关键词：毗邻隧道；遮阳棚；通风；污染物窜
一 研究背景及意义
隧道作为一个封闭空间，通风至关重要，通风不满足要求会导致隧道内污染物浓度超标、内部过热或过潮、无法提供充足的氧气供人呼吸、异味重等，严重影响隧道内乘客的安全和健康。[1-2]
随着我国公路隧道行车安全技术的发展，遮阳棚的应用越来越引起人们的重视。遮阳棚的推广使用，加剧了遮阳棚连接的毗邻隧道的封闭程度，使隧道通风更加困难。[3-4]为了减少或降低遮阳棚连接毗邻隧道对通风的影响，国内很多地方采取了遮阳棚顶部抬高半边，同时将遮阳棚底部打开的方式进行自然通风，如图1。由于国内外缺乏对遮阳棚通风需求的研究，遮阳棚顶部抬高后是否依旧会有污染物流入下游隧道，以及当存在窜流时下游隧道如何进行通风设计都缺乏指导方法，因此，提出一种开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风设计方法，对当前交通安全的发展至关重要。
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图1 遮阳棚横断面
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二 开口遮阳棚连接的毗邻隧道通风设计步骤
2.1 计算上游隧道供风量Q上
将上游隧道作为单独隧道，按照《JTGT D70／2-02-2014 公路隧道通风设计细则》计算其需风量，并将其作为上游隧道供风量。
2.2 确定遮阳棚的供风量Q棚
即在遮阳棚顶部设置了纵向贯通的通风口，也就是对遮阳棚上部进行抬高，抬高高度可根据实际工程需要确定，同时利用下部的逃生口，使得内外形成热压、风压，从而采用热压、风压同时作用的自然通风的方式排除或减少上游隧道窜流到下游隧道的污染物，如图1。
具体计算过程如下：
计算各窗口内外压差：
根据工程条件以及空气密度表可得：
外部空气密度：
内部空气密度：.png)
上部排风口空气密度：：
内外密度差： （3）
室外风的动压：E= （4）
式中:Vf-横穿隧道的风速（m/s），
假设第一窗口1的余压为Px，各窗口的内外压差为：
（5）
（6）.png)
式中:g-当地重力系数（N/KG）；
h-下面窗口到上面窗口的距离(m)
（7） .png)
K-空气流经窗口断面处的局部阻力系数；
vw-外部空气流速，m/s；
假设第一窗口1、3进风，第二窗口2排风，如图3，
根据空气平衡原理：
Q1+Q3=Q2 （8）.png)
式中：Q1-第一窗口1的风量，
Q2-第二窗口2的风量，
Q3-第三窗口3的风量，
根据公式：
（9） .png)
式中：Q-风量的大小；
μ-窗口处的流量系数；
F-窗口断面处面积，m3；
△P-窗口处内外压差，Pa
将△P1，△P2，△P3代入公式（9），得到Q1,Q2,Q3的表达式，代入公式（8）求解Px，
若Px有解，则假设成立，将Px带入式（9），得出Q棚；
若Px无解，则假设不成立，并进行如下假设，
假设第一窗口1进风，第二窗口2、3排风，如图4，
根据空气平衡原理
Q1=Q3+Q2 （10）
式中：Q1-第一窗口1的风量，
Q2-第二窗口2的风量，
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Q3-第三窗口3的风量，
联立（9）（10）解出Px
将Px带入式（9），得出Q棚；
2.3 确定下游隧道需风量Q下
当上游隧道和遮阳棚的供风量之和能保证污染物不窜流到下游隧道时，则将下游隧道当作独立隧道按照规范计算需风量；
当上游隧道和遮阳棚的供风量之和不足，存在污染物窜流到下游隧道时，则按照下列公式进行计算：
（11）.png)
式中：Ar-隧道断面面积；
qj-隧道内机动车排放源强；
L下-下游隧道长度；
Cj-隧道污染物设计浓度；
Cj0-隧道洞口污染物浓度。
隧道内机动车排放源强qj的计算过程如下：
（12） .png)
式中: Eij—i 类型机动车排放j污染物单车排放因子(mg/(m·veh))，i=1、2、3分别表示轻型车、中型车和重型车；
S-隧道截面面积
λi(v)—为i类单车j污染物排放因子的车速系数，v为机动车的平均行驶速度(km/h)；
Ai—i 类型机动车的交通量(veh/h)。
隧道洞口污染物浓度Cj0计算过程如下：
将空气视作不可压缩的流体，可得上游隧道和遮阳棚的总供风量Q总：
Q总=Q上+Q棚
将上游隧道和遮阳棚的供风量之和Q总反代入《JTGT D70／2-02-2014 公路隧道通风设计细则》关于隧道需风量的计算中，计算剩余污染物的浓度，即为下游隧道洞口污染物浓度Cj0
2.4确定下游隧道通风方式
当上游隧道和遮阳棚的供风量之和能保证污染物不窜流到下游隧道时，则将下游隧道当作独立隧道，根据《JTGT D70／2-02-2014 公路隧道通风设计细则》进行通风；
当上游隧道和遮阳棚的供风量之和不足，存在污染物窜流到下游隧道时，则按式（14）首先确定存在污染物窜流的下游隧道所对应的当量隧道长度L下，再根据《JTGT D70／2-02-2014 公路隧道通风设计细则》进行通风。
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（14）
式中：L上表示上游隧道的长度。
参考文献
[1] 吕康成，公路隧道运营与管理[M],北京，人民交通出版社，2016.1,31-37
[2] 王新泉主编，通风工程学[M],.北京：机械工业出版社，2008.9（2014.7 重印）,62-66
[3] 韩星，杨洁，毗邻隧道上游污染物对下游影响的研究[J],地下孔家与工程学报，2015.6，第11卷 第三期
[4] 何 川 高速公路隧道群及毗邻隧道的前馈式智能通风控制方法的国内外研究现状[J].前沿动态，2009，（4）
论文作者:保雨含
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/14
标签：隧道论文; 风量论文; 污染物论文; 窗口论文; 遮阳棚论文; 下游论文; 空气论文; 《城镇建设》2020年第3期论文;