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課 程 設 計 任 務 書 題 目 分離式（三）車道公路隧道通風照明設計 學 院 交通土建學院 專 業(yè) 城市地下空間工程專業(yè) 班 級 地下122 學生姓名 學 號 12 月 8 日至 12 月 12 日 共 1 周 指導教師(簽字) 院長(主任)(簽字) 年 月 日 第1 章 設計原始資料 1.1 技術標準及設計標準規(guī)范 （1） 隧道按規(guī)定的遠期交通量設計，采用分離式單向行駛二車道隧道（上、下行分離）。 （2） 隧道設計車速，隧道幾何線形與凈空按100km/h 設計，隧道照明設計速度按100km/h 設計。 1.1.2 主要設計標準規(guī)范 1.公路隧道設計規(guī)范 2.公路隧道通風照明設計規(guī)范 3.王毅才主編，隧道工程，人民交通出版社，2008 4.公路隧道設計細則 5.馬林頭隧道畢業(yè)設計 6.鐵路隧道設計規(guī)范 7.張慶賀、朱合華編，土木工程專業(yè)畢業(yè)設計指南—隧道及地下工程分冊，中國水力水電出版社，1999 8.公路隧道施工技術規(guī)范 9.關寶樹編著，隧道工程設計要點集，人民交通出版社，2010 1.2 工程概況 隧道左洞樁號：ZK253+182~ ZK255+350；右洞樁號：YK253+162~ YK255+375。設計標高為：進洞口為11.20m，出洞口為：11.85m。按新奧法施工 設計速度：100km/h 設計交通量為：3800輛/h 交通量組成為：汽油車：小型車：19%，中型車：19%，大型車：14% 柴油車：小型車：18%，中型車：20%，大型車：10% 1.3 隧道工程地質概況 隧道地處鄂西南褶皺山區(qū)?？傮w上地勢陡峻，沖溝發(fā)育，為構造剝蝕、溶蝕低中山地貌景觀。構造剝蝕碎屑巖區(qū)屬峰叢峽谷低中山地貌，地面標高高程1030～1570m，相對高程100-500m，地形起伏大，沖溝發(fā)育，地形陡峻，山頂呈渾圓狀，自然坡度多在25～60左右，山脈沿北東走向延伸，山上植被發(fā)育較好；山坡較緩，局部陡峻，坡角一般15～40，沖溝不甚發(fā)育，洼地寬闊平緩。 隧道處于白果背斜的北西翼、金子山復向斜南東翼，呈現(xiàn)單斜構造特征，依次出露志留系至三迭系地層，地層傾向310～330，進口段傾角為30～40，出口段傾角變緩，約8～10。斷裂構造不發(fā)育。碎屑巖中主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙，走向分別為300～340及220～250，呈閉合狀。 第2 章 隧道總體設計 2.1 縱斷面設計 本隧道的基本坡道形式設為單坡。坡道形式的選擇依據(jù)和縱坡坡度的主要控制因素為通風問題和對汽車行駛的利害。隧道的縱坡以不防礙排水的緩坡為宜，坡度過大，對汽車行駛、隧道施工和養(yǎng)護管理都不利。單向通行的隧道設計成單坡對通風是非常有利的，因汽車都是單坡行駛，發(fā)動機產生的有害氣體少，對通風也很有利。但是本隧道進洞口和隧道出洞口高差較小，采用 鑒于以上原因，隧道左洞：K253+182～K254+270為2%的上坡，K254+270～K255+350為1.951%的下坡 。 2.2.1 橫斷面設計 隧道的建筑限界按100km/h時速進行設計，建筑限界取值確定如下： 圖2.1 隧道建筑限界（單位：m） 設計時速 （100km/h) 車道寬度 側向寬度 檢修道 頂角寬度 左側 右側 左側 右側 左側 右側 100 3*3.75 0.50 1.00 1.00 1.00 0.50 1.00 表2-1 建筑限界設置 （單位：m） 2.2.2 緊急停車帶 該隧道為長隧道，所以在行車方向的右側設置緊急停車帶。緊急停車帶的設置間距取750m，停車帶的路面橫坡取為水平。緊急停車帶的建筑限界、寬度和長度見下圖： 2.2.3 橫向通道 上下行分離獨立雙洞的公路隧道之間應設置橫向通道。人行橫通道間距設為500m，車行橫通道間距設置為750m，與緊急停車帶對應布置。其建筑限界如下： 圖2.2 緊急停車帶建筑限界、寬度、長度（單位：m） 圖2.3 a）人行橫通道建筑限界 b）車行通道建筑限界 （單位：m） 2.2.2 內輪廓設計 根據(jù)建筑限界，利用三心圓，得出各斷面內輪廓如下圖： 圖2.4隧道正常斷面內輪廓圖 （單位：m） 圖2.5 隧道緊急停車帶內輪廓圖（單位：m） 第3章 隧道通風設計 3.1 通風方式的確定 隧道長度：左洞長度為2168m，右洞長度為2213m，交通量：3800輛/h，單向交通隧道。 （3-1） 故采用機械通風，縱向射流式通風方式。 3.2 需風量計算 3.2.1 CO排放量計算 ① ② ③ 依據(jù)規(guī)范，分別考慮工況車速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h， 10km/h（阻滯），不同工況下的速度修正系數(shù)fiv 和車密度修正系數(shù)fd 如表7-1 所示： 表 3-1 不同工況下的速度修正系數(shù)和車密度修正系數(shù)取值 工況車速（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 考慮CO 的海拔高度修正系數(shù)： 平均海拔高度： ⑤ 考慮CO 的車型系數(shù)如表： 表3-2 考慮CO 的車型系數(shù)表 車型 各種柴油車 汽油車 小客車 旅行車，輕型貨車 中型貨車 大型貨車 1 1 2.5 5.0 7.0 ⑥ 交通量分解： 汽油車：小型車722，中型車722，大型車532 柴油車：小型車684，中型車760，大型車380 ⑦ 計算各工況下全隧道CO 排放量： 當υ =100km/ h時 其他各種工況車速下CO 的排放量用同樣的方法計算，得出計算結果如表7-3： 表7-3 各工況車速下CO 的排放量 工況車速 （km/h） 100 80 60 40 20 10 CO 量 （m3 / s ） 0.0464 0.0535 0.0595 0.0892 0.1965 0.2856 ⑧ 最大CO 排放量：由上述計算可以看出，在工況車速為10km/h 時，CO 排放量最大，為： 3.2.2稀釋CO的需風量 ① 根 據(jù) 技 術 要 求 ， CO 設 計 濃 度 為 ： 正 常 行 駛 δ = 200ppm ， 發(fā)生事故時（15min）δ = 250ppm ② 隧址設計溫度tm=20℃,換算成為絕對溫度T=273+20 =293。 ③ 隧址大氣壓無實測值，按下式計算： ④ 稀釋CO 的需風量： 3.2.3煙霧排放量計算 ① 取煙霧基準排放量為： ② 考慮煙霧的車況系數(shù)為：fa=1.0 ③ 依據(jù)規(guī)范，分別考慮工況車速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h， 10km/h（阻滯），不同工況下的速度修正系數(shù)fiv 和車密度修正系數(shù)fd 如表所示： 表3-4 不同工況下的速度修正系數(shù)和車密度修正系數(shù)取值 工況車速（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 柴油車交通量如下： 小型車684，中型車760，大型車380 ⑤ 考慮煙霧的海拔高度修正系數(shù)：： ⑥ 考慮煙霧的車型系數(shù)如表： 柴油車 輕型貨車 中型貨車 重型貨車、大型貨車、拖掛車 集裝箱車 0.4 1.0 1.5 3~4 ⑦ 計算各工況下全隧道煙霧排放量 當υ =100km/ h時 算出各工況車速下的煙霧排放量如下表： 工況車速 （km/h） 100 80 60 40 20 10 煙霧量 （m3 / s ） 2.287 2.8587 3.327 3.6274 4.5328 9.066 ⑧ 最大煙霧排放量：由上述計算可知，在工況車速為10km/h 時，煙霧排放量最大，為： 3.2.4稀釋煙霧的需風量 ① 根據(jù)規(guī)范，取煙霧設計濃度為K= 0.0070m?1 ② 稀釋煙霧的需風量為： 3.2.5稀釋空氣內異味的需風量 取每小時換氣次數(shù)為5 次，則有： 3.2.6考慮火災時排煙的需風量 取火災排煙風速為Vr=6m/s，則需風量為： 結論： 綜合以上計算可知道， 本隧道通風量由稀釋煙霧的需風量決定， 為 3.3 通風計算 3.3.1 計算條件 隧道長度：Lr=2186m 隧道斷面積：Ar=107.5m2 隧道當量直徑：Dr=10.5m 設計交通量：3800 輛/h 大型車混入率：r1=24% 計算行車速度： t ν =100km/h=27.78m/s 需風量： 隧道設計風速： 隧址空氣密度：ρ=1.2 kg /m3 3.3.2 隧道內所需升壓力 ① 空氣在隧道內流動受到的摩擦阻力及出入口損失率： ② 隧道兩洞口等效壓差： ③ 交通風產生的風壓為： 汽車等效抗阻面積： 隧道內車輛數(shù): 則: 3.3.2 隧道內所需升壓力 因此，隧道內所需要的升壓力為： 3.3.3 通風機所需臺數(shù) 900型射流風機每臺的升壓力計算： 所以： 合計需要160臺射流式風機，按每組2臺布置，可布置80組共160臺，間距為27.4m。 1120 型射流風機所需臺數(shù)： 所以： 合計需要98臺射流式風機，按每組2臺布置，可布置49組共98臺，間距為45.1m。 第4章 隧道照明設計 隧道照明是消除隧道內駕駛所引起的各種視覺問題的主要方法。由于隧道照明不分晝夜，電光照明費用較高，因此，必須科學地設計隧道的照明系統(tǒng)，充分利用人的視覺能力，使隧道照明系統(tǒng)安全可靠，經濟合理。 該隧道進、出口處地形緩和，植被條件良好，且隧道所在地空氣濕潤，因此洞外光線不是很強烈，對洞內照明設計有利。本隧道左、右行道照明分別設置洞外和洞內照明，洞外照明為接近段，洞內照明為：入口段、過渡段、中間段和出口段，照明計算以照明燈具的資料為基礎數(shù)據(jù)，并考慮了隧道內采用水泥混凝土地面和邊墻采用象牙色淡黃色油漆為計算條件。 4.1 洞外接近段照明 在照明設計中，車速與洞外亮度是兩個主要的基準值，本隧道設計車速為100 km/h，洞外亮度參照規(guī)范取值為4500cd/m2。在洞口土建完成時，應采用黑度法進行洞外亮度實測。實測值與設計值的誤差。如超出25%，應調整照明系統(tǒng)的設計。洞外亮度等級對隧道造價和營運有很大的影響，又由于本隧道的所處位置走向近于東西向，地表植被條件良好，洞外光線不是太強烈，因此無需建造其他減光建筑，僅采取綠化措施降低洞外亮度：(1) 從接近段起點起，在路基兩側種植常青樹，(2) 恢復由于道路建設所損失的綠化。 接近段長度取洞外一個照明停車視距DS，對于縱坡為2%，設計時速為100km/h，取DS=149m。因此接近段長度取154m,接近段位于隧道洞外，其亮度來自洞外的自然條件，無需人工照明。 4.2 洞內照明 （1） 入口段 入口段的照明亮度th L 計算： 入口段長度th D 計算： 入口段照明由基本照明和加強照明兩部分組成，基本照明燈具布置與中間段相同，同樣選用功率為150W 的夜燈（兼緊急照明，UPS 供電），燈具對稱排列布置，加強照明由功率為400W 的加強燈組成，間距為1m，入口段燈具從洞口以內10 m 處開始布置。 （2） 過渡段： 在隧道照明中，介于入口段與中間段之間的照明區(qū)段稱為過渡段。其任務是解決從入口段高亮度到中間段低亮度的劇烈變化給司機造成的不適應現(xiàn)象，使之能有充分的適應時間。過渡段由TR1，TR2，TR3 三個照明段組成。各段照明要求和設計如下： ① TR1 過渡段亮度計算：Ltr1 =0.3 Lth=0.3202.5=60.75(cd/m2) 基本照明于中間段相同，加強照明由250W 功率的加強燈間距2m 對稱排列布置，TR1 過渡段長度根據(jù)規(guī)范取106m。 ② TR2 過渡段亮度計算：Ltr2 =0.1Lth =0.1202.5=20.25(cd/m2) 基本照明與中間段相同，加強照明由功率為250W 的加強燈組成，對稱排列布置，間距8m，均勻布置在基本照明之間，其長度按規(guī)范中規(guī)定取值為Dtr2 =111m 。 ③ TR3 過渡段亮度計算：Ltr3 =0.035Lth =7.09(cd/m2) 采用基本照明，不設加強照明。本段長度取167m。 （3） 出口段： 本隧道為單向交通隧道，設置出口段照明，出口段長度取60m，亮度取中間段亮度的5 倍?；菊彰髟O置于中間段相同，加強照明為功率為400W 的加強燈，設置數(shù)量與基本照明燈相同。 （4） 中間段： 中間段的照明基本任務是保證停車視距，中間段的照明水平與空氣透過率、行車速度以及交通量等因素有關。根據(jù)《公路隧道通風照明設計規(guī)范》，中間段照明為9cd/m2 ，中間段的照明選用功率為150W 的夜燈（兼緊急照明，UPS 供電），燈具對稱排列布置，燈具橫向安裝范圍為行車道左右5.5 m 處，安裝高度為距路面5.1 m，縱向間距為5 m，燈具縱向與路面保持水平，橫向傾角為10。 （5） 洞外引道照明： 隧道洞外引道布燈長度與路面亮度按規(guī)范取值如下： 長度取 180m，路面亮度取2.0cd /m2。因此光源考慮采用 150W 低壓鈉燈，燈具間距為8m。 4.3 照明計算 4.3.1 中間段照明計算 表4.1中間段照明計算表 光源 低壓鈉燈 路面類型 水泥砼路面 功率 150W 路面寬度 W=12.75m 燈具 TG87 燈具安裝方式 對稱排列布置 燈具利用系數(shù) η=0.4 燈具間距 S=6m 燈具光通量 Φ= 15000 lm 燈具養(yǎng)護系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設計為對稱布置N=2 （1） 路面平均水平照度計算： （2） 路面亮度計算： 根據(jù)《公路隧道通風照明設計規(guī)范》可知，對于水泥砼路面，平均亮度和平均照度之間的關系可按下式計算： 本設計取換算系數(shù)為11，則有代入式得： 滿足規(guī)范要求。 4.3.2 入口段照明計算 本段照明有基本照明和加強照明組成，基本照明的照度和亮度與中間段相同，加強段照明計算見下表。 入口段照明計算表 光源 高壓鈉燈 路面類型 水泥砼路面 功率 400W 路面寬度 W=12.75m 燈具 TG87 燈具安裝方式 對稱排列布置 燈具利用系數(shù) η=0.4 燈具間距 S=0.8m 燈具光通量 Φ=40000 lm 燈具養(yǎng)護系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設計為對稱布置N=2 加強照明對路面的平均水平照度為： 4.3.3 過渡段照明計算 R1過渡段照明計算，加強照明計算資料如下表 光源 高壓鈉燈 路面類型 水泥砼路面 功率 250W 路面寬度 W=12.75 燈具 TG87 燈具安裝方式 對稱排列布置 燈具利用系數(shù) η=0.4 燈具間距 S=2.0m 燈具光通量 Φ= 25000 lm 燈具養(yǎng)護系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設計為對稱布置N=2 加強照明對路面的平均水平照度為： TR2過渡段照明計算，加強照明計算資料如下表 光源 高壓鈉燈 路面類型 水泥砼路面 功率 250W 路面寬度 W=9.5 燈具 TG87 燈具安裝方式 對稱排列布置 燈具利用系數(shù) η=0.4 燈具間距 S=8m 燈具光通量 Φ= 25000 lm 燈具養(yǎng)護系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設計為對稱布置N=2 加強照明對路面的平均水平照度為： 2.4.4出口段照明計算 出口段照明計算表如下： 光源 高壓鈉燈 路面類型 水泥砼路面 功率 400W 路面寬度 W=12.75m 燈具 TG87 燈具安裝方式 對稱排列布置 燈具利用系數(shù) η=0.4 燈具間距 S=4.0m 燈具光通量 Φ=40000 lm 燈具養(yǎng)護系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設計為對稱布置N=2 加強照明對路面的平均水平照度為： 滿足規(guī)范要求。