隧道通风照明设计

第五章 隧道通风照明设计

5.1 隧道通风设计

在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。

黄土梁隧道通风设计主要考虑以下因素：

（1）隧道长度及线形，麻涯子隧道右线总长为1227m ，风阻力大，自然风量小。

（2）交通量：麻涯子隧道为高速公路隧道，车流量大，为2400 辆/h ，且主要为中型货车和大型客车。

（3）隧道内交通事故、火灾等非常情况。 （4）隧道工程造价的维修保养费用等。

根据《公路隧道通风照明规范》，本隧道通风应满足下列要求：

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

（2）风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放均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改变时，应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。

（4）隧道运营通风的主流方向不应频繁变化。 （5）CO 允许浓度

正常状态：290ppm δ=;阻滞状态：300ppm δ=。 5.1.1 通风方式的确定

右线隧道长度：1227m ；

交通量：2400辆/h ，单向交通隧道；

6612272400 2.944810210LN =?=?>?

故采用机械通风，纵向射流式通风方式。

5.1.2 需风量计算

麻涯子隧道通风设计基本参数：

道路等级：高速公路，分离式单向双车道（计算单洞） 行车速度：80km/h 空气密度：31.2/kg m ρ=

隧道起止桩号、长度、纵坡和平均海拔高度：

右线桩号：K121+388~K122+615，长1227m ；纵坡：全线为2.5%的上坡；隧道的平均海拔高度H=294m 。

隧道断面面积：276.873Ar m = 隧道当量直径：

4476.873

=9.6231.95

Dr m ??=

=车道空间断面面积同一面积的周边长

设计交通量：2400辆/h 交通量组成：

隧道内平均温度：20m t C =? （1）CO 排放量

① CO 基准排放量： 30.01/km co q m =辆 ② 考虑CO 的车况系数为： 1.0a f =

③ 根据规范，分别考虑工况车速100km/h ，80km/h ，60km/h ，40km/h ，20km/h

和10km/h （阻滞条件下）的速度修正系数iv f 和车密度修正系数d f 如表5.2所示：

表5.2 不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值表

④ 考虑CO 的海拔高度修正系数：1h f = ⑤ 考虑CO 的车型系数如下表：

⑥ 计算各工况下全隧道CO 排放量：

6

1

1

()3.610n

CO

co a d h iv m

m m Q q f f f f L N

f ==?∑

1

()=++++.5122+n

m

m m N

f =???∑（4822111635）125302

=2661 当v=80km/h 时

6

1

0.01 1.00.75 1.2122726613.610

CO Q =

??????? 30.008

2/m s = 其他工况车速下CO 的排放量用同样的方法计算，得出计算结果如表5.4：

表5.4 各工况车速下CO 的排放量

⑦ 最大CO 排放量：由上述计算可以看出，在工况车速为20km/h 时，CO 排放量最大，为30.0272/CO Q m s =。

（2）稀释CO 的需风量

① 根据规范要求，CO 设计浓度为：正常行驶290ppm δ=，发生事故时（20min ）300ppm δ=

② 隧道设计温度m t =20℃，换算成绝对温度T=273+20=293K ③ 隧道大气压无实测值，按下式计算：

9.8294287293

0101325104860.736gh RT

P P e

e

kPa ??=?=?=

④ 稀释CO 的需风量：

60()0

10CO rep CO Q p T

O p T δ=

?

代入数值得：

6()0.0272101325293

(

)10300104861273

rep CO O =??? 3

94..0

3/m s = （3）烟雾排放量

① 取烟雾基准排放量为：32.5/VI q m =?辆km ② 考虑烟雾的车况系数： 1.0a f =

③ 根据规范，分别考虑工况车速100km/h ，80km/h ，60km/h ，40km/h ，20km/h 和10km/h （阻滞条件下）的速度修正系数iv f 和车密度修正系数d f 及不同车速下的烟雾设计浓度K 如表5.5所示：

表5.5 不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值表

④ 柴油车交通量如下：

柴油车：大客车221，中货车302，大货车163，拖挂车5 ⑤ 考虑烟雾的海拔高度修正系数：

()1h VI f =

⑥ 考虑烟雾的车型系数如表5.6所示：

表5.6 考虑烟雾的车型系数表

⑦ 计算各工况下全隧道的烟雾排放量：

()()()()()6

1

1

()3.610n

VI VI a VI d VI h VI iv VI m

m VI m Q q f f f f L

N

f ==??∑

代入相关数值得：

6

1

2.5 1.0 1.220.612271326

3.610

VI Q =

??????? 31.42

5/m s = 其他工况下的烟雾排放量如用同样的方法计算，计算结果列入表5.7：

表5.7 各工况车速下的烟雾排放量

（4）稀释烟雾的需风量为：

()VI

rep VI Q O K

=

式中：K ——烟雾的设计浓度；

代入相关数值，并将计算结果列入表5.8：

表5.8 各工况车速下稀释烟雾的需风量

由上表可以看出工况车速为10km/h （阻滞条件）时，需风量最大，为4083/m s 。

（5）稀释空气内异味的需风量 取每小时换气次数为5次，则有：

3()76.8731227

5131/3600

r rep A L O n m s t ?=

?=?=异 由此可以看出，本隧道通风量由稀释烟雾的需风量决定，为3408/rep O m s =。 5.1.3 通风计算

408.0

5.3/7

6.873

r V m s =

=

2.78/t V m s = 2.8/n V m s = 通风阻抗力：

2

(1)2

r e r

r r L P V D ρζλ?=++ 式中：e ζ——隧道入口阻力系数，取0.6； r λ——隧道墙面摩阻损失系数，取0.02。 代入相关数值得：

21000 1.2

(10.60.02) 5.39.622

r P ?=++?

?? 62Pa = 自然风阻力：

2(1)2

m e r

n r L P V D ρζλ?=++

式中：n V ——自然通风引起的隧道内平均风速，取2.8m/s 。 代入数值得：

21000 1.2

(10.60.02) 2.89.622

m P ?=++?

?? 17.31Pa = 交通风风力：

2()2

m t t r r A P n v v A ρ

?=

- 式中：24001227

147360023600 2.78

t N L n v ?=

==??辆

1111(1)m cs cs c c A r A r A ξξ=-+

其中：cs A ——小型车正面投影面积，取2.13m 2；

cs ξ——小型车空气阻力系数，取0.5；

1c A ——大型车正面投影面积，取5.37m 2；

1c ξ——大型车空气阻力系数，取1.0；

1r ——大型车混入率，本隧道中大车混入率为56%。 代入公式得：

2(10.56) 2.130.50.56 1.0 5.37 3.4758m A m =-??+??=

2

3.4758 1.2147 2.78-5.376.8732

t P ?=

???（） =25.3Pa

因此，隧道内所需的升压力为：

6217.3125.3r n t P P P P ?=?+?-?=+-

54.0

1Pa = （3）900型射流风机所需台数

900型射流风机每台的升压力j P ?计算：

2(1)j j P ρνη?=Φ-ψ

式中：η——射流式通风机安装位置摩阻损失折减系数，本隧道取0.87；

0.636

0.636,0.008376.873

j j r

A A A =Φ=

=

=；

5.325/,0.2125

r j j m s ννν=ψ=

==。 代入得：

21.2250.0083(10.21)0.87 4.28j P Pa ?=???-?=

故：54.01

12.6134.28

j P i P ?=

==?（台）取台 合计需要13台900型风机，按每组2台布置，可布置7组共14台，具有一定的安全储备。 5.1.4 风机设置

选用900型射流风机，按每组2台布置，布置7组共14台，每组风机间距为200m 。

5.2 隧道照明设计

隧道照明是消除隧道内驾驶所引起的各种视觉问题的主要方法。由于隧道照明不分昼夜，电光照明消耗费用较高，因此，必须科学的设计隧道照明系统，充分利用人的视觉能力，使隧道照明系统安全可靠，经济合理。

黄土梁隧道大致为东西走向，隧道左右线分别设置洞外和洞内照明，洞外照明为接近段，洞内照明为：入口段、过渡段、中间段和出口段，照明计算以照明灯具的资料为基础数据，并考虑了隧道内采用水泥混凝土路面为计算条件。 5.2.1 洞外接近段照明

在照明设计中，车速与洞外亮度是两个主要的基准值，本隧道设计车速为100km/h ，洞外亮度参照规范取50002/cd m 。在洞口土建完成时，应采用黑度法进行懂外亮度实测。实测值与设计值的误差如超出±25%，应调整照明系统的设计。

接近段长度取洞外一个照明停车视距D s ，对于纵坡为0.7%，设计时速为

100km/h ，取D s =155m 。因此接近段长度取155m ，接近段位于隧道洞外，其亮度来自洞外的自然条件，无需人工照明。 5.2.2 洞内照明

（1）入口段

入口段的照明亮度th L 计算：

20()th s L k L =

式中：2cd th L ——入口段亮度（/m ）;

k ——入口段亮度折减系数，本隧道按规范取值为0.045；

20()s L ——洞外亮度，本隧道设计为5000cd/m 2。

代入数值得：

20.0455000225/th L cd m =?=

入口段长度th D 计算：

1.5

1.154tan10th s h D D -=-

?

式中：th D ——入口段长度；

s D ——照明停车视距，本隧道按规范取值为155m ； h ——洞口内净空高度，本隧道设计为7.3m 。

代入数值得：

7.3 1.5

1.154155145.36tan10th D m -=?-

=?

入口段照明由基本照明和加强照明两部分组成，基本照明灯具布置与中间段相同，同样选用功率为150W 的夜灯（兼紧急照明，UPS 供电），灯具对称排列布置，加强照明由功率400W 的加强灯组成，间距为1m ，入口段灯具从洞口以内10m 开始布置。

（2）过渡段

在隧道照明中，介于入口段与中间段之间的照明区段称为过渡段。其任务是解决从入口段高亮度到中间段低亮度的剧烈变化给司机造成的不适应现象，使之能有充分的适应时间。过渡段由123,,TR TR TR 三个照明段组成，各段照明要求和

设计如下：

①1TR 过渡段亮度计算：

210.30.322567.5/tr th L L cd m ==?=

基本照明与中间段相同，加强照明由250W 功率的加强等间距2m 对称排列布置，1TR 过渡段长度根据规范取1tr D =106m 。

②2TR 过渡段亮度计算：

220.10.122522.5/tr th L L cd m ==?=

基本照明与中间段相同，加强照明由功率为250W 的加强灯组成，对称排列布置，间距8m ，均匀布置在基本照明之间，其长度按规范中规定取2111tr D m =。

③3TR 过渡段亮度计算：

230.0350.0352257.875/tr th L L cd m ==?=

采用基本照明，不设加强照明，本段长度根据规范取3167tr D m =。 （3）出口段

本隧道为单向交通隧道，设置出口照明段，出口段长度取60m ，亮度取中间段亮度的5倍。基本照明设置与中间段相同，加强照明为功率400W 的加强灯，设置数量与基本照明灯相同。

（4）中间段

中间段的照明任务是保证停车视距，中间段的照明水平与空气透过率、行车速度以及交通量等因素有关。

根据《公路隧道通风照明设计规范》，中间段照明为9.0cd/m 2，中间段的照明选用功率150W 的夜灯（兼紧急照明，UPS 供电），灯具对称排列布置，灯具横向安装范围为行车道左右5.5m 处，安装高度为5.1m ，纵向间距6m ，灯具纵向与路面保持水平，横向倾角为10°。

（5）洞外引洞照明

隧道洞外引道布灯长度与路面亮度按规范，长度取180m ，路面亮度取2.0cd/m 2，因此光源考虑采用150W 高压钠灯，灯具间距为8m 。

5.2.3 照明计算

中间段照明计算：

（1）路面平均水平照度计算：

0.4150000.72

155.5696

av M N

E lx W S

ηΦ???=

=

=?

表5.9 中间段照明计算表

（2）路面亮度计算：

根据《功率隧道通风照明设计规范》可知，水泥混凝土路面，平均亮度和平均照度之间的关系可按下式计算：

(10~13)

av

av E L =

本设计取换算系数为12，代入上式得：

22155.56

12.96/9/12

av L cd m cd m =

=> 满足规范要求。 入口段照明计算：

本段照明由基本照明和加强照明组成，基本照明的照度和亮度与中间段相同，加强段照明见表5.10：

表5.10 入口段照明计算表

用上述方法可计算加强照明对路面平均水平照度为：

0.4400000.72

2488.8991

av M N

E lx W S

ηΦ???=

=

=?

路面亮度为：

22488.89

207.41/12

av

L cd m '== 基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：

22207.4112.96220.37/202.5/av L cd m cd m =+=>

满足规范要求。 过渡段照明计算： （1）1TR 段照明计算：

与入口照明计算方法相同，基本照明段与中间段相同，加强段照明计算资料见表5.11：

表5.11 过渡段1TR 照明计算表

用上述方法可计算加强照明对路面平均水平照度为：

0.4250000.72

777.78993

av M N

E lx W S

ηΦ???=

=

=?

路面亮度为：

2777.78

64.81/12

av

L cd m '== 基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：

2264.8112.9677.77/60.75/av L cd m cd m =+=>

满足规范要求。

（2）2TR 段照明计算：

与入口照明计算方法相同，基本照明段与中间段相同，加强段照明计算资料见表5.12：

表5.12 过渡段2TR 照明计算表

用上述方法可计算加强照明对路面平均水平照度为：

0.4250000.72

194.4498

av M N

E lx W S

ηΦ???=

=

=?

路面亮度为：

2194.44

16.20/12

av

L cd m '== 基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：

2216.2012.9629.16/20.25/av L cd m cd m =+=>

满足规范要求。

（3）3TR 照明计算：由中间照明的计算可知本段照明的设置满足要求。 出口段照明计算：

与入口照明计算方法相同，基本照明段与中间段相同，加强段照明计算资料见表5.13：

用上述方法可计算加强照明对路面平均水平照度为：

0.4400000.72

622.2294

av M N

E lx W S

ηΦ???=

=

=?

路面亮度为：

2622.22

51.85/12

av

L cd m '== 基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：

2251.8512.9664.81/45/av L cd m cd m =+=>

满足规范要求。