摘要：近年來(lái)，隨著(zhù)交通系統的飛速發(fā)展，為了更多的行車(chē)便利隧道的使用也日益普及，為了確保行車(chē)的安全，隧道的通風(fēng)系統也變得至關(guān)重要。本文從交通量、隧道長(cháng)度并結合地形、隧道周?chē)�環(huán)境一系列條件來(lái)選用各種合適的通風(fēng)系統， 以使隧道內有害氣體濃度及可見(jiàn)度達到要求。使行車(chē)安全得到保障。

　　關(guān)鍵詞：交通工程；隧道通風(fēng)；系統選擇

　　1、前言

　　公路隧道內對人體有害的氣體，來(lái)自汽車(chē)排出的廢氣，其主要成份有：一氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物、醛類(lèi)、有機化合物等，其中一氧化碳危害最大。因此，一氧化碳做為有害物的主要指標。此外，由于車(chē)輛產(chǎn)生的煙霧及汽車(chē)行駛揚起的灰塵，造成隧道內可見(jiàn)度降低。隧道通風(fēng)的目的，就是用新鮮空氣來(lái)稀釋隧道內汽車(chē)排出的廢氣，降低有害物質(zhì)的濃度，并達到所要求的可見(jiàn)度，從而保證人體健康和車(chē)輛行駛安全。隧道通風(fēng)系統應結合交通量、隧道長(cháng)度、氣象、地形、環(huán)境等因素，同時(shí)兼顧供電照明、通信監控、事故、火災、工程造價(jià)和維修保養費用綜合考慮。

　　2、容許濃度與可見(jiàn)度

　　2.1有害氣體的計算 根據上海有關(guān)部門(mén)的研究，一氧化碳產(chǎn)生量的計算公式為： 式中： A——汽油含碳量（重量比），一般取A=0.855； E—汽車(chē)每公里耗油量（（kg/km） ； Vo一一廢氣中一氧化碳所占的體積百分數； Vco；一廢氣中二氧化碳所占的體積百分數； Pco一一輛汽車(chē)行駛1 km的一氧化碳產(chǎn)生量（耐m3/輛。km）。 日本用Pco=0.315f（L/輛·km）計算一氧化碳產(chǎn)生量，可作參考。該式中Pco為一輛汽車(chē)行駛1 km產(chǎn)生一氧化碳的平均值；f為燃料消耗率，f=0.105L/輛·km.此外，汽車(chē)一氧化碳產(chǎn)生量還與發(fā)動(dòng)機的類(lèi)型、汽車(chē)保養程度、車(chē)速、道路狀況、坡度和駕駛技術(shù)等有關(guān)，如根據國際道路會(huì )議常設協(xié)會(huì )（PLARC）資料，坡度為5%時(shí)，一氧化碳排放量增加5%，一氧化氮排放量增加84%，煙霧排放量（車(chē)速為30km/h）增加160%. 2.2容許濃度與可見(jiàn)度要求

　　2.2.1隧道內一氧化碳（CO）容許濃度

　�。�1）隧道內工作人員長(cháng)期停留的工作間、休息室和控制室等為24ppm.

　�。�2）正常營(yíng)運時(shí)為150ppm……

　�。�3）發(fā)生事故時(shí)，短時(shí)間（15min）以?xún)葹?50ppm.

　　2.2.2隧道內煙塵容許濃度

　�。�1）高速公路，一、二級公路隧道為75%.

　�。�2）三、四級公路隧道為90%.

　　2.2.3可見(jiàn)度要求

　　在路面平均照度30勒克斯情況下，光透過(guò)率：=65%，即隧道內稍有薄霧，視力1.5者在75m距離內看車(chē)和人清楚，視力0.7者在50m距離內看車(chē)清楚，隧道內有舒適感。 日本規定：在平坦的隧道內，車(chē)速為40一60km/h，正常情況下，一氧化碳及塵煙濃度標準。 歐洲和美國的標準是l00ppm，在第13屆國際道路會(huì )議上，曾建議在正常交通狀態(tài)下，一氧化碳濃度為70一100ppm，當發(fā)生交通阻塞時(shí)，在15min內允許達到250ppm.可見(jiàn)，我國的標準有點(diǎn)偏低，隨著(zhù)高等級公路隧道的發(fā)展及交通量的增加，建議一氧化碳容許濃度不超過(guò)l00ppm為宜。

　　3、通風(fēng)量和風(fēng)壓 　　　

　　隧道內所需通風(fēng)量，應根據稀釋隧道內空氣中的有害物濃度達到允許濃度時(shí)所需的新鮮空氣量來(lái)確定。對于一氧化碳和塵煙，以稀釋二者達到容許濃度所需的通風(fēng)量，取其大者為設計通風(fēng)量。 隧道內稀釋一氧化碳所需的新鮮空氣量可按下式計算： 可參閱<<公路隧道設計規范>>. 日本采用的計算方法是，在平坦隧道，行車(chē)速度為40~60km/h時(shí)：

　　4、通風(fēng)方式的選擇

　　目前各國公路隧道通風(fēng)方式的選擇，主要根據隧道長(cháng)度和交通量大小來(lái)確定。一般隧道長(cháng)度在200m以下甚至200~300m時(shí)，在一定的交通量以下，可采用自然通風(fēng)。當LN>600時(shí)，采用機械通風(fēng)，式中L為隧道長(cháng)度（km）， N為隧道高峰小時(shí)交通量（輛/h）。 根據空氣在車(chē)道空間流動(dòng)的方向，機械通風(fēng)的方式可分為：縱向通風(fēng)、橫向通風(fēng)、半橫向流人通風(fēng)和半橫向流出通風(fēng)。機械通風(fēng)方式。

　　4.1縱向通風(fēng)

　　縱向通風(fēng)系統即利用隧道作通風(fēng)道，一端送風(fēng)，另一端排風(fēng)，或兩端進(jìn)風(fēng)，中間豎井排風(fēng)。由熱壓、風(fēng)壓和洞門(mén)附近的大氣壓產(chǎn)生的局部壓力差稱(chēng)為自然壓力差，以Pe表示，自然壓力差對縱向通風(fēng)系統影響最大，可能?chē)乐刈璧K氣流，甚至會(huì )使氣流倒流。因此，縱向通風(fēng)系統必須安裝自動(dòng)操縱換向裝置。通過(guò)豎井進(jìn)出風(fēng)的縱向通風(fēng)系統，在有壓力差的情況下，不能全靠提高通風(fēng)機壓力或使氣流換向，必須增加空氣總用量L.對通風(fēng)機從隧道較長(cháng)支路一側產(chǎn)生的氣流來(lái)說(shuō)，如圖2，自然壓力差Pe的反作用將是不利的。這條長(cháng)度為lt的支路，其阻力與Pe之和將等于長(cháng)度為12的另一條支路的阻力： 圖2縱向通風(fēng) Pe+kl1L21=kl2（L-L1）2 式中： k-單位長(cháng)度隧道氣動(dòng)阻力系數； L1支路l1稀釋有害物質(zhì)所需用的空氣量。 L1=（ql1）/Cm 式中q-單位長(cháng)度隧道內有害物質(zhì)的排放強度（假定有害物質(zhì)排放均勻分布，下同） Cm—隧道空氣中有害氣體的容許濃度。 由此得： 沿較長(cháng)支路I，有害氣體的濃度： Cx=qx/L1 沿較短支路12，有害氣體的濃度： 上述兩式中x的值從豎井與隧道的交點(diǎn)起向右或向左計算。

　　4.2橫向通風(fēng)

　　橫向通風(fēng)是沿隧道均勻地抽出和輸入等量空氣，在整個(gè)隧道上不會(huì )產(chǎn)生壓力差。因此，自然壓力差附加到橫向壓力上并不會(huì )影響空氣的軸向對流，也就不會(huì )降低通風(fēng)效果。 設汽車(chē)排出的廢氣為q并均勻地分布在隧道全長(cháng)上，則橫斷面x和（x+△x）之間有害物質(zhì)的平衡方程式為： Cx Le + q·△x=（Cx+△C）·Le+ （Cx + △C）Lb △x 式中： Le—在自然壓力差作用下進(jìn)人隧道的軸向氣流； △C—△x區段上有害物質(zhì)濃度的增值； Lh—無(wú)風(fēng)時(shí)通風(fēng)系統產(chǎn)生的隧道單位長(cháng)度的橫向氣流。 微分方程為：

　　由此得出： 由上式可以得出如下結論：吹入的軸向氣流Le越強，有害物質(zhì)的濃度就越低；無(wú)論在 隧道的哪一段，有害物質(zhì)都不會(huì )超過(guò)q/Lb值，即不會(huì )超過(guò)無(wú)風(fēng)時(shí)的濃度。

　　4.3半橫向通風(fēng)

　　半橫向流人通風(fēng)的傳統方案如圖4所示。風(fēng)從與隧道平行的平洞或專(zhuān)門(mén)的風(fēng)道進(jìn)人洞內，并沿隧道長(cháng)度均勻供風(fēng)，空氣在洞內的剩余壓力作用下經(jīng)洞門(mén)排出。因此，采用半橫向通風(fēng)時(shí)，隧道內產(chǎn)生軸向氣體氣流，并受到自然壓力差的形響。排出的有害氣體如為均勻分布，則其濃度沿隧道長(cháng)度不變，這時(shí)，空氣總用量可按下面的公式計算： 式中： l-隧道長(cháng)度。 自然壓力差的作用，破壞了氣流的對稱(chēng)性。最不利的自然壓力差值是這樣的：在其作用下空氣既不能從隧道的一個(gè)洞門(mén)排出，又不能流人隧道。這時(shí)，洞內最大的剩余靜壓力為Ht= pe，該壓力值定義為整個(gè)隧道的氣動(dòng)全阻力，注意到Lx=L x/1，則得： 如無(wú)自然壓力差，就應沿隧道長(cháng)度的一半求積分，得： 由此可見(jiàn)，在選擇通風(fēng)機時(shí)，半橫向通風(fēng)系統的自然壓力差可按隧道氣動(dòng)阻力增大8倍的方法進(jìn)行計算。也就是說(shuō)，無(wú)論自然壓力差值多大，為了保證所需的通風(fēng)效果，通風(fēng)機的壓力系數為10%-15%實(shí)際上就足夠了。 半橫向流出通風(fēng)僅能作為一種應急通風(fēng)系統，在發(fā)生火災或其他危急情況時(shí)，將半橫向流人通風(fēng)系統反向，關(guān)閉一部分進(jìn)風(fēng)管道，便得到半橫向流出通風(fēng)系統。在正常情況下，不使用這種通風(fēng)系統。

　　4.4各通風(fēng)系統比較

　　4.4.1縱向通風(fēng)系統

　�。�1）能充分發(fā)揮汽車(chē)活塞風(fēng)作用，所需通風(fēng)量較��；

　�。�2）無(wú)需額外通風(fēng)渠道，隧道斷面小，工程費用低，因而比較經(jīng)濟；

　�。�3）靠近送風(fēng)口空氣新鮮，隨著(zhù)空氣流動(dòng)，距離送風(fēng)口越遠，空氣越不新鮮，污染也就越嚴重，如果要求一氧化碳達到允許濃度，通風(fēng)量必然要加大，新鮮空氣沒(méi)有得到充分利用；

　�。�4）以隧道作通同道（規定氣流速度l0m/s），汽車(chē)司機有不適之感；

　�。�5）由于存在煙囪效應，對控制火災不利，往往需要避車(chē)洞。

　　4.4.2全橫向通風(fēng)系統

　�。�1）隧道全長(cháng)空氣污染程度均勻，新鮮空氣得到充分利用；

　�。�2）隧道縱向無(wú)氣流動(dòng)，駕駛人員無(wú)不舒適感，同時(shí)有利于防火；

　�。�3）隧道長(cháng)度不受限制；

　�。�4）投資及運行費用高。

　　4.4.3半橫向通風(fēng)系統

　�。�1）由于沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的排風(fēng)道，比全橫向系統節省了投資；

　�。�2）利用車(chē)道排風(fēng)，減少了排風(fēng)系統阻力，可降低排風(fēng)機電機容量；

　�。�3）氣流在隧道內呈部分流動(dòng)，對防火不利。 對通風(fēng)方式的選定，除應考慮隧道長(cháng)度和交通條件外，還須結合地形、周?chē)�環(huán)境以及交通停滯或火災等非常情況的適應性和隧道工程費和維修保養費等因素做比較后決定。

　　5、隧道通風(fēng)方式的發(fā)展趨勢

　　公路隧道的各種通風(fēng)方式，對一般隧道傳統適用長(cháng)度界限如下：縱流式通風(fēng)約2000m以下；半橫流式通風(fēng)約3000m以下；橫流式通風(fēng)約2000m以上。由于縱向通風(fēng)顯著(zhù)的經(jīng)濟優(yōu)越性，近年來(lái)在國際上得到日益廣泛的采用，隨著(zhù)射流通風(fēng)技術(shù)的日臻完善，在2km以上的公路隧道中采用縱向通風(fēng)已日益增多，據不完全統計，歐美和日本已有39座2km以上的長(cháng)隧道采用了射流縱向通風(fēng)方式。日本第二新神戶(hù)隧道，全長(cháng)7175m，采用單井吸出式射流縱向通風(fēng)，配以良好的消音、除塵裝置及監控、消防、照明系統，完全達到橫向通風(fēng)的使用要求和安全環(huán)保要求。我國成渝高速公路上的中梁山隧道（左3165m，右3103m），絡(luò )云山隧道（左2528m，右2478m）打破2km限界，大膽變更半橫向通風(fēng)為射流式縱向通風(fēng)，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益；在技術(shù)上也受到國內外專(zhuān)家的充分肯定。在目前國家財力有限的情況下，中長(cháng)距離隧道應積極推廣射流式縱向通風(fēng)方式。 注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。、