科学公园隧道通风设计说明

第8页/共9页1项目概况本工程包含1座主线隧道（科学公园隧道），科学公园隧道为三车道隧道，科学公园隧道左、右线采用分离式双洞单向三车道隧道方案，左右线隧道间距约30m。2本项目隧道设置情况见下表：隧道设置一览表序号名称位置起迄桩号长度（m）备注1科学公园隧道左线ZK2+525.00～ZK4+957.002432双洞六车道，设计车速60km/小时右线YK2+391.00～YK4+955.002564隧道主要技术标准：按城市主干道设计，双洞双向六车道断面，设计行车速度60公里/小时。隧道路面宽度、建筑限界高度如下：1.三车道路面宽度：0.5（左侧向宽度）+3.25+3.5+3.5（行车道宽）+0.5（右侧向宽度）=11.25m。2.隧道建筑限界：净宽B=12.75m(检修道0.75m+路缘带0.5m+小车道3.25+小车道3.5+大车道3.5+路缘带0.5m+检修道0.75m)，限界净高：5.00m。全线隧道可通行危险化学品等机动车，科学公园隧道为一类城市交通隧道。交通量预测如下：近期2025年，科学公园隧道交通量预测为3832pcu/h。远期2045年，科学公园隧道交通量预测为4909pcu/h。3通风设计近、远期划分：近期：2025年对应的设计小时交通量；远期：2045年对应的设计小时交通量；4隧道通风设计本工程为城市道路隧道设计，科学公园隧道设计速度60km/h，为双孔单向交通隧道。隧道左线长2432m，右线长2564m。可通行危险品等机动车，属一类城市隧道。根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）、《公路隧道通风设计细则》（JTG/TD70/2-02-2014），科学公园隧道应设置机械通风和排烟系统。4.1设计原则（1）正常交通工况下，通风系统能稀释隧道内汽车行驶时排出的废气（如CO、烟尘），为司乘人员和隧道养维人员提供合适的洞内空气环境，为安全行车提供良好的能见度。（2）交通阻滞时向阻滞隧道提供一定通风风速排除污染气体，使洞内环境符合卫生标准。（3）火灾事故情况下，通风系统具有排烟能力，能控制烟尘的扩散，为滞留在洞内的司乘人员、救援人员提供一定量的新风，并为疏散和救援创造有利条件。（4）在确保隧道安全可靠营运的前提下，隧道通风方案便于营运管理和控制，同时适当减少工程投资和复杂性。（5）贯彻国家能源政策，系统设计充分考虑营运能耗，设备选型注重性能优良、技术先进、效率高、噪声低等方面的要求。（6）隧道口废气排放和通风系统的运行噪声均应满足工程环境质量要求。4.2通风设计标准本次设计隧道内的通风标准依据《城市地下道路工程设计规范》(CJJ221-2015)、《公路隧道通风设计细则》（JTG/TD70/2-02-2014），并结合本隧道的实际情况、现场条件、营运经济性及国内已建城市道路隧道通风的实际营运效果等综合确定。为提高隧道内空气质量，改善行车环境，降低隧道外排放的污染浓度，减少对城市环境的影响，有利于隧道影响区域的发展，本设计适当提高隧道通风设计的标准。（1）隧道通风卫生标准1.隧道内CO设计浓度δCOa.正常交通时，隧道洞内CO的设计浓度δ=100cm3/m3；b.交通阻滞时，隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速vt≤10km/h，阻滞段的CO设计浓度δCO=150cm3/m3，阻滞长度不超过1000m，经历时间不超过20min；c.隧道内养护维修时，隧道作业段空气的CO允许浓度不大于30cm3/m3。2.隧道内NO2设计浓度δNO2a.隧道内20min内的平均NO2设计浓度δNO2=1.0cm3/m3;b.隧道内养护维修时，隧道作业段空气的NO2允许浓度不大于0.12cm3/m3。（2）隧道通风安全标准隧道烟尘设计浓度K见表1。表1隧道烟尘设计浓度K设计速度vt（km/h）10-30405060-80烟尘设计浓度K（m-1）0.01200.00750.00700.0065隧道内养护维修时，隧道作业段空气的烟尘允许浓度不大于0.0030m-1;工况车速≤30km/h时，应采取交通管制或关闭隧道等措施。（3）隧道通风舒适性标准根据本工程交通量和隧道规模的特点，稀释隧道内空气中异味的换气要求如下：a.换气频率不低于每小时3次。b.隧道换气风速不低于1.5m/s。（4）隧道防灾设计标准本隧道排烟设计按权限同一时间内发生一次火灾考虑，火灾发热量取20MW。纵向排烟风速不小于3.0m/s。（5）隧道风速标准本隧道设计风速不大于10.0m/s。（6）噪声标准通风设备传至隧道内噪声标准参考《公路隧道通风设计细则》对通风设备噪声要求及《工业卫生设计标准》相关标准为≤90dB（A）。通风设备传至隧道外噪声标准按4类地区考虑为昼间≤70dB（A），夜间≤55dB（A）。（7）洞外隧道外区域环境空气质量标准本隧道外环境区域执行《环境空气质量标准》（GB3095-1996）中的二级标准。一氧化碳（CO）日平均浓度≤4.00mg/m3，1小时平均浓度≤10.00mg/m3。4.3通风计算参数表4.3-1隧道运营通风系统计算参数表隧道运营通风系统计算参数项目单位参数备注设计控制风速正常交通控制风速m/s≤10火灾工况控制风速m/s3.0换气工况控制风速m/s≥2.5环境参数自然风压产生的自然风速m/s2.5作为阻力考虑空气密度kg/m31.2随址夏季平均温度℃20随址夏季大气压力Pa96380计算行车速度正常行车速度km/h0-60交通阻滞车速km/h10汽车尾气基准排放量qCO（以2000年为起点）m³/辆·km0.007交通阻滞时取0.015,，长度不超过1000mqVi（以2000年为起点）m³/辆·km2折减系数（以2000年为起点）2.00%最大折减年限不超过30年火灾热释放率MW204.4交通量与交通组成交通量与交通组成是进行通风计算的基础数据之一，根据本工程的《工程可行性研究报告》，结合《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）确定交通量。隧道所在路段预测交通量见表3，预测各车型交通组成比例见表4。表3科学公园隧道所在路段交通量预测表名称2025年2045年科学公园隧道（pcu/h）38324909表4各车型交通组成比例折算系数车型大货车中货车小货车大客车小客车拖挂车2025年0.01680.07710.19770.36660.29830.04362045年0.02090.05230.230.34890.30260.04534.5隧道设计风量经对汽车调查资料的详细分析，结合隧道内空断面积、纵坡、海拔高度、车辆构成以及行车速度，分别计算各目标设计年份隧道左右洞在正常运营时稀释洞内CO和烟尘、换新风除异味和防灾要求等工况的隧道全长计算需风量。2025年、2045年需风量计算见表5、6。表5科学公园隧道2025年各工况需风量计算一览表单位：m3/s工况车速左线右线CO烟雾稀释异味CO烟雾稀释异味60km/h83.34328.63367.5583.28328.88367.5550km/h93.18366.1993.11366.4740km/h125.01271.86124.92272.0830km/h133.35178.01133.25178.1520km/h250.03206.33249.84206.4910km/h（阻滞工况）火灾工况249249表6科学公园隧道2045年各工况需风量计算一览表单位：m3/s工况车速左线右线CO烟雾稀释异味CO烟雾稀释异味60km/h106.79421.08367.55106.71421.40367.5550km/h119.40469.20119.31469.5640km/h160.18348.34160.06348.6230km/h170.86228.08170.73228.2620km/h320.37264.37320.12264.5710km/h（阻滞工况）火灾工况2492494.6隧道通风方案①全横向通风该通风方式具有通风效果好，理论上防灾排烟便捷，系统安全、性能稳定，且不受通风长度限制等优点，更适用于单洞双向交通隧道；但具有不能充分利用交通活塞风、需要在隧道内设置专用送风道和排风道、通风系统复杂、营运费用高等缺点。科学公园隧道初步确定采用钻爆施工，隧道建设空间十分紧张，且为双洞单向交通，不太适合采用全横向通风方式；同时，根据国内目前隧道通风的主流技术和经验来看，以及国内类似工程经验，不主张本隧道采用全横向通风方式。②半横向通风利用隧道作为进风或排风道，另建设专用排风道或送风道，隧道断面介于全横向通风和纵向通风之间，可以利用部分活塞风作用。半横向式通风，可使隧道内的污染浓度大体上接近一致。其优点和缺点介于全横向和纵向两种通风方式之间，适用长度和通风区段的划分极受限制。根据工程经验，城市隧道一般不采用该通风方式。③纵向通风纵向通风是使隧道气流在行车道内纵向流动的一种通风方式，特别适用于单向行车的隧道。近年来，随着国内公路交通建设的飞速发展，该通风方式广泛应用于各类隧道。纵向通风可以充分利用车辆活塞风作用，具有投资省，能耗低、运行调节灵活等明显的优点。隧道发生火灾时，通风气流使烟气和热流扩散的方向与行车方向一致，并控制隧道烟气速度小于行车速度，保证位于火灾点前方的车辆迅速向前疏散，位于火灾点后放的车辆位于新风区，不受烟气和热流的笼罩，可从隧道人口方向安全撤离。结论：根据《公路隧道通风设计细则》（JTG/TD70/2-02-2014），4.1.4长度小于5km的单向交通隧道可采用全射流纵向通风方案；并根据隧道设计风量的计算结果，得出各工况车速下的隧道设计风速值，经计算隧道左、右线通风设计风速均在规范允许范围内（不大于10m/s）。因此，结合前述隧道及长度，从经济性和实施难度等方面综合考虑，本设计采用全射流纵向通风方案。该通风方式由隧道内射流风机群提供升压，为隧道进行通风。由于射流纵向通风可以充分利用车辆活塞风作用，因此它具有投资省，能耗低、运行调节灵活等明显的优点。隧道发生火灾时，通风气流使烟气和热流扩散的方向与行车方向一致，并控制隧道烟气速度小于行车速度，保证位于火灾点前方的车辆迅速向前疏散，位于火灾点后放的车辆位于新风区，不受烟气和热流的笼罩，可从隧道人口方向安全撤离。由于射流纵向式通风方式的诸多优点，在公路隧道中得到广泛的采用。隧道各工况下隧道设计风速m/s工况车速隧道设计风速（2025年）隧道设计风速（2045年）左线右线左线右线60km/h3.963.965.085.0850km/h4.424.425.665.6640km/h4.434.434.434.4330km/h4.434.434.434.4320km/h4.434.434.434.4310km/h8.618.619.039.034.7通风设备选型与系统设置根据本隧道建筑限界空间尺寸，本设计科学公园隧道选用单机功率30kW、Φ1120mm型单向射流风机，风机进出口均带有消声器，安装于隧道建筑界限以外。在额定工作条件下，风机整体设计使用寿命不低于20年，第一次大修前的安全运行时间不少于18000h。隧道发生火灾时，射流风机在250℃环境温度下能正常可靠运转60min以上，消声器保持性能稳定。单台风机性能参数见表7。隧道风机台数的选择依据：根据各工况下的最大需风量及隧道阻力按风机推力与对应风量进行风机台数的选择。表7单台射流风机性能参数项目单位性能参数叶轮直径mm1120转速rpm1450流量m3/s≥29.9出口风速m/s≥30.3轴向推力N≥1043电机功率kW30防护等级IP55绝缘等级H级噪声dB(A)68隧道射流风机每两台为一组，布置方案见表8，表8射流风机布置方案单位：台科学公园隧道左线右线备注2025年14+414+4+号后为备用数量2045年18+418+4经计算在保证安全的情况下近、远期风机需要安装风机台数差别不大，故采用一次安装。4.8隧道通风控制通风控制按正常工况、阻滞工况和火灾工况三种情况分别设计。正常工况——隧道在设计速度60km/h-20km/h状况下正常运营时，交通风力可以满足隧道设计环境要求，所有风机皆无需开启，当隧道行驶车辆速度下降，且环境卫生要求不满足要求时，根据实际需要，开启部分射流风机，以保持隧道设计环境卫生条件。阻滞工况——该工况下，阻滞隧道的部分射流风机开启，以保持隧道设计环境卫生条件。当阻滞时间超过20min时，应暂时关闭隧道入口，限制车辆进入隧道。火灾工况——火灾发生时，火灾隧道射流风机根据火灾情况部分或者全部（非火灾点消防风机）正向启动运行以保证火灾临界风速3.0m/s（方向与行车方向一致），防止烟气倒流，同时相邻隧道启动入口端部分风机的分组（必要时，相邻隧道出口端风机分组逆向运行），以保持其内部正压，为人员疏散和消防人员进入火灾现场提供条件。人员及车辆疏散完毕后，进入灭火阶段通风，灭火阶段控制火灾上游风速为2.0-3.0m/s。灭火工作完成后，正向开启全部射流风机将烟流从隧道出口排出。射流风机采用在隧道供配电室就地手动控制及监控中心远程手动控制和自动控制方式，由自动/手动开关切换。射流风机为单向运转，隧道内风量通过风机台数控制，能在0到100%的额定风量范围内有级调节。手动控制装置设置在安全且易操作的地方，并有明显的标志和不受火灾、烟气威胁的保护措施，操作按钮距地面高度不超过1.5m。风机即可单台独立运行，又可并列双台成组运行，要求做到能在实际营运中随时调整风机运行量。日常通风时，应优先启动累计运行时间最短的机组。风机在运营期间应交替运行，不固定运行某台射流风机，以延长其使用寿命。当隧道内发生火灾时，火灾前方的车辆以正常车速迅速驶出隧道；通过设置的射流风机将洞内风速控制在3.0m/s，使火灾烟尘顺流出隧道，从而保证火灾后方的车辆处于安全状态。隧道其中一洞发生火灾需进行排烟及救援时，双洞均应进行交通管制，同时启动相应通风排烟系统。单向交通隧道着火点下游的横通道防火门应保持关闭状态。4.9隧道防灾救援隧道入口段发生火灾a首先关闭隧道，禁止后续车辆驶入。b迅速通知有关单位参加应急救援，利用市政监控设施发布相关信息。c火源点下游车辆按正常方式驶离隧道，火源点上游驾乘人员弃车经隧道入口逃生。d在疏散撤离阶段，隧道内风速控制不超过1.0m/s-1.5m/s，尽量减少对烟流的破坏，争取人员逃生时间；在消防灭火阶段，隧道内风速控制为2.0m/s-3.0m/s，将烟雾沿行车方向排出。隧道洞身段发生火灾a首先关闭隧道，禁止后续车辆驶入。b迅速通知有关单位参加应急救援，利用市政监控设施发布相关信息。c火源点下游车辆按正常方式驶离隧道，火源点上游驾乘人员弃车经火源点上游横通道或隧道入口逃生。d在疏散撤离阶段，隧道内风速控制不超过1.0m/s-1.5m/s，尽量减少对烟流的破坏，争取人员逃生时间；在消防灭火阶段，隧道内风速控制为2.0m/s-3.0m/s，将烟雾沿行车方向排出。隧道出口段发生火灾a首先关闭隧道，禁止后续车辆驶入。b迅速通知有关单位参加应急救援，利用市政监控设施发布相关信息c火源点下游车辆按正常方式驶离隧道，火源点上游驾乘人员弃车经火源点上游横通道或隧道入口逃生。d在疏散