隧道通风照明课程设计

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2.1 纵断面设计2.2 横断面设计2.3 隧道设置形式设计第 3 章 隧道主体结构构造设计3.1 洞门设计3.2 衬砌设计第 4 章 隧道通风设计4.1 通风方式的确定4.2 需风量计算4.2.1 CO 排放量计算4.2.2 稀释 CO 的需风量4.2.3 烟雾排放量计算4.2.4 稀释烟雾的需风量4.2.5 稀释空气内异味的需风量4.2.6 考虑火灾时排烟的需风量4.3 通风计算4.3.1 计算条件4.3.2 隧道内所需升压力4.3.3 通风机所需台数4.3.4 风机布置第 5 章 隧道照明设计5.1 洞外接近段照明5.2 洞内照明5.3 照明计算5.3.1 中间段照明计算5.3.2 入口段照明计算5.3.3 过渡段照明计算5.3.4 出口段照明计算参考文献图纸部分第 1 章 设计原始资料1.1 技术标准及设计标准规范 1.1.1 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。1.1.2 主要设计标准规范 （1） 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； （3） 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；（6） 地下工程防水技术规范GB50108-2001； （7） 隧道围岩级别按公路隧道设计规范JTJ026-90。1.2 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+182 ZK255+350，长 2168m。右洞桩号：YK253+162 YK255+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%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 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 1540，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：里程桩号围岩级别长度（m） 工程地质条件 水文地质ZK253+182ZK253+200 18 龙马溪组（S 1l）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+200 ZK253+500 300 龙马溪组（S 1l）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+000 500 龙马溪组（S 1l）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。 硐室干燥ZK254+000ZK254+270 270 龙马溪组（S 1l）灰绿、黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂岩，裂隙发育， Vp=3.23.8Km/s。 轻度渗水ZK254+270ZK254+560 290 罗惹坪组（S 1l）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。 硐室干燥ZK254+560ZK254+730 170 罗惹坪组（S 1l）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+160 430 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。 硐室干燥ZK255+160ZK255+350 190 大冶组第三段（T 1d3）薄层夹中厚层细晶微晶灰岩。 轻度渗水右洞桩号及地质情况：里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件 水文地质YK253+162YK253+190 28 龙马溪组（S 1l）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， 轻度渗水或滴水YK253+190YK253+450 260 龙马溪组（S 1l）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YK253+450YK253+950 500 龙马溪组（S 1l）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。 硐室干燥YK253+950YK254+250 300 龙马溪组（S 1l）灰绿、黄绿色弱风化页岩夹泥质粉砂岩，裂隙发育， Vp=3.23.8Km/s。 轻度渗水YK254+250YK254+510 260 罗惹坪组（S 1l）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。 硐室干燥YK254+510YK254+880 370 罗惹坪组（S 1l）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。 轻度渗水或滴水YK254+880YK255+300 420 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。 硐室干燥YK255+300YK255+375 75 大冶组第三段（T 1d3）薄层夹中厚层细晶微晶灰岩。Vp=2.22.8km/s 轻度渗水第 2 章 隧道总体设计2.1 纵断面设计隧道内纵断线形应考虑行车安全、运营通风规模、施工作业效率和排水要求，综合确定。最小坡度：0.3%，以隧道建成后洞内水能自然排泄为原则，又考虑到隧道施工误差。最大坡度：一般要求，3%。施工中出渣或材料运输的作业效率；运营期间车辆行驶的安全性和舒适性；运营通风的要求。纵坡形式：一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。从行车舒适性和运营通风效率来看，采用单向坡较好，但是施工会出现逆坡排水问题。该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。该隧道位于鄂西南褶皱山区，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。车流量很大，且隧道埋深较大，围岩很差，设置竖井通风施工难度较大；隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，水量贫乏，对施工无太大影响；该隧道由于路线需要，进出口段高程相差很大，设置人字坡将会使隧道长度增加；鉴于以上原因， 该隧道决定采用有变坡点的单坡。坡度计算为 ，所以该隧道采用的坡度为 3%。2.937%10-852.2 横断面设计该隧道的建筑限界隧道的建筑限界按 100km/h 时速进行设计，建筑限界取值确定如下：侧向宽度 L 检修道 J 顶角宽度 E 设计速（km/h）车道宽度W 建筑限界高度H检修道高度 h 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧100 33.75 5 0.3 0.5 1.0 1.0 1.0 0.5 1.0详见图纸部分：隧道建筑限界图。2.3 隧道设置形式设计在地质条件相同的情况下，分离式隧道造价最低，施工速度较快且比较安全，一般用于长隧道。该隧道 2213m，属于长隧道，因此采用分离式隧道。第 3 章 隧道主体结构构造设计3.1 洞门设计该隧道左、右洞进口处均处在裂隙发育，岩石破碎的地质区域内，围岩级别均为级，围岩极差，水文地质情况为轻度渗水或滴水。所以采用翼墙式洞门，翼墙式洞门由端墙和翼墙组成，翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的，同时对路堑边坡也起支撑作用。隧道左、右洞的出口处也处在裂隙发育，岩石破碎的地质区域内，围岩级别均为级，围岩极差，水文地质情况为轻度渗水。同样也采用翼墙式洞门。3.2 衬砌设计3.2.1 初期支护 初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合公路隧道设计规范，初期支护喷射混凝土材料采用 C20 级混凝土，支护参数取值如下表：喷射砼厚度(cm) 锚杆(m)围岩级别 拱墙 仰拱 位置 长度 间距 杆体材料钢筋网 钢拱架 15 - 拱墙 3.0 1.2 20MnSi 钢筋拱、墙 25x25- 20 - 拱墙 4.0 1.0 20MnSi 钢筋拱、墙 20x20- 30 - 拱墙 5.0 0.8 20MnSi 钢筋拱、墙(双层) 20x20-级浅埋30 - 拱墙 5.0 0.8 20MnSi 钢筋拱、墙(双层) 20x20拱、墙、仰拱 3.2.2 二次衬砌 二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。 二次衬砌厚度设置如下表：围岩级别 拱墙混凝土（cm ） 仰拱混凝土 (cm ) 砼级别钢筋种类钢筋直径（mm）钢筋面积 (mm2 ) 45 45 C20 - - 50，钢筋混凝土 50 C25 HRB335 25 1473 60，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25 HRB335 25 1946级浅埋 60，钢筋混 60，钢筋混 C25 HRB335 25 2945凝土 凝土级超浅埋60，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25 HRB335 25 2454注：钢筋面积为纵向每 m 断面的钢筋面积。 第 4 章 隧道通风设计在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。 该隧道通风设计主要考虑以下因素： 隧道长度及线形，隧道左洞长度为 2168m，右洞长度为 2213m，均为长隧道，风阻力大，自然风量小；隧道纵断面采用单向坡，隧道进出口高程较大，因此出口段的有害气体浓度相对较大，设计时给予注意。 交通量，车流量大，为 2800 辆/h，且主要为小型货车和小型客车。 隧道所处地区的地理、气候条件和周围环境的影响。应充分考虑利用。隧道内交通事故、火灾等非常情况。 隧道工程造价的维修保养费用等。 根据公路隧道工程设计规范，本隧道通风应满足下列要求： 单向交通的隧道设计风速不宜大于 10m/s，特殊情况下可取 12m/s，双向交通的隧道设计风速不应大于 8m/s，人车混合通行的隧道设计风速不应大于 7m/s。 风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。 确定的通风方式在交通条件等发生改变时，应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。 隧道运营通风的主流方向不应频繁变化。 CO 允许浓度：正常运行：200ppm 发生事故时（15min）：250ppm4.1 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：2800 辆/h，单向交通隧道。 LN=22132800=6196400 2106 所以采用机械通风，纵向射流式通风方式。 4.2 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：=1.2kg/m 3设计交通量：2800 辆/h 隧道内平均气温:20；设计标高：进洞口 1120m，出洞口 1185m 隧道断面积：Ar= 107.5m 2 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%4.2.1 CO 排放量计算取 CO 基准排放量为：q co=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/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞），不同工况下的速度修正系数 f iv和车密度修正系数 f d如表所示：工况车速（km/h) 100 80 60 40 20 10fiv i=3% 1.4 1.2 1.0 1.0 1.0 0.8fd 0.6 0.75 1.0 1.5 3.0 6.0考虑 CO 的海拔高度修正系数平均海拔高度：h=（1120+1185）/ 2=1152.5m。423.1)605.12(9.fh考虑CO 的车型系数如表：考虑CO的车型系数表：汽油车车型 各种柴油车小客车 旅行车、轻型货车中型货车 大型货车fm 1 1 2.5 5 7交通量分解：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252，大型客车504，大型货车196计算各工况下全隧道CO 排放量：Qco= qcofafdfhfivL (Nmfm)6103.n1当V=100km/h时，Qco= 0.0110.61.4231.42213(252+504+196+868)1+5602.56.+4205=0.0391 其他工况车速下 CO 的排放量用同样的方法计算，得出的计算结果如下表所示。工况车速（km/h）100 80 60 40 20 10CO 量（m 3/s）0.0391 0.0419 0.0465 0.0698 0.1396 0.1009注：交通阻滞工况，v=10km/h，根据规范，阻滞段的计算长度