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課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 題 目 分離式（三）車道公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì) 學(xué) 院 交通土建學(xué)院 專 業(yè) 城市地下空間工程專業(yè) 班 級(jí) 地下122 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 12 月 8 日至 12 月 12 日 共 1 周 指導(dǎo)教師(簽字) 院長(zhǎng)(主任)(簽字) 年 月 日 第1 章 設(shè)計(jì)原始資料 1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 （1） 隧道按規(guī)定的遠(yuǎn)期交通量設(shè)計(jì)，采用分離式單向行駛二車道隧道（上、下行分離）。 （2） 隧道設(shè)計(jì)車速，隧道幾何線形與凈空按100km/h 設(shè)計(jì)，隧道照明設(shè)計(jì)速度按100km/h 設(shè)計(jì)。 1.1.2 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 1.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 2.公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)細(xì)則 5.馬林頭隧道畢業(yè)設(shè)計(jì) 6.鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 7.張慶賀、朱合華編，土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南—隧道及地下工程分冊(cè)，中國(guó)水力水電出版社，1999 8.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范 9.關(guān)寶樹編著，隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集，人民交通出版社，2010 1.2 工程概況 隧道左洞樁號(hào)：ZK253+182~ ZK255+350；右洞樁號(hào)：YK253+162~ YK255+375。設(shè)計(jì)標(biāo)高為：進(jìn)洞口為11.20m，出洞口為：11.85m。按新奧法施工 設(shè)計(jì)速度：100km/h 設(shè)計(jì)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(zhì)概況 隧道地處鄂西南褶皺山區(qū)?？傮w上地勢(shì)陡峻，沖溝發(fā)育，為構(gòu)造剝蝕、溶蝕低中山地貌景觀。構(gòu)造剝蝕碎屑巖區(qū)屬峰叢峽谷低中山地貌，地面標(biāo)高高程1030～1570m，相對(duì)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(fù)向斜南東翼，呈現(xiàn)單斜構(gòu)造特征，依次出露志留系至三迭系地層，地層傾向310～330，進(jìn)口段傾角為30～40，出口段傾角變緩，約8～10。斷裂構(gòu)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(shè)計(jì) 2.1 縱斷面設(shè)計(jì) 本隧道的基本坡道形式設(shè)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(fēng)問題和對(duì)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(duì)汽車行駛、隧道施工和養(yǎng)護(hù)管理都不利。單向通行的隧道設(shè)計(jì)成單坡對(duì)通風(fēng)是非常有利的，因汽車都是單坡行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有害氣體少，對(duì)通風(fēng)也很有利。但是本隧道進(jìn)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(shè)計(jì) 隧道的建筑限界按100km/h時(shí)速進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑限界取值確定如下： 圖2.1 隧道建筑限界（單位：m） 設(shè)計(jì)時(shí)速 （100km/h) 車道寬度 側(cè)向?qū)挾? 檢修道 頂角寬度 左側(cè) 右側(cè) 左側(cè) 右側(cè) 左側(cè) 右側(cè) 100 3*3.75 0.50 1.00 1.00 1.00 0.50 1.00 表2-1 建筑限界設(shè)置 （單位：m） 2.2.2 緊急停車帶 該隧道為長(zhǎng)隧道，所以在行車方向的右側(cè)設(shè)置緊急停車帶。緊急停車帶的設(shè)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(zhǎng)度見下圖： 2.2.3 橫向通道 上下行分離獨(dú)立雙洞的公路隧道之間應(yīng)設(shè)置橫向通道。人行橫通道間距設(shè)為500m，車行橫通道間距設(shè)置為750m，與緊急停車帶對(duì)應(yīng)布置。其建筑限界如下： 圖2.2 緊急停車帶建筑限界、寬度、長(zhǎng)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(nèi)輪廓設(shè)計(jì) 根據(jù)建筑限界，利用三心圓，得出各斷面內(nèi)輪廓如下圖： 圖2.4隧道正常斷面內(nèi)輪廓圖 （單位：m） 圖2.5 隧道緊急停車帶內(nèi)輪廓圖（單位：m） 第3章 隧道通風(fēng)設(shè)計(jì) 3.1 通風(fēng)方式的確定 隧道長(zhǎng)度：左洞長(zhǎng)度為2168m，右洞長(zhǎng)度為2213m，交通量：3800輛/h，單向交通隧道。 （3-1） 故采用機(jī)械通風(fēng)，縱向射流式通風(fēng)方式。 3.2 需風(fēng)量計(jì)算 3.2.1 CO排放量計(jì)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(jì)算各工況下全隧道CO 排放量： 當(dāng)υ =100km/ h時(shí) 其他各種工況車速下CO 的排放量用同樣的方法計(jì)算，得出計(jì)算結(jié)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(jì)算可以看出，在工況車速為10km/h 時(shí)，CO 排放量最大，為： 3.2.2稀釋CO的需風(fēng)量 ① 根 據(jù) 技 術(shù) 要 求 ， CO 設(shè) 計(jì) 濃 度 為 ： 正 常 行 駛 δ = 200ppm ， 發(fā)生事故時(shí)（15min）δ = 250ppm ② 隧址設(shè)計(jì)溫度tm=20℃,換算成為絕對(duì)溫度T=273+20 =293。 ③ 隧址大氣壓無(wú)實(shí)測(cè)值，按下式計(jì)算： ④ 稀釋CO 的需風(fēng)量： 3.2.3煙霧排放量計(jì)算 ① 取煙霧基準(zhǔn)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(jì)算各工況下全隧道煙霧排放量 當(dāng)υ =100km/ h時(shí) 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(jì)算可知，在工況車速為10km/h 時(shí)，煙霧排放量最大，為： 3.2.4稀釋煙霧的需風(fēng)量 ① 根據(jù)規(guī)范，取煙霧設(shè)計(jì)濃度為K= 0.0070m?1 ② 稀釋煙霧的需風(fēng)量為： 3.2.5稀釋空氣內(nèi)異味的需風(fēng)量 取每小時(shí)換氣次數(shù)為5 次，則有： 3.2.6考慮火災(zāi)時(shí)排煙的需風(fēng)量 取火災(zāi)排煙風(fēng)速為Vr=6m/s，則需風(fēng)量為： 結(jié)論： 綜合以上計(jì)算可知道， 本隧道通風(fēng)量由稀釋煙霧的需風(fēng)量決定， 為 3.3 通風(fēng)計(jì)算 3.3.1 計(jì)算條件 隧道長(zhǎng)度：Lr=2186m 隧道斷面積：Ar=107.5m2 隧道當(dāng)量直徑：Dr=10.5m 設(shè)計(jì)交通量：3800 輛/h 大型車混入率：r1=24% 計(jì)算行車速度： t ν =100km/h=27.78m/s 需風(fēng)量： 隧道設(shè)計(jì)風(fēng)速： 隧址空氣密度：ρ=1.2 kg /m3 3.3.2 隧道內(nèi)所需升壓力 ① 空氣在隧道內(nèi)流動(dòng)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(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)壓為： 汽車等效抗阻面積： 隧道內(nèi)車輛數(shù): 則: 3.3.2 隧道內(nèi)所需升壓力 因此，隧道內(nèi)所需要的升壓力為： 3.3.3 通風(fēng)機(jī)所需臺(tái)數(shù) 900型射流風(fēng)機(jī)每臺(tái)的升壓力計(jì)算： 所以： 合計(jì)需要160臺(tái)射流式風(fēng)機(jī)，按每組2臺(tái)布置，可布置80組共160臺(tái)，間距為27.4m。 1120 型射流風(fēng)機(jī)所需臺(tái)數(shù)： 所以： 合計(jì)需要98臺(tái)射流式風(fēng)機(jī)，按每組2臺(tái)布置，可布置49組共98臺(tái)，間距為45.1m。 第4章 隧道照明設(shè)計(jì) 隧道照明是消除隧道內(nèi)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(fèi)用較高，因此，必須科學(xué)地設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)合理。 該隧道進(jìn)、出口處地形緩和，植被條件良好，且隧道所在地空氣濕潤(rùn)，因此洞外光線不是很強(qiáng)烈，對(duì)洞內(nèi)照明設(shè)計(jì)有利。本隧道左、右行道照明分別設(shè)置洞外和洞內(nèi)照明，洞外照明為接近段，洞內(nèi)照明為：入口段、過渡段、中間段和出口段，照明計(jì)算以照明燈具的資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并考慮了隧道內(nèi)采用水泥混凝土地面和邊墻采用象牙色淡黃色油漆為計(jì)算條件。 4.1 洞外接近段照明 在照明設(shè)計(jì)中，車速與洞外亮度是兩個(gè)主要的基準(zhǔn)值，本隧道設(shè)計(jì)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(shí)，應(yīng)采用黑度法進(jìn)行洞外亮度實(shí)測(cè)。實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的誤差。如超出25%，應(yīng)調(diào)整照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。洞外亮度等級(jí)對(duì)隧道造價(jià)和營(yíng)運(yùn)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(qiáng)烈，因此無(wú)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(diǎn)起，在路基兩側(cè)種植常青樹，(2) 恢復(fù)由于道路建設(shè)所損失的綠化。 接近段長(zhǎng)度取洞外一個(gè)照明停車視距DS，對(duì)于縱坡為2%，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，取DS=149m。因此接近段長(zhǎng)度取154m,接近段位于隧道洞外，其亮度來(lái)自洞外的自然條件，無(wú)需人工照明。 4.2 洞內(nèi)照明 （1） 入口段 入口段的照明亮度th L 計(jì)算： 入口段長(zhǎng)度th D 計(jì)算： 入口段照明由基本照明和加強(qiáng)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(duì)稱排列布置，加強(qiáng)照明由功率為400W 的加強(qiáng)燈組成，間距為1m，入口段燈具從洞口以內(nèi)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(wù)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(jī)造成的不適應(yīng)現(xiàn)象，使之能有充分的適應(yīng)時(shí)間。過渡段由TR1，TR2，TR3 三個(gè)照明段組成。各段照明要求和設(shè)計(jì)如下： ① TR1 過渡段亮度計(jì)算：Ltr1 =0.3 Lth=0.3202.5=60.75(cd/m2) 基本照明于中間段相同，加強(qiáng)照明由250W 功率的加強(qiáng)燈間距2m 對(duì)稱排列布置，TR1 過渡段長(zhǎng)度根據(jù)規(guī)范取106m。 ② TR2 過渡段亮度計(jì)算：Ltr2 =0.1Lth =0.1202.5=20.25(cd/m2) 基本照明與中間段相同，加強(qiáng)照明由功率為250W 的加強(qiáng)燈組成，對(duì)稱排列布置，間距8m，均勻布置在基本照明之間，其長(zhǎng)度按規(guī)范中規(guī)定取值為Dtr2 =111m 。 ③ TR3 過渡段亮度計(jì)算：Ltr3 =0.035Lth =7.09(cd/m2) 采用基本照明，不設(shè)加強(qiáng)照明。本段長(zhǎng)度取167m。 （3） 出口段： 本隧道為單向交通隧道，設(shè)置出口段照明，出口段長(zhǎng)度取60m，亮度取中間段亮度的5 倍。基本照明設(shè)置于中間段相同，加強(qiáng)照明為功率為400W 的加強(qiáng)燈，設(shè)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(wù)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(guān)。根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)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(duì)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(zhǎng)度與路面亮度按規(guī)范取值如下： 長(zhǎng)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(jì)算 4.3.1 中間段照明計(jì)算 表4.1中間段照明計(jì)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(duì)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(hù)系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設(shè)計(jì)為對(duì)稱布置N=2 （1） 路面平均水平照度計(jì)算： （2） 路面亮度計(jì)算： 根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，對(duì)于水泥砼路面，平均亮度和平均照度之間的關(guān)系可按下式計(jì)算： 本設(shè)計(jì)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(jì)算 本段照明有基本照明和加強(qiáng)照明組成，基本照明的照度和亮度與中間段相同，加強(qiáng)段照明計(jì)算見下表。 入口段照明計(jì)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(duì)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(hù)系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設(shè)計(jì)為對(duì)稱布置N=2 加強(qiáng)照明對(duì)路面的平均水平照度為： 4.3.3 過渡段照明計(jì)算 R1過渡段照明計(jì)算，加強(qiáng)照明計(jì)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(duì)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(hù)系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設(shè)計(jì)為對(duì)稱布置N=2 加強(qiáng)照明對(duì)路面的平均水平照度為： TR2過渡段照明計(jì)算，加強(qiáng)照明計(jì)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(duì)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(hù)系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設(shè)計(jì)為對(duì)稱布置N=2 加強(qiáng)照明對(duì)路面的平均水平照度為： 2.4.4出口段照明計(jì)算 出口段照明計(jì)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(duì)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(hù)系數(shù) M=0.7 燈具布置系數(shù) 本設(shè)計(jì)為對(duì)稱布置N=2 加強(qiáng)照明對(duì)路面的平均水平照度為： 滿足規(guī)范要求。