隧道通风照明专业课程设计.doc

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 周指引教师(签字) 院长(主任)(签字) 年 12 月 16 日目录第1章 设计原始资料 1.1 技术原则及设计原则规范 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 隧道设立形式设计第3章 隧道主体构造构造设计 3.1 洞门设计 3.2 衬砌设计第4章 隧道通风设计4.1 通风方式拟定4.2 需风量计算 4.2.1 CO排放量计算 4.2.2稀释CO需风量 4.2.3烟雾排放量计算 4.2.4稀释烟雾需风量 4.2.5稀释空气内异味需风量 4.2.6考虑火灾时排烟需风量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 出口段照明计算参照文献图纸某些第1章 设计原始资料 1.1 技术原则及设计原则规范 1.1.1 重要技术原则 （1） 隧道按规定远期交通量设计，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 重要设计原则规范 （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） 公路工程技术原则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-； （6） 地下工程防水技术规范GB50108-； （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。 交通量构成为：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，坡角普通1540，冲沟不甚发育，洼地宽阔平缓。隧道处在白果背斜北西翼、金子山复向斜南东翼，呈现单斜构造特性，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。碎屑岩中重要发育两组节理裂隙，走向分别为300340及220250，呈闭合状。左洞桩号及地质状况：里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质ZK253+182ZK253+20018龙马溪组（S1l）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+500300龙马溪组（S1l）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+000500龙马溪组（S1l）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+270270龙马溪组（S1l）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+560290罗惹坪组（S1l）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+730170罗惹坪组（S1l）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+160430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+350190大冶组第三段（T1d3）薄层夹中厚层细晶微晶灰岩。轻度渗水右洞桩号及地质状况：里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质YK253+162YK253+19028龙马溪组（S1l）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+450260龙马溪组（S1l）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+950500龙马溪组（S1l）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+250300龙马溪组（S1l）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+510260罗惹坪组（S1l）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+880370罗惹坪组（S1l）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+300420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+37575大冶组第三段（T1d3）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规定，综合拟定。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：普通规定，3%。施工中出渣或材料运送作业效率；运营期间车辆行驶安全性和舒服性；运营通风规定。纵坡形式：普通宜采用单向坡；地下水发育长隧道、特长隧道可采用双向坡。从行车舒服性和运营通风效率来看，采用单向坡较好，但是施工会浮现逆坡排水问题。该隧道基本坡道形式设为单坡。坡道形式选取根据和纵坡坡度重要控制因素为通风问题和对汽车行驶利害。隧道纵坡以不防碍排水缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。单向通行隧道设计成单坡对通风是非常有利，因汽车都是单坡行驶，发动机产生有害气体少，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，设立竖井通风施工难度较大；隧道围岩地下水重要以裂隙水为主，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，设立人字坡将会使隧道长度增长；鉴于以上因素， 该隧道决定采用有变坡点单坡。坡度计算为 ，因此该隧道采用坡度为3%。2.2 横断面设计该隧道建筑限界隧道建筑限界按100km/h时速进行设计，建筑限界取值拟定如下： 设计速（km/h）车道宽度W 建筑限界高度H检修道高度h侧向宽度 L检修道J 顶角宽度E 左侧 右侧左侧 右侧左侧 右侧10033.7550.30.51.01.01.00.51.0 详见图纸某些：隧道建筑限界图。2.3 隧道设立形式设计在地质条件相似状况下，分离式隧道造价最低，施工速度较快且比较安全，普通用于长隧道。该隧道2213m，属于长隧道，因而采用分离式隧道。 第3章 隧道主体构造构造设计3.1 洞门设计该隧道左、右洞进口处均处在裂隙发育，岩石破碎地质区域内，围岩级别均为级，围岩极差，水文地质状况为轻度渗水或滴水。因此采用翼墙式洞门，翼墙式洞门由端墙和翼墙构成，翼墙是为了增长端墙稳定性而设立，同步对路堑边坡也起支撑作用。隧道左、右洞出口处也处在裂隙发育，岩石破碎地质区域内，围岩级别均为级，围岩极差，水文地质状况为轻度渗水。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，依照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：围岩级别 喷射砼厚度(cm) 锚杆(m)钢筋网 钢拱架 拱墙 仰拱 位置 长度间距杆体材料15-拱墙3.01.220MnSi 钢筋拱、墙 25x25-20-拱墙 4.01.020MnSi 钢筋拱、墙 20x20-30-拱墙 5.00.820MnSi 钢筋拱、墙(双层) 20x20-级浅埋30-拱墙 5.0 0.820MnSi 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，运用荷载构造法进行衬砌内力计算和验算。 二次衬砌厚度设立如下表：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 ) 4545C20-50，钢筋混凝土 50C25HRB33525147360，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25HRB335251946级浅埋60，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25HRB335252945级超浅埋60，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25HRB335252454注：钢筋面积为纵向每 m 断面钢筋面积。 第4章 隧道通风设计 在隧道运营期间，隧道内保持良好空气是行车安全必要条件。为了有效减少隧道内有害气体与烟雾浓度，保证司乘人员及洞内工作人员身体健康，提高行车安全性和舒服性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。 该隧道通风设计重要考虑如下因素： 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，因而出口段有害气体浓度相对较大，设计时予以注意。 交通量，车流量大，为2800辆/h，且重要为小型货车和小型客车。 隧道所处地区地理、气候条件和周边环境影响。应充分考虑运用。 隧道内交通事故、火灾等非常状况。 隧道工程造价维修保养费用等。 依照公路隧道工程设计规范，本隧道通风应满足下列规定： 单向交通隧道设计风速不适当不不大于10m/s，特殊状况下可取12m/s，双向交通隧道设计风速不应不不大于8m/s，人车混合通行隧道设计风速不应不不大于7m/s。 风机产生噪声及隧道中废气集中排放均应符合环保关于规定。 拟定通风方式在交通条件等发生变化时，应具备较高稳定性，并能适应火灾工况下通风规定。 隧道运营通风主流方向不应频繁变化。 CO 容许浓度： 正常运营：200ppm 发生事故时（15min）：250ppm4.1 通风方式拟定 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 因此采用机械通风，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： 道路级别：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/m3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= 107.5m2 交通量构成为：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：qco=0.01m3 /辆km 考虑CO车况系数为：fa=1.0 根据规范，分别考虑工况车速 100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞），不同工况下速度修正系数 fiv和车密度修正系数 fd如表所示：工况车速（km/h)1008060402010fivi=3%1.41.21.01.01.00.8fd0.60.751.01.53.06.0 考虑CO 海拔高度修正系数 平均海拔高度：h=（1120+1185）/ 2=1152.5m。 考虑CO 车型系数如表： 考虑CO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fm112.557 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)当V=100km/h时，Qco=0.0110.61.4231.42213(252+504+196+868)1+5602.5+4205 =0.0391 其她工况车速下CO排放量用同样办法计算，得出计算成果如下表所示。工况车速（km/h）1008060402010CO 量（m3/s）0.03910.04190.04650.06980.13960.1009注：交通阻滞工况，v=10km/h，依照规范，阻滞段计算长度不适当不不大于1000m，因而计算时，取L=1000m。 Qco=0.0110.81.42361000(252+504+196+868)1+5602.5+4205 =0.1009最大CO排放量：由上述计算可以看出，在工况车速为20km/h时，CO排放量最大，为： Qco=0.1396m3/s4.2.2 稀释CO需风量 4.2.3烟雾排放量计算 取烟雾基准排放量为：qVI=2.5m3/辆km 考虑烟雾车况系数为：fa(VI)=1.0 根据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞），不同工况下速度修正系数fiv(VI) 和车密度修正系数fd(VI) 如表所示工况车速（km/h)1008060402010fiv(VI)i=3%2.62.62.22.21.031.03fd0.60.7511.536 柴油车交通量如下： 柴油车：中型客车252，大型客车504，大型货车196 考虑烟雾海拔高度修正系数： 平均海拔高度：h=（1120+1185）/ 2=1152.5m。 考虑烟雾车型系数fm(VI)如表： 柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车0.41.01.534 计算各工况下全隧道烟雾排放量：算出各工况车速下烟雾排放量如下表：工况车速Km/h100 8060402010烟雾量(m2/s)3.8394.7995.4148.1227.6056.873注：交通阻滞工况，v=10km/h，依照规范，阻滞段计算长度不适当不不大于1000m，因而L=1000m。 最大烟雾排放量：由上述计算可知，在工况车速为20km/h 时，烟雾排放量最大，为 4.2.4 稀释烟雾需风量 稀释烟雾需风量为：依照规范，取烟雾设计浓度为K= 0.0065m1，则烟雾稀释系数K=0.0065。 4.2.5 稀释空气内异味需风量 取每小时换气次数为5次，则有： 4.2.6 考虑火灾时排烟需风量 取火灾排烟风速为，则需风量为： 结论，综合以上计算可知，本隧道通风量由稀释烟雾需风量决定，为4.3 通风计算4.3.1 计算条件 隧道长度：L=2213m 隧道断面积：Ar=107.5m2 隧道当量直径：Dr=10.5m 设计交通量：2800 辆/h 大型车混入率：r1=25% 计算行车速度： 需风量： 隧道设计风速： 隧址空气密度：=1.2 kg /m34.3.2 隧道内所需升压力 通风阻抗力: 自然风阻力 交通通风力 汽车等效阻抗面积 当时， 隧道内车辆数： 因而，隧道内所需升压力为： 4.3.3 通风机所需台数通风机采用1120射流式风机，每台升压力为： 共计需要73台射流式风机，按每组2台布置，可布置37组共74台，间距为54.4m。4.3.4 风机布置选用1120型射流式风机，按每组2台布置，布置37组共74台，沿纵向最外边一台距洞口107.5m，其间距为54m。第5章 隧道照明设计隧道照明是消除隧道内驾驶所引起各种视觉问题重要办法。由于隧道照明不分昼夜，电光照明费用较高，因而，必要科学地设计隧道照明系统，充分运用人视觉能力，使隧道照明系统安全可靠，经济合理。 该隧道大体为东西走向，进、出口处地形缓和，植被条件良好，且隧道所在地空气湿润，因而洞外光线不是很强烈，对洞内照明设计有利。隧道左、右行道照明分别设立洞外和洞内照明，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资料为基本数据，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。 5.1 洞外接近段照明在照明设计中，车速与洞外亮度是两个重要基准值，该隧道设计车速为 100 km/h， 洞外亮度参照规范取值为 4500cd/m2。在洞口土建完毕时，应采用黑度法进行洞外亮度实测。实测值与设计值误差。如超过25%，应调节照明系统设计。洞外亮度级别对隧道造价和营运有很大影响，又由于本隧道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，因而无需建造其她减光建筑，仅采用绿化办法减少洞外亮度：(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绿化。由于纵坡为3%，设计时速为 100km/h，因此DS=145m。因而接近段长度取145m,接近段位于隧道洞外，其亮度来自洞外自然条件，无需人工照明。 5.2 洞内照明 入口段 入口段照明亮度计算 K:入口段亮度折减系，取0.045 入口段长度Dth 计算 入口段照明由基本照明和加强照明两某些构成，基本照明灯具布置与中间段相似， 同样选用功率为 150W 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 加强灯构成，间距为0.8m，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激烈变化给司机导致不适应现象，使之能有充分适 应时间。过渡段由 TR1，TR2，TR3 三个照明段构成。各段照明规定和设计如下： TR1过渡段亮度计算： 基本照明于中间段相似，加强照明由 250W 功率加强灯间距 2m 对称排列布置， TR1 过渡段长度依照规范取 106m。TR2过渡段亮度计算： 基本照明与中间段相似，加强照明由功率为 250W 加强灯构成，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111m。TR3过渡段亮度计算： 采用基本照明，不设加强照明。本段长度取167m。中间段 中间段照明基本任务是保证停车视距，中间段照明水平与空气透过率、行车速度以及交通量等因素关于。依照公路隧道通风照明设计规范，中间段照明为 9cd/m2 ，中间段照明选用功率为150W夜灯（兼紧急照明，UPS供电），灯具对称排列布置，灯具横向安装范畴为行车道左右5.5m处，安装高度为距路面5.1m，纵向间距为6m，灯具纵向与路面保持水平，横向倾角为 10。长度为1641.369m。 （4）出口段 本隧道为单向交通隧道，设立出口段照明，出口段长度取60m，亮度取中间段亮度5 倍。基本照明设立于中间段相似，加强照明为功率为400W加强灯，设立数量与基本照明灯相似。 （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 。因而光源考虑采用150W低压钠灯，灯具间距为8m。 5.3 照明计算5.3.1 中间段照明计算 中间段段只有基本照明。基本照明计算资料如下表：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运用系数=0.4灯具间距S=6m灯具光通量= 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 路面平均水平照度计算： 路面平均亮度计算： 依照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关系可按下式计算： 设计取换算系数为 11，则 满足规范规定。 5.3.2 入口段照明计算 该段照明有基本照明和加强照明构成，基本照明照度和亮度与中间段相似。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运用系数=0.4灯具间距S=0.8m灯具光通量=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 加强照明对路面平均水平照度为： 路面平均亮度计算： 基本照明亮度与加强照明亮度叠加值为： 5.3.3 过渡段照明计算 TR1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运用系数=0.4灯具间距S=2.0m灯具光通量= 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 加强照明对路面平均水平照度为： 路面平均亮度计算： 基本照明亮度与加强照明亮度叠加值为： 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=12.75灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具运用系数=0.4灯具间距S=8m灯具光通量= 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 加强照明对路面平均水平照度为： 路面平均亮度计算： 基本照明亮度与加强照明亮度叠加值为： TR3只有基本照明，因此和中间段状况相似。5.3.4 出口段照明计算 出口段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运用系数=0.4灯具间距S=4.0m灯具光通量=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 加强照明对路面平均水平照度为： 路面平均亮度计算： 基本照明亮度与加强照明亮度叠加值为： 重要参照资料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，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.张庆祝、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，中华人民共和国水力水电出版社，19998.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，图纸某些：隧道建筑限界图（单位：m）： 隧道内轮廓断面图 （单位：m） ：