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福建三福高速公路福州段隧道关键技术研究

项目名称：	福建三福高速公路福州段隧道关键技术研究
摘要：	京福高速公路福州段约100km，其中隧道约13座，单洞延长近28km，最长的隧道美菰林隧道约5.6km，针对工程特点，本课题对特长公路隧道通风方式、公路隧道照明技术进行研究。目前，国内在如此长大的隧道工程项目采用斜井排出式纵向通风方式，尚属首例，通过研究将填补国内该领域的空白。采用1:1实测实验研究方法顷照明系统不同布置方式、不同布置间距的配光实验，来了解灯具有配光的基本性能和灯具布置的效率问题，从而揭示高效配光特点与公路隧道特点有结合的关键所在也属首例，通过研究将填补国内该领域的空白。本项目研究取得的科技成果主要表现在： 1.技术设计（1）通过消化、吸收国内外相关最新理论，最新技术，完成了美菰林通风方案的研究，其总体方案已通过专家评审，已应用于施工图设计。经技术经济综合比较美菰林隧道通风方案采用竖井排风加射流风机调压的组合通风方式。它的特点如下： 1）利于环保； 2）行车舒适，噪音较小 3）灾排烟较易； 4）通风设施维护方便，斜井短，工程费较低。（2）美菰林隧道通风方案的研究在隧道交通量、阻滞工况、排放标准等方面的掌握，对确定隧道合理的需风量有较大的创新与突破。本研究充分发挥监控设施的作用，结合交通工程的有关规定，将80km/h计算行车速度的阻塞车速定义为30km/h，对小于这一车速的工况采用监控设施加以指挥，而不是盲目加大通风量来解决，仅此一项可节约大量投资和营运费用，值得在相似工程中认真考虑。在交通量的计算中根据我国公路交通量的调查资料，参照国内相似路段的情况，确定了高峰小时交通量按年平均日交通量的12%计算，明确了基准排放量q的设计年限，与交通量N的设计年限相匹配，按每年1%为递减率计算获得了设计年限的基准排放量。（3）首次在国内采用地下风机房技术也是一个可喜的突破。其管理维护较为方便，轴流风机的动压损失可明显减小，对环境保护也十分有利。 2数值模拟（1）风机射导致气流之间的剧烈碰撞和混掺，壁面阻对射流的影响以及存在不同程度的涡流等原因，必然引起射流能量的损失，出现实际调压值小于理论的现象。风机调压的综合影响系数K小于1。（2）风机射流增压时的能量损失比例稍大降压时的能量损失比例，射流风机出口风速对风机的调压能力有很大影响，风机出口风速由30m/s降为25m/s，风速减小约16.7%而射流推力却降低了31%，综合影响系数K也相应降低。风机在隧道内达到升压的最大值不是在风机的出口处，而是在距风机出口50~60米的地方，即在射流发展的主体段。（3）隧道与风道的连接形式对汇流阻力系数有很大影响。使汇流连接处具有顺畅的连接型式是减小汇流损失的一个有效途径。 3模型试验相似理论从模型试验的相似理论研究不难看出，在几何相似的前提下，运动相似是动力相似的表现，而使隧道通风气流流动相似最简便易行的办法是使之成为充分发展的紊流，即使流体进行阻力平方区。因此，对于隧道通风气流来说，在几何相似的前提下，使模型流成为充分发展的紊流，是与原型流保持相似的唯一条件。结合模型材料，采用对壁面加糙的办法，增大 Δ 模型的表面相对粗糙度D，从而使模型流入阻力平方区，推算出模型几何比例大于1:12。 4模型试验（1）多种工种的试验表明，美菰林隧道运营通风系统设计是基本合理、可行的，通过排风机、射流风机以及汽车活塞作用的合理、巧妙组合，可以较经济地满足运营的要求。在提高隧道断面速度方面，斜井排风机的转速提高作用仅为相应送风机的转速提高作用的1/2~1/3左右隧道端口送风机+斜井排风机的组合通风中，汇流三通段处主洞长端段和短段间气流的窜流不能完全避免。因此，运营中应注意控制射流风机的开启数量，以积极地发挥射流风机的调压作用。（2）根据流体力学原理，建立了隧道与风道连接三通的汇流阻力系数的计算表达式，并通过模型试验，采用量纲分析的原理和数值分析的方法，提出了计算隧道与风道连接三通的汇流阻力系数的经验公式。这将为隧道运营通风系统设计提供了极大的方便。（3）直交与斜交方式相比，隧道与排风道的60°斜交方式的三通汇流阻力损失比直交方式要大。 5火灾排烟试验（1）根据火灾排烟试验，美菰林隧道应设四个防灾分区。火灾发生第一分区时，采用第二分区内的射流风机逆转控制烟流的扩散，将烟雾从隧道入口排出。火灾发生在第二分区时，采用第一分区内的射流风机和斜井排风机联合将烟雾从排风口经斜井排出。火灾发生在第三分区时，采用斜井排风机控制烟流的扩散，将烟雾从排风口排出。火灾发生在第四分区时，宜采用第二分区内射流风机将烟雾从隧道出口排出。（2）从防灾难的角度来论证适用自然通风系统的极限隧道长度。建议采用自然通风系统的最大隧道长度为600~800m，同理，对于大隧道，为便于火灾时人员的撤离，作为逃生通道的人行横洞，建议其合理间距取600~800m。 6照明技术研究（1）灯具在布置方式影响照明系统效率：中心布置比双侧排布置效率高，双测交错布置双比双侧对称布置效率高。（2）在大量的照明实例工作的基础上，把布灯方式定在排布偏置60cm处和侧布在一侧布灯高度为6.3m处的两种布灯方案。这两种方案将有效地解决公路隧道营运过程中的养护和运营费用高的难题，是较高效率的布灯方式。（3）灯体大小、反光器形式是影响灯具配光质量、性能的关键。具有大灯体、特殊的反光器的照明灯具是适合隧道照明特点的理想灯具。（4）对逆光照技术进行了研究，提出加大力度和开发逆光灯具是今后增效节能的最有效的途径。（5）研制开发了KJID型康吉系列新型灯具，该系列灯具采用了许多研究成果，有些特点为其它灯具所不具备，是一种集大家之长，又含许多高技术成果的新型灯具。
关键词：	关键技术研究；高速公路；射流风机；隧道通风；运营通风系统；分区；斜井；灯具；自然通风系统；相似
项目负责人：	潘向阳,詹开火,涂耘
参与人员：	陈文辉,艾四芽,伍秉顺,林其辉,张振东,陈永锋,何以群,唐颖,蒋树屏,韩直,陈彦华,屈志豪,赵清碧,谭光友,刘伟
组织单位：	福州京福高速公路有限责任公司
主持或承担单位：	福建省交通规划设计院,重庆交通科研设计院
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2001-11-1～2003-11-1
立项年份：	2001