隧道通风照明课程设计

课 程 设 计 任 务 书

题    目 分离式（三）车道公路隧道通风照明设计

                                              

学    院              交通土建学院            

专    业         城市地下空间工程专业         

班    级                地下122              

学生姓名                                      

学    号                                      

 12  月   8  日至   12 月  12  日  共   1   周

指导教师(签字)              

院长(主任)(签字)             

                      

         年   月   日

第1 章 设计原始资料

1.1 技术标准及设计标准规范

（1） 隧道按规定的远期交通量设计，采用分离式单向行驶二车道隧道（上、下行分离）。

（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。

1.1.2 主要设计标准规范

1.公路隧道设计规范

2.公路隧道通风照明设计规范

3.王毅才主编，隧道工程，人民交通出版社，2008

4.公路隧道设计细则

5.马林头隧道毕业设计

6.铁路隧道设计规范

7.张庆贺、朱合华编，土木工程专业毕业设计指南—隧道及地下工程分册，中国水力水电出版社，1999

8.公路隧道施工技术规范

9.关宝树编著，隧道工程设计要点集，人民交通出版社，2010

1.2 工程概况

隧道左洞桩号：ZK253+182~ ZK255+350；右洞桩号：YK253+162~ YK255+375。设计标高为：进洞口为11.20m，出洞口为：11.85m。按新奥法施工

设计速度：100km/h

设计交通量为：3800辆/h

交通量组成为：汽油车：小型车：19%，中型车：19%，大型车：14%

              柴油车：小型车：18%，中型车：20%，大型车：10%

1.3 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，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1030～1570m，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25°～60°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310°～330°，进口段倾角为30°～40°，出口段倾角变缓，约8°～10°。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300～340°及220～250°，呈闭合状。

第2 章 隧道总体设计

2.1 纵断面设计

本隧道的基本坡道形式设为单坡。坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的利害。隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常有利的，因汽车都是单坡行驶，发动机产生的有害气体少，对通风也很有利。但是本隧道进洞口和隧道出洞口高差较小，采用

    鉴于以上原因，隧道左洞：K253+182～K254+270为2%的上坡，K254+270～K255+350为1.951%的下坡 。 

 2.2.1 横断面设计

隧道的建筑限界按100km/h时速进行设计，建筑限界取值确定如下：

图2.1 隧道建筑限界（单位：m）

设计时速

（100km/h)	车道宽度	侧向宽度		检修道		顶角宽度
		左侧	右侧	左侧	右侧	左侧	右侧
100	3*3.75	0.50	1.00	1.00	1.00	0.50	1.00

表2-1 建筑限界设置 （单位：m）

2.2.2 紧急停车带

该隧道为长隧道，所以在行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的设置间距取750m，停车带的路面横坡取为水平。紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见下图：

2.2.3 横向通道

上下行分离双洞的公路隧道之间应设置横向通道。人行横通道间距设为500m，车行横通道间距设置为750m，与紧急停车带对应布置。其建筑限界如下：

  

图2.2 紧急停车带建筑限界、宽度、长度（单位：m）

图2.3 a）人行横通道建筑限界 b）车行通道建筑限界 （单位：m）

2.2.2 内轮廓设计 

根据建筑限界，利用三心圆，得出各断面内轮廓如下图：                                    

图2.4隧道正常断面内轮廓图 （单位：m）

图2.5 隧道紧急停车带内轮廓图（单位：m）

第3章 隧道通风设计

3.1 通风方式的确定

隧道长度：左洞长度为2168m，右洞长度为2213m，交通量：3800辆/h，单向交通隧道。

            （3-1） 

故采用机械通风，纵向射流式通风方式。   

3.2 需风量计算

3.2.1  CO排放量计算

① 

②

③ 依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/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7-1 所示：

表 3-1 不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值

工况车速（km/h)		100	80	60	40	20	10
	i = 2%	1.4	1.2	1.0	1.0	1.0	0.8
	i =1.9%	1.2	1.0	1.0	1.0	0.8	0.8
		0.6	0.75	1	1.5	3	6

④ 考虑CO 的海拔高度修正系数：

平均海拔高度：

⑤ 考虑CO 的车型系数如表：

表3-2 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
	1	1	2.5	5.0	7.0

⑥ 交通量分解：

汽油车：小型车722，中型车722，大型车532

柴油车：小型车684，中型车760，大型车380

⑦ 计算各工况下全隧道CO 排放量：

  

当υ =100km/ h时

         

        

其他各种工况车速下CO 的排放量用同样的方法计算，得出计算结果如表7-3：

表7-3 各工况车速下CO 的排放量

工况车速

（km/h）	100	80	60	40	20	10
CO 量 （m3 / s ）	0.04	0.0535	0.0595	0.02	0.1965	0.2856

⑧ 最大CO 排放量：由上述计算可以看出，在工况车速为10km/h 时，CO 排放量最大，为： 

3.2.2稀释CO的需风量

① 根 据 技 术 要 求 ， CO 设 计 浓 度 为 ： 正 常 行 驶 δ = 200ppm ，

发生事故时（15min）δ = 250ppm

② 隧址设计温度tm=20℃,换算成为绝对温度T=273+20 =293。

③ 隧址大气压无实测值，按下式计算：

   

④ 稀释CO 的需风量：

                 

3.2.3烟雾排放量计算

① 取烟雾基准排放量为：

② 考虑烟雾的车况系数为：fa=1.0

③ 依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/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 如表所示：

表3-4 不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值

工况车速（km/h)		100	80	60	40	20	10
	i = 2%	2.6	2.6	2.2	1.45	0.85	0.85
	i =1.9%	0.55	0.55	0.55	0.55	0.4	0.4
		0.6	0.75	1	1.5	3	6

④ 柴油车交通量如下：

小型车684，中型车760，大型车380

⑤ 考虑烟雾的海拔高度修正系数：：

⑥ 考虑烟雾的车型系数如表： 

柴油车
轻型货车	中型货车	重型货车、大型货车、拖挂车	集装箱车
0.4	1.0	1.5	3~4

                        

⑦ 计算各工况下全隧道烟雾排放量

当υ =100km/ h时

           

算出各工况车速下的烟雾排放量如下表：

工况车速

（km/h）	100	80	60	40	20	10
烟雾量 （m3 / s ）	2.287	2.8587	3.327	3.6274	4.5328	9.066

⑧ 最大烟雾排放量：由上述计算可知，在工况车速为10km/h 时，烟雾排放量最大，为：

3.2.4稀释烟雾的需风量

① 根据规范，取烟雾设计浓度为K= 0.0070m−1

② 稀释烟雾的需风量为：

3.2.5稀释空气内异味的需风量

取每小时换气次数为5 次，则有：

         

3.2.6考虑火灾时排烟的需风量

取火灾排烟风速为Vr=6m/s，则需风量为：

           

结论：

综合以上计算可知道， 本隧道通风量由稀释烟雾的需风量决定， 为

3.3 通风计算

3.3.1 计算条件

隧道长度：Lr=2186m

隧道断面积：Ar=107.5m2

隧道当量直径：Dr=10.5m

设计交通量：3800 辆/h

大型车混入率：r1=24%

计算行车速度： t

ν =100km/h=27.78m/s

需风量：

隧道设计风速：

隧址空气密度：ρ=1.2 kg /m3

3.3.2 隧道内所需升压力

① 空气在隧道内流动受到的摩擦阻力及出入口损失率：

       

       

② 隧道两洞口等效压差：

       

       

        

        

③ 交通风产生的风压为：

  

汽车等效抗阻面积：

     

隧道内车辆数:

则:

        

3.3.2 隧道内所需升压力

因此，隧道内所需要的升压力为：

      

          

3.3.3 通风机所需台数

900型射流风机每台的升压力计算：

     

          

所以：

合计需要160台射流式风机，按每组2台布置，可布置80组共160台，间距为27.4m。

1120 型射流风机所需台数：

    

所以：

合计需要98台射流式风机，按每组2台布置，可布置49组共98台，间距为45.1m。

第四章 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。本隧道左、右行道照明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地面和边墙采用象牙色淡黄色油漆为计算条件。

 4.1 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100 km/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±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) 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。

     接近段长度取洞外一个照明停车视距DS，对于纵坡为2%，设计时速为100km/h，取DS=149m。因此接近段长度取154m,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。

4.2 洞内照明

（1） 入口段

入口段的照明亮度th L 计算：

入口段长度th D 计算：

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，加强照明由功率为400W 的加强灯组成，间距为1m，入口段灯具从洞口以内10 m 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：

  ① TR1 过渡段亮度计算：Ltr1 =0.3 Lth=0.3×202.5=60.75(cd/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。

  ② TR2 过渡段亮度计算：Ltr2 =0.1Lth =0.1×202.5=20.25(cd/m2)

  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Dtr2 =111m 。

③ TR3 过渡段亮度计算：Ltr3 =0.035Lth =7.09(cd/m2)

采用基本照明，不设加强照明。本段长度取167m。

（3） 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。

（4） 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5.5 m 处，安装高度为距路面5.1 m，纵向间距为5 m，灯具纵向与路面保持水平，横向倾角为10°。

   （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。

4.3 照明计算

 4.3.1 中间段照明计算

表4.1中间段照明计算表

光源	低压钠灯	路面类型	水泥砼路面
功率	150W	路面宽度	W=12.75m
灯具	TG87	灯具安装方式	对称排列布置
灯具利用系数	η=0.4	灯具间距	S=6m
灯具光通量	Φ= 15000 lm	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

（1）路面平均水平照度计算：

（2）路面亮度计算：

  根据《公路隧道通风照明设计规范》可知，对于水泥砼路面，平均亮度和平均照度之间的关系可按下式计算：

本设计取换算系数为11，则有代入式得：

满足规范要求。

4.3.2 入口段照明计算

本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，加强段照明计算见下表。

入口段照明计算表

光源	高压钠灯	路面类型	水泥砼路面
功率	400W	路面宽度	W=12.75m
灯具	TG87	灯具安装方式	对称排列布置
灯具利用系数	η=0.4	灯具间距	S=0.8m
灯具光通量	Φ=40000 lm	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：

  4.3.3 过渡段照明计算

R1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	水泥砼路面
功率	250W	路面宽度	W=12.75
灯具	TG87	灯具安装方式	对称排列布置
灯具利用系数	η=0.4	灯具间距	S=2.0m
灯具光通量	Φ= 25000 lm	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：

TR2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	水泥砼路面
功率	250W	路面宽度	W=9.5
灯具	TG87	灯具安装方式	对称排列布置
灯具利用系数	η=0.4	灯具间距	S=8m
灯具光通量	Φ= 25000 lm	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：

2.4.4出口段照明计算

出口段照明计算表如下：

光源	高压钠灯	路面类型	水泥砼路面
功率	400W	路面宽度	W=12.75m
灯具	TG87	灯具安装方式	对称排列布置
灯具利用系数	η=0.4	灯具间距	S=4.0m
灯具光通量	Φ=40000 lm	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：

满足规范要求。