隧道通风照明课程设计

.精选文档.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周指导教师(签字)院长(主任)(签字)2016年12月16日目录第1章设计原始资料1.1技术标准及设计标准 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 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隧道设置形式设计第3章隧道主体结构构造设计3.1洞门设计3.2衬砌设计第4章隧道通风设计4.1通风方式的确定4.2需风量计算4.2.1CO排放量计算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出口段照明计算参考文献图纸部分第1章设计原始资料1.1技术标准及设计标准规范1.1.1主要技术标准（1）隧道按规定的远期交通量设计，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主要设计标准规范（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）《公路工程技术标准》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》GB50086-2001；（6）《地下工程防水技术规范》GB50108-2001；（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。交通量组成为：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。左洞桩号及地质情况：里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质ZK253+182～ZK253+200Ⅴ18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=0.8～1.8Km/s，轻度渗水ZK253+200～ZK253+500Ⅳ300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=2.0～2.5Km/s。轻度渗水ZK253+500～ZK254+000Ⅲ500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=3.2～3.8Km/s。硐室干燥ZK254+000～ZK254+270Ⅳ270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=3.2～3.8Km/s。轻度渗水ZK254+270～ZK254+560Ⅲ290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=2.8～4.0Km/s。硐室干燥ZK254+560～ZK254+730Ⅳ170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=3.2～3.8Km/s。轻度渗水ZK254+730～ZK255+160Ⅲ430志留系纱帽组页岩、粉砂岩，岩石节理裂隙不发育，Vp=3.4～4.0Km/s。硐室干燥ZK255+160～ZK255+350Ⅳ190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情况：里程桩号围岩级别长度（m）工程地质条件水文地质YK253+162～YK253+190Ⅴ28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=0.8～1.8Km/s，轻度渗水或滴水YK253+190～YK253+450Ⅳ260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=2.0～2.5Km/s。轻度渗水YK253+450～YK253+950Ⅲ500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=3.2～3.8Km/s。硐室干燥YK253+950～YK254+250Ⅳ300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=3.2～3.8Km/s。轻度渗水YK254+250～YK254+510Ⅲ260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=2.8～4.0Km/s。硐室干燥YK254+510～YK254+880Ⅳ370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=3.2～3.8Km/s。轻度渗水或滴水YK254+880～YK255+300Ⅲ420志留系纱帽组页岩、粉砂岩，岩石节理裂隙不发育，Vp=3.4～4.0Km/s。硐室干燥YK255+300～YK255+375Ⅳ75大冶组第三段（T1d3轻度渗水隧道总体设计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要求，综合确定。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：一般要求，≤3%。施工中出渣或材料运输的作业效率；运营期间车辆行驶的安全性和舒适性；运营通风的要求。纵坡形式：一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。从行车舒适性和运营通风效率来看，采用单向坡较好，但是施工会出现逆坡排水问题。该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。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，设置竖井通风施工难度较大；隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，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，设置人字坡将会使隧道长度增加；鉴于以上原因，该隧道决定采用有变坡点的单坡。坡度计算为，所以该隧道采用的坡度为3%。2.2横断面设计该隧道的建筑限界隧道的建筑限界按100km/h时速进行设计，建筑限界取值确定如下：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1003×5详见图纸部分：隧道建筑限界图。2.3隧道设置形式设计在地质条件相同的情况下，分离式隧道造价最低，施工速度较快且比较安全，一般用于长隧道。该隧道2213m，属于长隧道，因此采用分离式隧道。隧道主体结构构造设计3.1洞门设计该隧道左、右洞进口处均处在裂隙发育，岩石破碎的地质区域内，围岩级别均为Ⅴ级，围岩极差，水文地质情况为轻度渗水或滴水。所以采用翼墙式洞门，翼墙式洞门由端墙和翼墙组成，翼墙是为了增加端墙的稳定性而设置的，同时对路堑边坡也起支撑作用。隧道左、右洞的出口处也处在裂隙发育，岩石破碎的地质区域内，围岩级别均为Ⅳ级，围岩极差，水文地质情况为轻度渗水。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，根据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Ⅲ15-拱墙20MnSi钢筋拱、墙@25x25-Ⅳ20-拱墙20MnSi钢筋拱、墙@20x20-Ⅴ30-拱墙20MnSi钢筋拱、墙(双层)@20x20-Ⅴ级浅埋30-拱墙5.020MnSi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，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。二次衬砌厚度设置如下表：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)Ⅲ4545C20--Ⅳ50，钢筋混凝土50C25HRB335251473Ⅴ60，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25HRB335251946Ⅴ级浅埋60，钢筋混凝土60，钢筋混凝土C25HRB335252945Ⅴ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断面的钢筋面积。第4章隧道通风设计在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气是行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。⑴该隧道通风设计主要考虑以下因素：①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，因此出口段的有害气体浓度相对较大，设计时给予注意。②交通量，车流量大，为2800辆/h，且主要为小型货车和小型客车。③隧道所处地区的地理、气候条件和周围环境的影响。应充分考虑利用。④隧道内交通事故、火灾等非常情况。⑤隧道工程造价的维修保养费用等。⑵根据《公路隧道工程设计规范》，本隧道通风应满足下列要求：①单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s，特殊情况下可取12m/s，双向交通的隧道设计风速不应大于8m/s，人车混合通行的隧道设计风速不应大于7m/s。②风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。③确定的通风方式在交通条件等发生改变时，应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。④隧道运营通风的主流方向不应频繁变化。⑤CO允许浓度：正常运行：200ppm发生事故时（15min）：250ppm4.1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：2800辆/h，单向交通隧道。L·N=2213×2800=6196400>2×106所以采用机械通风，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：道路等级：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：ρ3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1185m2交通量组成为：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%4.2.1CO排放量计算①取CO基准排放量为：qco3/辆·km②③依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞），不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如表所示：工况车速（km/h)1008060402010fivi=3%fd④考虑CO的海拔高度修正系数平均海拔高度：h=（1120+1185）/2=1152.5m。⑤考虑CO的车型系数如表：考虑CO的车型系数表：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fm1157⑥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=7\*GB3⑦计算各工况下全隧道CO排放量：Qco=·qco·fa·fd·fh·fiv·L··(Nm·fm)当V=100km/h时，Qco=××1××××2213×[(252+504+196+868)×1+560×2.5+420×5]=0.0391其他工况车速下CO的排放量用同样的方法计算，得出的计算结果如下表所示。工况车速（km/h）1008060402010CO量（m3QUOTE\*MERGEFORMAT/s）注：交通阻滞工况，v=10km/h，根据规范，阻滞段的计算长度不宜大于1000m，因此计算时，取L=1000m。Qco=××1×××6×1000×[(252+504+196+868)×1+560×2.5+420×5]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：3/s4.2.2稀释CO的需风量=1\*GB3①取烟雾基准排放量为：QUOTEqVIQUOTEm3/辆·km=2\*GB3②考虑烟雾的车况系数为：fa(VI)=3\*GB3③依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滞），不同工况下的速度修正系数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%fd136④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=5\*GB3⑤考虑烟雾的海拔高度修正系数：平均海拔高度：h=（1120+1185）/2=1152.5m。⑥考虑烟雾的车型系数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3~4=7\*GB3⑦计算各工况下全隧道烟雾排放量：算出各工况车速下的烟雾排放量如下表：工况车速Km/h1008060402010烟雾量(m2/s)注：交通阻滞工况，v=10km/h，根据规范，阻滞段的计算长度不宜大于1000m，因此L=1000m。=8\*GB3⑧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稀释烟雾的需风量−1，则烟雾稀释系数K=0.0065。4.2.5稀释空气内异味的需风量取每小时换气次数为5次，则有：4.2.6考虑火灾时排烟的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=2213m2设计交通量：2800辆/h大型车混入率：QUOTE\*MERGEFORMATr1=25%计算行车速度：需风量：隧道设计风速：隧址空气密度：ρ=1.2kg/QUOTE\*MERGEFORMATm34.3.2隧道内所需升压力①通风阻抗力:②自然风阻力③交通通风力汽车等效阻抗面积当时，隧道内车辆数：因此，隧道内所需的升压力为：4.3.3通风机所需台数通风机采用1120射流式风机，每台的升压力为：合计需要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的各种视觉问题的主要方法。由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。该隧道大致为东西走向，进、出口处地形缓和，植被条件良好，且隧道所在地空气湿润，因此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主要的基准值，该隧道设计车速为100km/h，洞外亮度参照规范取值为4500cd/m2。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±25%，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，又由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，仅采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。因为纵坡为3%，设计时速为100km/h，所以DS=145m。因此接近段长度取145m,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。5.2洞内照明⑴入口段①入口段的照明亮度计算②入口段长度Dth计算入口段照明由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），灯具对称排列布置，加强照明由功率为400W的加强灯组成，间距为0.8m，入口段灯具从洞口以内10m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亮度到中间段低亮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。过渡段由TR1，TR2，TR3三个照明段组成。各段照明要求和设计如下：①TR1过渡段亮度计算：基本照明于中间段相同，加强照明由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。②TR2过渡段亮度计算：基本照明与中间段相同，加强照明由功率为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111m。③TR3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。⑶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150W的夜灯（兼紧急照明，UPS供电），灯具对称排列布置，灯具横向安装范围为行车道左右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，设置出口段照明，出口段长度取60m，亮度取中间段亮度的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。（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。因此光源考虑采用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路面宽度灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数η灯具间距S=6m灯具光通量Φ=15000lm灯具养护系数灯具布置系数本设计为对称布置N=2⑴路面平均水平照度计算：⑵路面平均亮度计算：根据《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的关系可按下式计算：设计取换算系数为11，则满足规范要求。5.3.2入口段照明计算该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路面宽度灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数η灯具间距灯具光通量Φ=40000lm灯具养护系数灯具布置系数本设计为对称布置N=2加强照明对路面的平均水平照度为：路面平均亮度计算：基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：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路面宽度灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数η灯具间距灯具光通量Φ=25000lm灯具养护系数灯具布置系数本设计为对称布置N=2加强照明对路面的平均水平照度为：路面平均亮度计算：基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：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路面宽度灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数η灯具间距S=8m灯具光通量Φ=25000lm灯具养护系数灯具布置系数本设计为对称布置N=2加强照明对路面的平均水平照度为：路面平均亮度计算：基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：TR3只有基本照明，所以和中间段情况相同。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路面宽度灯具TG87灯具安装方式对称排列布置灯具利用系数η灯具间距灯具光通量Φ=40000lm灯具养护系数灯具布置系数本设计为对称布置N=2加强照明对路面的平均水平照度为：路面平均亮度计算：基本照明亮度与加强照明亮度的叠加值为：主要参考资料3.王毅才主编，隧道工程，人民交通出版社，20087.张庆贺、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，中国水力水电出版社，19999.关宝树编著，隧道工程设计要点集，人民交通出版社，2010图纸部分：隧道建筑限界图（单位：m）：隧道内轮廓断面图（单位：m）：