题 目分离式（三）车道公路隧道通风照明设计
交通土建学院 城市地下空间工程专业
班 级地下122 ______________________________ 学生姓名宋伟涛 ________________________________ 学 号 120719209 ____________________________
12月 8日至 12月12日共］周
指导教师（签字） ___________ 院长（主任）（签字） ________
2013年 12月18
日 15
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讣，釆用分离式单向行驶二车道隧道（上、下 行分离）o （2） 隧道设计车速，隧道儿何线形与净空按100km/h设计，隧道照明设计速 度按100km/h设计。
L 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一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：ZK233+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 18
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lOOkm/h时速进行设讣，建筑限界取值确定如下：
> -------------------------- 11J500 --------------------- 1J000
十斗讨 1500
图2.1隧道建筑限界（单位：m）
表2-1建筑限界设置（单位：m） 设计时速 （lOOkm/h） 车道宽度 侧向宽度 左侧 右侧 1.00 检修道 左侧 1.00 右侧 1.00 顶角宽度 左侧 0. 50 右侧 1. 00 100 3*3. 75 0. 50 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
上下行分离独立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:
18
图2.2紧急停车带建筑限界、宽度、长度（单位：m）
18
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内轮廓设讣
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隧道正常断而内轮廉图（单位：m）
18
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。
LxA^ = 2168x3800 = 8.23xl06 >2xl06
（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 取CO基准排放量：q“ = O.O1ZH3 /辆• kin ② 考虑CO的车况系数：人=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, lOkm/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 1.4 1.2 80 1.2 1.0 60 1.0 1.0 」0 20 1.0 0.8 10 0.8 0.8 fiv i 二 2% ■ 1 =1.9% 1.0 1.0 九 ④考虑
0.6 0. 75 1 1.5 3 6 CO的海拔高度修正系数: 1 1.2 严 29 = 223 仇=1.0
平均海拔高度:
32.9 + 11.85
2
= 23.375,九=1.0
⑤考虑CO的车型系数如表:
表3-2考虑CO的车型系数表 各种柴 车型 油车 小客车 汽油车 旅行 车，轻 中型货 车 型货车 大型货 车 fm
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：
JL
Qco = 2厂\"石•么。•九•力•齐•几•厶•工(.n •九) 3.6x10 铝
N1
当 U 二 100km/ h 时
Qc()=―― xO.Olx 1.0x0.6x(1x1.4x1088 +1x1.2x1080)
3.6x10\"
x[(722+684+760+380)x1 + 722x5 + 532x7]
18
1
=0.0464/n / s
3
其他各种丄况车速下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
100 工况车 速 (km/h) co量 (ZZB / 0. 0464 80 60 40 20 10 0. 0535 0. 0595 0.0892 0. 1965 0. 2856 S ) ⑧ 最大CO排放量：山上述计•算可以看出，在工况车速为10km/h时，CO排放 量最大，为:Qco = 02856m3 /s 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6 = 200ppm , 发生事故时(13min) S = 250ppm ② 隧址设讣温度tm二20°C,换算成为绝对温度*273+20二293。 ③ 隧址大气压无实测值，按下式计算：
劝
9.81x44.168
287x293
P = Poxe肓=101325 xe
④ 稀释co的需风量：
= 101831 .625 pa O叫号•貫朋
=
O2856x101325x293xl()6 =121999m3/5
250 101832 273
3
3.2.3烟雾排放量计算
① 取烟雾基准排放量为：qvl = 2.5m
/辆・km
② 考虑烟雾的车况系数为：fa二1. 0
③ 依据规范，分别考虑工况车速100km/h, 80km/h, 60km/h, 40km./h, 20km/h, lOkm/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：
18
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 2.6 0. 55 80 2.6 0. 55 60 2.2 0. 55 10 1. 45 0. 55 20 0. 85 0.4 10 0. 85 0.4 fiv • 1 二 2% • 1 二1・ 9% fd
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:：
1 1.2 严 29 = 22.08,九=1.0
32.9 + 11.85
2
=22.375/； =1.0
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计算各丄况下全隧道烟雾排放量 当 U 二 100km/ h 时
Qvi = 3
6：ICF • qg 力M)•办• fh&i) • Zv(v/)*
1
6
L，
X(N加 * Zn(V/))
x2.5xl.0x 0.6 x(lx 2.6 x 1088 +1 x 0.55 x 1080)
3.6xl0
x(684 x 0.4 + 760 x 1.0 + 380 x 1.5)= 2.287
18
算岀各工况车速下的烟雾排放量如下表:
100 80 60 工况车速 (km/h) 烟雾量 (/ZB / S ) 40 20 10 2. 287 2.8587 3. 327 3. 6274 4.5328 9. 066 ⑧ 最大烟雾排放量：山上述计算可知，在工况车速为lOkm/h时，烟雾排放量
最大，为：Qvi =9.066/7?/5
3. 2. 4稀释烟雾的需风:
① 根据规范,取烟雾设计浓度为K二0.0070DM ② 稀释烟雾的需风量为：
Qrep(VI)刃)二
09.066 ~~K~ ~ 0.007
= 1295.143 m3
/5
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：
Ar-L ---- xn 107.5x2168
x5 = 323.694m3
/5
3600
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: 爲(异)i・
Vr
= 107.5x6 = 645m3
/5
结论：
综合以上计算可知道，本隧道通风量山稀释烟雾的需风量决定，为
23
r<7,= 1295.143m/5
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二107. 5血 隧道当量直径:Dr=10. 5m
18
设计交通量:3800辆/h 大型车混入率：口二24% 计算行车速度：r
v 二100km/h二27. 78m/s 需风量：Qrep = 1295.143m
3
/ s107.5
隧道设计风速:
组=竺空十05皿
「 &
隧址空气密度：P=1.2 kg /lD3
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
1 2 9 —X12.05
2
=589・11丹
2168 )
=1 + 0.6 + 0.025
--- x 10.5
②隧道两洞口等效压差：
2168 x^x22
1 + 0.6 + 0.025 x
2 H5
=\\6pa ③ 交通风产生的风压为:
J
18
2
汽车等效抗阻面积:
九=(i—\"y+厂1・41・彳1
=(1 — 0.24)x 2.13 x 0.5 + 0.24 x 5.37 x 1.0 = 2.098m
_ 3800x2168 _ ,
隧道内车辆数:\"-3600x27.78 —
一扌门
则:纠二需号 X 82.38X(27.8 -12.05)
2
= 239.290?
3.3.2隧道内所需升压力
因此，隧道内所需要的升压力为：
\\p^pr + pm-pt
= 589.11 + 16-239.29 = 365.55pa
3. 3. 3通风机所需台数
900型射流风机每台的升压力计•算：
2出
\\P严P・『・」・1- j J A
1.2x25冬壘 I 12.05 )
107.5 I 25丿 x0.91 = 2.298 pa
AP； 2.298
所以 i = — = 363-^5- = 158.2 匕 160台以： 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：
/ 、
・1-比
I VJ)
18
所
12.05) 1.2x25x-^-x| 1-
x0.91 = 3.81 pa
107.5 I 25丿
2
.\\P 363.55 心 c “厶
所以：,=z^=^r=96-9a;98a
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. Imo
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。山于隧道照 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，对洞内照明设讣有利。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黃色油漆为计算条件。
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,洞外壳度参照规范取值为4500cd/m2o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±23%,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，乂山于本隧道的所处 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，仅釆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 lOOkm/h,取Ds二149m。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
入口段的照明亮度衲£计算：
Lth 二 R •厶20(s)二 O.(M5 X 4500 = 202.5cd /m
入口段长度衲0计算：
2
/1-2=1.1546 — 1.5
=1.154x149-=132.173加 0.176
入口段照明山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
18
置，加强照明山功率为400W的加强灯组成，间距为Im,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 决从入口段高壳度到中间段低壳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III TRb 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:Ltrl =0.3 Lth=0. 3X202. 5=60. 75(cd/m2) 基本照明于中间段相同，加强照明III 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. ILth =0. 1X202. 5=20. 25(cd/m2)
基本照明与中间段相同，加强照明山功率为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=lllm。 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167mo
(3) 出口段：
本隧道为单向交通隧道，设置岀口段照明，出口段长度取60m,亮度取中间 段壳度的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130W的夜灯(兼紧急照明，UPS供 电)，灯具对称排列布置，灯具横向安装范圉为行车道左右5. 5 m处，安装高度 为距路面5.1m,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. Ocd/mi.因此光源考虑釆用130W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
光源 功率 灯具 灯具利用系数 灯具光通量 灯具布置系数 表4・1中间段照明计算表
低压钠灯 路而类型 水泥磴路而 150W TG87 n=o. 4 ①二 15000 lm 本设汁为对称布置N=2 路而宽度 灯具安装方式 灯具间距 灯具养护系数 W=12. 75m 对称排列布置 S=6m M=0. 7 (1)路面平均水平照度计算:
逊=0.4X]5000X0.7X2“0904/X
8
W5 12.75x6
18
（2）路面亮度计算：
根据《公路隧道通风照明设计规范》可知，对于水泥妊路面，平均亮度和平均照度之间的 关系可按下式讣算：
（10 〜13）
本设计取换算系数为11,则有代入式得：
Lav =如=
109，S（）4
= 9.9S2ccl/m2 > 9cd/m
211 11
满足规范要求。
4. 3.2入口段照明计算
av
L
av av
fEav 2196.08 innr/1 .. 2 =—^ = =
il 11
2
199.64 + 9.98 = 209.62cd/加$ >202.5cJ/m
av
199.64M/An
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。
入口段照明讣算表 光源 功率 灯具 灯具利用系数 灯具光通量 灯具布置系数
髙压钠灯 路而类型 路而宽度 灯具安装方式 灯具间距 灯具养护系数 水泥碗路而 400W TG87 n 二0.1 0=40000 lm 本设计为对称布置N=2 W=12. 75m 对称排列布置 S—0. 8m M=0. 7 加强照明对路而的平均水平照度为:4.3.3过渡段照明计算
_ 04x25000x0,7x2
12.75x2
=549.02/%
18
R1过渡段照明计算,加强照明计算资料如下表
光源 功率 灯具 灯具利用系数 灯具光通量 灯具布置系数 高压钠灯 路而类型 水泥磴路而 250W 路而宽度 TG87 灯具安装方式 灯具间距 Q=0. 4 灯具养护系数 ①二 25000 lm 本设il•为对称布置N=2 W=12. 75 对称排列布置 S—2. Om M=0. 7 加强照明对路而的平均水平照度为: —窘二警“乂皿
Ltv =49.91 +9.98 =59.89cd/\"『与60.75c〃/〃r 接近
TR2过渡段照明计算，加强照明汁算资料如下表
光源 功率 灯具 灯具利用系数 灯具光通量 灯具布置系数 髙压钠灯 路而类型 路而宽度 灯具安装方式 灯具间距 灯具养护系数 水泥碗路而 250W TG87 n 二0.1 0>= 25000 lm 本设计为对称布置N=2 W•二 9・ 5 对称排列布置 S 二 8m M=0. 7 加强照明对路而的平均水平照度为: E・ _ 刑MN _ 0・4 x 25000x 0.7 x 2 “ —~WS~ ~ 12.75x8
13725 =1248cJ/^2 =如
11
11 22Lav = 12.48+9.98 = 22.46cd/m >20.25cd/m
=
2. 4. 4出口段照明计算
出口段照明讣算表如下: 光源 功率 灯具 灯具利用系数 灯具光通量 灯具布置系数 髙压钠灯 路而类型 路而宽度 灯具安装方式 灯具间距 灯具养护系数 水泥碗路而 400W TG87 n 二0.1 0=40000 lm 本设计为对称布置N=2 W=12. 75m 对称排列布置 S二 1・ Om M=0. 7 加强照明对路而的平均水平照度为: 7］（/）MN _ 0.4 x
40000x 0.7 x 2 ~WS~~ 12.75x4 7/=』=七 m 11
=39.93cd/加 2 11
=439.22/x
Lav =39.93+9.98 =49.91c〃/加$ >45cJ//n
满足规范要求。
2
18
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