三车道公路隧道规划设计通风照明课程设计

1、隧道工程课程设计隧道工程课程设计题目三车道公路隧道规划设计学院专业班级学生姓名学号12月12日至12月16日共1周指导教师（签字）院长（主任）（签字）2016年12月16日目录第1章设计原始资料1.1技术标准及设计标准规范1.2工程概况1.3隧道工程地质概况第2章隧道总体设计5.1纵断面设计5.2横断面设计5.3隧道设置形式设计第3章隧道主体结构构造设计2.1洞门设计2.2衬砌设计第4章隧道通风设计通风方式的确定需风量计算3CO排放量计算3稀释CO的需风量3烟雾排放量计算3稀释烟雾的需风量3稀释空气内异味的需风量3考虑火灾时排烟的需风量通风计算3计算条件3隧道内所需升压力3通风机所需台数3风机

2、布置第5章隧道照明设计洞外接近段照明洞内照明照明计算中间段照明计算入口段照明计算过渡段照明计算出口段照明计算参考文献图纸部分第1章设计原始资料技术标准及设计标准规范主要技术标准(1)隧道按规定的远期交通量设计，采用分离式单向行驶三车道隧道。(2)隧道设计车速，隧道几何线形与净空按100km/h设计，隧道照明设计速度按100km/h设计。主要设计标准规范公路隧道设计规范JTJ026-90;(2)公路隧道通风照明设计规范JTJ026.1-1999;公路工程技术标准JTJ001-97;(4)公路工程抗震设计规范JTJ004-89;(5)锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2001;地下工程防水

3、技术规范GB50108-2001;隧道围岩级别按公路隧道设计规范JTJ026-90。工程概况隧道位于鄂西南褶皱山区，为分离式单向行驶三车道隧道(上下行分离)。隧道左洞桩号：ZK253+182ZK255+350,长2168m。右洞桩号：YK253+162YK255+375,长2213m。设计标高为：进洞口为1120m,出洞口为：1185m。该隧道采用新奥法施工。设计速度：100km/h设计交通量为：2800辆/h。交通量组成为：汽油车：小型客车：31%,小型货车：20%,中型货车：15%柴油车：中型客车：9%,大型客车：18%,大型货车：7%隧道工程地质概况隧道地处鄂西南褶皱山区。总体上地势陡峻

4、，冲沟发育，为构造剥蚀、溶蚀低中山地貌景观。构造剥蚀碎屑岩区属峰丛峡谷低中山地貌，地面标高高程10301570m,相对高程100-500m,地形起伏大，冲沟发育，地形陡峻，山顶呈浑圆状，自然坡度多在2560左右，山脉沿北东走向延伸，山上植被发育较好；山坡较缓，局部陡峻，坡角一般15。40。，冲沟不甚发育，洼地宽阔平缓。隧道处于白果背斜的北西翼、金子山复向斜南东翼，呈现单斜构造特征，依次出露志留系至三迭系地层，地层倾向310330。，进口段倾角为3040。，出口段倾角变缓，约810。断裂构造不发育。碎屑岩中主要发育两组节理裂隙，走向分别为300340及220250,呈闭合状。左洞桩号及地质情况:

5、里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质ZK253+182ZK253+200V18龙马溪组（Sl）强-弱风化页岩夹泥质粉砂岩、粉砂质页岩；裂隙发育，岩石破碎。Vp=0.81.8Km/s,轻度渗水ZK253+200ZK253+500IV300龙马溪组 （SII）灰绿、 黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂岩， 裂隙发育，Vp=2.02.5Km/s。轻度渗水ZK253+500ZK254+000m500龙马溪组（SII）灰绿、黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂岩，岩石节理裂隙不发育，Vp=3.23.8Km/s。胴室干燥ZK254+000ZK254+270270龙马溪组 （SID灰绿、 黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂

6、岩， 裂隙发育，Vp=3.23.8Km/s。轻度渗水ZK254+270ZK254+560m290罗惹坪组（SII）灰绿、黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂岩，岩石节理裂隙不发育，Vp=2.84.0Km/s。胴室干燥ZK254+560ZK254+730w170罗惹坪组（SII）灰绿、黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂岩，岩石节理裂隙发育，Vp=3.23.8Km/s。轻度渗水ZK254+730ZK255+160m430志留系纱帽组页岩、粉砂岩，岩石节理裂隙不发育，Vp=3.44.0Km/s。胴室干燥ZK255+160IV190大冶如第二段（Tid3、薄昆土中度层幺用星彳的星加岩轻度渗水ZK255+35yv1口-4

7、52X106所以采用机械通风，纵向射流式通风方式。需风量计算隧道通风设计基本参数:道路等级：高速公路，分离式单向3车道（计算单洞）行车速度：100km/h空气密度：p=1.2kg/m3设计交通量：2800辆/h隧道内平均气温：20C；设计标高：进洞口1120m,出洞口1185m隧道断面积：Ar=107.5m2交通量组成为：汽油车：小型客车：31%,小型货车：20%,中型货车：15%柴油车：中型客车：9%,大型客车：18%,大型货车：7%CO排放量计算取CO基准排放量为：qco=0.01m3/辆km考虑CO的车况系数为：fa=1.0依据规范，分别考虑工况车速100km/h,80km/h,60km

8、/h,40km/h,20km/h,10km/h（阻滞），不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如表所不:工况车速（km/h）1008060402010fivi=3%1.41.21.01.01.00.8fd0.60.751.01.53.06.0考虑CO的海拔高度修正系数平均海拔高度：h=(1120+1185)/2=1152.5m。,1152.5400、10.9()1600考虑CO的车型系数如表:考虑CO的车型系数表:车型各种柴油车汽油车小客车旅行车、轻型货车中型货车大型货车fm112.557交通量分解:1.423汽油车：小型客车868,小型货车560,中型货车420柴油车：中型客车2

9、52,大型客车504,大型货车196计算各工况下全隧道CO排放量：0.139611590627320.6104.2.3烟雾排放量计算取烟雾基准排放量为：qVI=2.5m3/辆km考虑烟雾的车况系数为：fa(VI)=1.0依据规范，分别考虑工况车速100km/h,80km/h,60km/h,40km/h,20km/hQco=13.6106nqco-fa,fd,fh,fiv,L.m1(Nmfm)当V=100km/h时,Qco=3.6份X0.01X1X0.6X1.423X1.4X2213X(252+504+196+868)X1+560X2.5+420X5=0.0391工况车速(km/h)100806

10、0402010CO量(m3/s)0.03910.04190.04650.06980.13960.1009Qco=3606*0.01*1X0.8X1.423X6X1000X(252+504+196+868)X1+560X2.5+420X5=0.1009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:Qco=0.1396m3/s4.2.2稀释CO的需风量PPO(史)eRT101325e9.811152.5287293115906paQreq(co)Q?R?工IO6PTO200101325856.94m3/s273CO的排放量用同样的方法计算，得出的计算结果如下表

11、所示。其他工况车速下注：交通阻滞工况，v=10km/h,根据规范，阻滞段的计算长度不宜大于算时，取L=1000m。1000m,因此计10km/h(阻滞)，不同工况下的速度修正系数fiv(VI)和车密度修正系数fd(VI)如表所示工况车速(km/h)1008060402010fiv(VI)i=3%2.62.62.22.21.031.03fd0.60.7511.536柴油车交通量如下:柴油车：中型客车252,大型客车504,大型货车196考虑烟雾的海拔高度修正系数：平均海拔高度：h=(1120+1185)/2=1152.5m。1152.5400、fh(vi)10.55()1.231800162.5

12、1.00.61.232.6221325215041961.53.6106算出各工况车速下的烟雾排放量如下表:工况车速Km/h1008060402010烟雾量(m2/s)3.8394.7995.4148.1227.6056.873注：交通阻滞工况，v=10km/h,根据规范，阻滞段的计算长度不宜大于1000m,因此L=1000m。柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车0.41.01.534Qvi1。3.6106qvifa(VI)?fd?fh(VI)?fiv(VI)?L?m1Nm?fm(VI)2.3.839m/s最大烟雾排放量：由上述计算可知，在工况车速为20km/h时，烟雾排放

13、量最大，为4.2.4稀释烟雾的需风量QVI8.122m2/s稀释烟雾的需风量为：根据规范，取烟雾设计浓度为K=0.0065。Qreq(VI)811249.5m3/sq()K0.00654.2.5稀释空气内异味的需风量K=0.0065m-1,则烟雾稀释系数取每小时换气次数为5次，则有:Qreq 异ArLnt107.5221336003330.413m/s考虑烟雾的车型系数fm(VI)如表:计算各工况下全隧道烟雾排放量:nD4.2.6考虑火灾时排烟的需风量取火灾排烟风速为Vr3m/s,则需风量为：3.Qreq火ArVr107.53322.5m/s3.结论，综合以上计算可知，本隧道通风量由稀释烟雾需

14、风量决定，为Qreq1249.5m/s4.3通风计算计算条件隧道长度：L=2213m隧道断面积：Ar=107.5m2隧道当量直径：Dr=10.5m设计交通量：2800辆/h大型车混入率：1=25%计算行车速度：Vt100km/h27.78m/s需风量：Qreq1249.5m3/sqQreq12495隧道设计风速：vrq11.62m/s10m/sA107.5隧址空气密度：p=1.2kg/m3隧道内所需升压力通风阻抗力：160.025篱1211.6222556.49Pan/m自然风阻力PrDr?”2PmDr?-?v210.60.025221310.51.2223237.093Pa交通通风力汽车等效

15、阻抗面积Am1P1?Acs?csr1?Al?cl10.252.130.50.255.371.022.141m2当vt100km/h27.78m/s时，隧道内车辆数：n2800221361.96辆360027.782.1411.2107.52193.354Pa因此，隧道内所需的升压力为：PPrPmPt556.4937.093193.354400.229Pa通风机所需台数通风机采用1120射流式风机，每台的升压力为:5.489PaPrPmPtiPj400.2295.48972.9台73台合计需要73台射流式风机，按每组2台布置，可布置37组共74台，间距为54.4m。4.3.4风机布置按每组2台布

16、置，布置37组共74台，沿纵向最外边一台距洞口107.5m,其间距为54m。pt&?n?Ar22VtVr61.9627.7811.622Pj2vj1vVj1.23020.98107.11.62300.91选用1120型射流式风机,第5章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， 电光照明费用较高，因此，必须科学地设计隧道的照明系统，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。该隧道大致为东西走向，进、出口处地形缓和，植被条件良好，且隧道所在地空气湿润,因此洞外光线不是很强烈，对洞内照明设计有利。隧道左、右行道照明分别设置洞外

17、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地面和边墙采用象牙色淡黄色油漆为计算条件。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，该隧道设计车速为100km/h,洞外亮度参照规范取值为4500cd/m2。在洞口土建完成时，应采用黑度法进行洞外亮度实测。实测值与设计值的误差。如超出土25%,应调整照明系统的设计。洞外亮度等级对隧道造价和营运有很大的影响，又由于本隧道的所处位置走向近于东西向，地表植被条件良好，洞外光线不是太强烈，因此无需建造其他减光建筑，仅采取绿化措施降低洞外亮度：（1）

18、从接近段起点起，在路基两侧种植常青树，（2）恢复由于道路建设所损失的绿化。因为纵坡为3%,设计时速为100km/h,所以Ds=145m。因此接近段长度取145m,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。洞内照明入口段入口段的照明亮度Lth计算2Lthk?L20s0.0454500202.5cd/mK:入口段亮度折减系，取0.045入口段长度Dth计算h158515Dth1.154DS41.154145-55127.631mtan100.176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

19、称排列布置，加强照明由功率为400W的加强灯组成，间距为0.8m,入口段灯具从洞口以内10m处开始布置。（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TR1,TR2,TR3三个照明段组成。各段照明要求和设计如下：TR1过渡段亮度计算：2Ltr10.3Lth0.3202.560.75cd/m2基本照明于中间段相同，加强照明由250W功率的加强灯间距2m对称排列布置，TR1过渡段长度根据规范取106m。TR2过渡段亮度计算：一一一一 2Ltr20.1Lth0.1202.

20、520.25cd/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值为111m。TR3过渡段亮度计算：Ltr30.035Lth0.035202.57.09cd/m2采用基本照明，不设加强照明。本段长度取167m。中间段中间段的照明基本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9cd/m2,中间段的照明选用功率为150W的夜灯(兼紧急照明，UPS供电)，灯具对称排列布置，灯具横向安装范围为行车道左右5.5m处，安装高度为距路面5.1m,

21、纵向间距为6m,灯具纵向与路面保持水平，横向倾角为10。长度为1641.369m。(4)出口段本隧道为单向交通隧道，设置出口段照明，出口段长度取60m,亮度取中间段亮度的5倍。基本照明设置于中间段相同，加强照明为功率为400W的加强灯，设置数量与基本照明灯相同。(5)洞外引道照明隧道洞外引道布灯长度与路面亮度按规范取值如下：长度取180m,路面亮度取2.0cd/m2。因此光源考虑采用150W低压钠灯，灯具间距为8m。5.3照明计算中间段照明计算中间段段只有基本照明。基本照明计算资料如下表:光源低压钠灯路面类型水泥砂路面功率150W路囿宽度W=12.75m灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具

22、利用系数0.4灯具间距S=6m灯具光通量二15000lm灯具养护系数M=0.7灯具布置系数本设计为对称布置N=2路面平均水平照度计算:路面平均亮度计算:根据公路隧道通风照明设计规范可知，对于水泥碎路面，平均亮度和平均照度之间的关系可按下式计算:设计取换算系数为11,则Eav109.80422Lav-9.982cd/m9cd/m1111满足规范要求。EavMNWS0.4150000.7212.756109.804lxLavEav1013入口段照明计算该段照明有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。加强照明计算资料如下表:光源高压钠灯路面类型水泥砂路面功率400W路囿宽度W=1

23、2.75m灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数0.4灯具间距S=0.8m灯具光通量=40000lm灯具养护系数M=0.7灯具布置系数本设计为对称布置N=2加强照明对路面的平均水平照度为:路面平均亮度计算:基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为:Lav199.649.98209.62cd/m2202.5cd/m2（满足规范要求）过渡段照明计算TR过渡段照明计算，加强照明计算资料如下表:光源高压钠灯路面类型水泥砂路面功率250W路囿宽度W=12.75灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数0.4灯具间距S=2.0m灯具光通量二25000lm灯具养护系数M=0.7灯具布置系数本设计为对称布置N=2加强照明对路面的平均水平照度为:路面平均亮度计算:基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：Lav49.919,9859.89cd/m2与60.75cd/m2接近（满足规范要求）TR过渡段照明计算，加强照明计算资料如下表光源高压钠灯路面类型水泥砂路面功率250W路囿宽度W=12.75灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数0.4灯具间距S=8mEavMNWS0.44000