摘要:近年來,隨着交通系統的飛速發展,爲了更多的行車便利隧道的使用也日益普及,爲了確保行車的安全,隧道的通風系統也變得至關重要.本文從交通量、隧道長度並結合地形、隧道周圍環境一系列條件來選用各種合適的通風系統, 以使隧道內有害氣體濃度及可見度達到要求.使行車安全得到保障.
關鍵詞:交通工程;隧道通風;系統選擇
1前言
公路隧道內對人體有害的氣體，來自汽車排出的廢氣，其主要成份有:一氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物、醛類、有機化合物等，其中一氧化碳危害最大。因此，一氧化碳做爲有害物的主要指標。此外，由於車輛產生的煙霧及汽車行駛揚起的灰塵，造成隧道內可見度降低。隧道通風的目的，就是用新鮮空氣來稀釋隧道內汽車排出的廢氣，降低有害物質的濃度，並達到所要求的可見度，從而保證人體健康和車輛行駛安全。隧道通風系統應結合交通量、隧道長度、氣象、地形、環境等因素，同時兼顧供電照明、通信監控、事故、火災、工程造價和維修保養費用綜合考慮。
2容許濃度與可見度
2.1有害氣體的計算
根據上海有關部門的研究，一氧化碳產生量的計算公式爲:
式中:
A-----汽油含碳量(重量比)，一般取A=0.855;
E—汽車每公里耗油量((kg/km) ;
Vo一一廢氣中一氧化碳所佔的體積百分數;
Vco;一廢氣中二氧化碳所佔的體積百分數;
Pco一一輛汽車行駛1 km的一氧化碳產生量(耐m3/輛).
日本用Pco=0.315f(L/輛·km)計算一氧化碳產生量，可作參考。該式中Pco爲一輛汽車行駛1 km產生一氧化碳的平均值;f爲燃料消耗率，f=0.105L/輛·km。此外，汽車一氧化碳產生量還與發動機的類型、汽車保養程度、車速、道路狀況、坡度和駕駛技術等有關，如根據國際道路會議常設協會(PLARC)資料，坡度爲5%時，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(車速爲30km/h)增加160%.
2.2容許濃度與可見度要求
2.2.1隧道內一氧化碳(CO)容許濃度
(1)隧道內工作人員長期停留的工作間、休息室和控制室等爲24ppm.
(2)正常營運時爲150ppm..
(3)發生事故時，短時間(15min)以內爲250ppm.
2.2.2隧道內煙塵容許濃度
(1)高速公路，一、二級公路隧道爲75%.
(2)三、四級公路隧道爲90%.
2.2.3可見度要求
在路面平均照度30勒克斯情況下，光透過率:=65%，即隧道內稍有薄霧，視力1.5者在75m距離內看車和人清楚，視力0.7者在50m距離內看車清楚，隧道內有舒適感。
日本規定:在平坦的隧道內，車速爲40一60km/h，正常情況下，一氧化碳及塵煙濃度標準見表1.
歐洲和美國的標準是l00ppm,在第13屆國際道路會議上，曾建議在正常交通狀態下，一氧化碳濃度爲70一100ppm,當發生交通阻塞時，在 15min內允許達到250ppm。可見，我國的標準有點偏低，隨着高等級公路隧道的發展及交通量的增加，建議一氧化碳容許濃度不超過l00ppm爲宜。
3通風量和風壓
隧道內所需通風量，應根據稀釋隧道內空氣中的有害物濃度達到允許濃度時所需的新鮮空氣量來確定。對於一氧化碳和塵煙，以稀釋二者達到容許濃度所需的通風量，取其大者爲設計通風量。
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<<公路隧道設計規範>>.
日本採用的計算方法是,在平坦隧道,行車速度爲40~60km/h時:
4通風方式的選擇
目前各國公路隧道通風方式的選擇，主要根據隧道長度和交通量大小來確定。一般隧道長度在200m以下甚至200~300m時，在一定的交通量以下，可採用自然通風。當LN>600時，採用機械通風，式中L爲隧道長度(km), N爲隧道高峯小時交通量(輛/h).
根據空氣在車道空間流動的方向，機械通風的方式可分爲:縱向通風、橫向通風、半橫向流人通風和半橫向流出通風。
4.1縱向通風
縱向通風系統即利用隧道作通風道，一端送風，另一端排風，或兩端進風，中間豎井排風。由熱壓、風壓和洞門附近的大氣壓產生的.局部壓力差稱爲自然壓力差，以Pe表示，自然壓力差對縱向通風系統影響最大，可能嚴重阻礙氣流，甚至會使氣流倒流。因此，縱向通風系統必須安裝自動操縱換向裝置。透過豎井進出風的縱向通風系統，在有壓力差的情況下，不能全靠提高通風機壓力或使氣流換向，必須增加空氣總用量L。對通風機從隧道較長支路一側產生的氣流來說，如圖2，自然壓力差Pe的反作用將是不利的。這條長度爲lt的支路，其阻力與Pe之和將等於長度爲12的另一條支路的阻力:
Pe+kl1L21=kl2(L-L1)2
式中:
k-單位長度隧道氣動阻力系數;
L1支路l1稀釋有害物質所需用的空氣量.
L1=(ql1)/Cm
式中q-單位長度隧道內有害物質的排放強度(假定有害物質排放均勻分佈,下同)
Cm—隧道空氣中有害氣體的容許濃度。
由此得:
沿較長支路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起向右或向左計算.
4.2橫向通風
橫向通風是沿隧道均勻地抽出和輸入等量空氣，在整個隧道上不會產生壓力差.因此，自然壓力差附加到橫向壓力上並不會影響空氣的軸向對流，也就不會降低通風效果.
設汽車排出的廢氣爲q並均勻地分佈在隧道全長上，則橫斷面x和(x+△x)之間有害物質的平衡方程式爲:
Cx Le + q·△x=(Cx+△C)·Le+ (Cx + △C)Lb △x
式中:
Le—在自然壓力差作用下進人隧道的軸向氣流;
△C—△x區段上有害物質濃度的增值;
Lh—無風時通風系統產生的隧道單位長度的橫向氣流.