、施工中可能出现的问题及对策

p228表10-1，是人们长期生产实践的总结 10.3 不良地质条件下的隧道施工 1、概述

（1） 隧道施工中的不良地质类型

 溶洞  断层  松散地层

 流沙  黄土  膨胀土围岩  岩暴  瓦斯地层

（2） 开挖和支护过程中可能造成的危害

 土石坍塌  隧道支撑变形  衬砌结构断裂  严重影响施工进度  瓦斯地层会威胁施工安全 （3） 不良地质地段隧道施工原则

先治水、弱爆破、短开挖、早衬砌、勤量测、强支护，稳步推进原则 2、溶洞

（1） 什么是溶洞？岩溶水的溶蚀作用为主，石灰岩、石膏及白云岩等 （2） 隧道开挖遇到溶洞的处理方法：

 查明溶洞分布范围及性质  常用处理方法：引、堵、越、绕 3、塌方

（1） 塌方的主要原因

 自然因素：地质情况、受力状态、地下水变化  认为因素：设计不周、施工方法不当

（2） 预防塌方的措施

 合理选择施工方法  加强塌方预测---观察和测量  加强初期支护 （3） 隧道塌方的处理

 详细观测塌方范围、形状、水情况及地质等  先加固未塌方地段，以防继续发展；  加强防排水工作；  塌方地段衬砌加强；  塌方后加设量测点； 4、松散地层 （1） 超前支护 （2） 超前小导管预注浆 （3） 降水、堵水 5、膨胀土围岩 （1） 膨胀土围岩特性

 超固结性，开挖产生卸荷膨胀；  吸水膨胀，失水收缩；  天然状态下的高强度特性； （2） 对施工的危害

 开挖产生膨胀；  坑道下沉；

 膨胀突出和坍塌；  底鼓；  衬砌变形破坏 （3） 施工特点

 加强调查、测量围岩压力及流变  合理选择施工方法  防止围岩湿度变化  合理进行围岩支护 6、岩暴

（1） 岩暴的产生条件：地层岩性条件和地应力大小是岩暴与否的决定

性因素；或岩体内是否储存足够应变能，是否具有释放应变能的条件； （2） 岩暴的特点

 岩暴未发生前无明显征兆，有时会发出响声，但不吊块；  岩暴时岩块从洞壁围岩母体弹出，呈中厚边薄块状；  岩暴发生位置多在新开挖工作面及其附近； （3） 岩暴防止措施

 强化围岩  弱化围岩

7、瓦斯地层

（1）瓦斯的性质：

 无色无味，与碳化氢、硫化氢混合产生的一种类似苹果香味气体；  瓦斯不自燃，但极易燃烧

（2）瓦斯放出类型：渗出、喷出、突然喷出 （3）防止瓦斯事故的措施

 制定探测方法和稀释方法  宜采用全断面开挖  加强通风是有效方法