秦岭终南山特长公路隧道通风方案研究

秦岭终南山特长公路隧道通风方案研究

0隧道通风设计方案随着我国公路建设的快速发展，3000米长的专业公路隧道出现得越来越多，其运营安全问题越来越受到重视。由于稀释特长公路隧道内的有害气体相对较困难,所以特长公路隧道建设及运营中面临的首要问题便是隧道的通风问题。目前,隧道通风研究的焦点集中在机械式通风方式的选择、机械通风效果的评价及火灾下的通风模式等方面,对自然风、交通活塞风等非机械式通风的研究较少。曾艳华等人运用回路自然风压理论对有竖井隧道自然风压进行了研究,提出在有竖井隧道的通风设计中,必须对自然风压进行专题研究。仇玉良等对终南山特长隧道洞室内外气温、风速等气候条件进行了现场测试,研究了隧道内自然风速及洞内气温的变化范围和变化规律,该研究未涉及到交通量及交通活塞风。王光辉等通过分析圆梁山隧道贯通后自然风的利用,指出若能认识自然风的规律并加以利用,会收到意想不到的效果。吕康成指出根据现行的《JTJ026.1—1999公路隧道通风照明设计规范》计算的自然风阻力结果进行设计,则会更增加设计难度并造成巨大浪费。钟星灿等将公路隧道内随机运动的车流假定为恒定持续的车流,根据动量、能量和质量守恒的基本定律,建立相关的关系式,计算了隧道各段内交通活塞风风速。Chan-HoonYoon通过热力学方法分析了自然风压,指出自然风压引起的自然风速大大提高了隧道的通风效率。J.Y.Kim通过模型试验的方法给出了地铁列车引起的压力及风速随时间的变化趋势。上述研究大多是在一定假设下的理论分析或者简化边界条件下的缩微模型试验,且单纯的研究自然风或交通活塞风,而运营中隧道受自然风和交通活塞风的联合作用,文章通过用现场实测的研究方法对自然风和交通活塞风的联合作用效果进行分析、评价。1隧道的规模、长度秦岭终南山特长公路隧道北起长安县的青岔口,南止柞水县的小峪口,位于秦岭山脉东段,穿越秦岭主峰牛背梁、横垣东区中部,是交通部公路网骨架规划发展中的重点实施项目,是西北、华北通向重庆、四川、湖北等省的西部大通道纵(国道包头—北海)横(国道银川—武汉)汇合点。该隧道双洞单向4车道,两洞相距30m,单洞长度达到18020m,埋深超过100m的长度达到17000m,占总长度的94%以上,最大埋深1640m,整个工程预计投资25亿元人民币。隧道进口标高890m,出口标高1025m,隧道内有2个变坡点,进口2500m,坡度为+0.3%;中间11900m,坡度为+1.1%;出口3500m,坡度为-0.3%。隧道设计洞内行车速度60km/h。隧道采用3竖井分段纵向通风方案,竖井直径达8.7～9.6m,竖井深度达185～770m。2测试方法现场测试内容:自然风速、自然风压和交通风压共同作用下的风速、交通量及车速监测。现场洞内测试在隧道通车前、后测试2次,通车前测试隧道洞内的自然风风速;通车后现场测试自然风压和交通风压共同作用下的风速。沿隧道全长分布30个测点(上下行线共计60个测点),相邻测点间距约600m,测点布置见图1,各个测点同时同步进行连续观测,记录隧道内测点处的风速和风向。沿隧道全长分布14个摄像头用于监测隧道内的交通量及车速。测试定在2007年8月14号开始,连续测试3d,测试隧道内自然风速的大小,24h不间断测试,每隔40min左右读数一次。于8月20号开始,连续3d测试隧道内自然风压和交通风压共同作用下的风速,24h不间断测试,每10min记录一次读数。在测试前,提前到达测试现场,布置好人员,调整好仪器,待仪器稳定后再读测试数据,并处理好数据的存储工作。主要采用的测试仪器为风速风向仪(热球式电风速计QDF一2A)、轻便三杯风向风速表(DEM6型)和摄像头(LS-9100ZP)。3测试结果的处理和分析3.1最大风速出现的时段于8月14日、15日、16日连续3d进行了24h现场测量,每隔40min左右读数一次。隧道东线测点38和41两测点的测量结果见图2,图3。从现场实测数据可以看出隧道内自然风速在一定的时间段内还是比较大的,是不能忽略的风量,测点38、41最大风速出现的时间段大致为11:00～13:00。测点38在14日的最大风速出现在13:05:27这一时刻,为1.878m/s;15日最大风速也出现在13:05:27这一时刻,为2.394m/s;16日最大风速出现在11:38:10,为1.908m/s。测点41在14日的最大风速出现在12:21:49,为2.026m/s;15日最大风速出现在13:05:27,为2.576m/s;16日最大风速出现在10:54:32,为2.320m/s。3.2隧道不断到8.2411:24,5.2.3%旋转改性于8月20号开始,连续3d测试隧道内交通量的大小,24h不间断测试,每10min记录一次读数。由于时刻点太密集,横坐标不便标出。测试结果见图4—9。从图4—9可以看出无论是隧道东线或西线,交通量出现高峰期时间段变化不大,隧道西线大致在8:00～11:00,14:30～16:50左右;隧道东线从8:00一直持续到17:00左右。从图4—6还可以看出隧道西线2号摄像头监测的交通量稍大于4号和6号摄像头,4号摄像头与6号摄像头监测到的交通量接近;而从图7—9可看出隧道东线3个摄像头检测到的交通量比较接近。当进行交通风计算时,西线取4号摄像头与6摄像头监测到的交通量平均值,东线取3个摄像头监测值的平均值。3.3数据处理隧道内部东、西线分别设置了近30个测点,于8月20日、21日、22日连续3d进行了24h现场测量,每隔15min左右读数一次,由于时刻点密集,横坐标不便标出。选取3d中位于隧道东、西线中间的3个监测点监测到的隧道内风速绘制成图,见图10、图11。从图10可以看出隧道西线内风速较大的时间段基本上与交通量出现高峰期时间段相吻合,并且测点14与测点16监测到的风速较接近;由图11知,隧道东线内风速变化相对平缓,风速相对较大的时间段与交通量高峰值时间段有一定的出入,3个测点监测的风速值比较接近。隧道内实测风速平均值见表1。4隧道东北部风速1)较大自然风速出现的时间段大致为11:00～13:00。最大自然风速达到2.576m/s,从自然风实测结果来看,《规范》中把自然通风完全作为阻力考虑,忽略了自然风有利的通风效应。隧道东、西线交通量出现高峰期时间段变化不大,隧道西线大致在8:00～11:00、14:30～16:502个时间段;隧道东线从8:00一直持续到17:00左右;隧道西线内风速较大的时间段基本上与交通量出现高峰期时间段相吻合。隧道东线内风速变化相对平缓,风速相对较大的时间段与交通量高峰值时间段有一定的出入,3个测点监测的风速值比较接近。2)在自然风压和交通风压共同作用下,隧道内风速可以达到3～4m/s,在隧道运营初期交通量较小的情