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公路隧道內(nèi)廢氣分布規(guī)律的研究

文檔作者：杜峰張村峰魯鋼文檔來(lái)源： 1南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院南京 2江蘇瑞豐科技實(shí)業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月11日
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公路隧道 2012年第2期(總第78期)
公路隧道內(nèi)廢氣分布規(guī)律的研究
杜 峰 張村峰 魯 鋼
(1南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院南京 210009；2江蘇瑞豐科技實(shí)業(yè)有限公司 南京 210009)
摘 要隧道廢氣污染是目前城市隧道面臨的主要難題。隧道污染物在隧道中的分布對(duì)隧道通風(fēng)和交通的組織
有重要影響。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了南京市玄武湖隧道內(nèi)廢氣主要成分的分布情況，并測(cè)量了南京市主要隧
道中CO的分布情況，分析CO的分布規(guī)律，并對(duì)隧道的通風(fēng)和交通組織提出了建議。
關(guān)鍵詞隧道廢氣CO 通風(fēng)
1 引 言
城市隧道是目前各大城市解決城市交通擁堵重
要手段，但其在運(yùn)行過(guò)程中也存在許多不利影響。
就通風(fēng)而言，面臨的主要難題是如何解決隧道內(nèi)廢
氣的污染，廢氣的排放方式與大氣環(huán)境影響、周圍區(qū)
域規(guī)劃之間的矛盾l】]。在隧道廢氣中，存在有來(lái)自
汽車尾氣的多種有毒有害成分I- ，主要包括：碳煙
(碳微粒)、碳?xì)浠衔?CH)、CO 、SO 和NO 等，
以及來(lái)自車輛行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的大量揚(yáng)塵。這些
廢氣組分對(duì)隧道內(nèi)的人員行車造成嚴(yán)重影響[2 ]：
司乘人員長(zhǎng)時(shí)問(wèn)接觸汽車尾氣可導(dǎo)致CO中毒；碳
氫化合物和NO 通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)可產(chǎn)生光化學(xué)煙
霧，對(duì)人的眼睛有強(qiáng)烈的刺激作用及其它不良影響；
碳煙和路面揚(yáng)塵對(duì)人眼產(chǎn)生視覺(jué)障礙，容易使駕駛
人員的視線模糊，造成交通事故。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)隧道內(nèi)廢氣的處理通常是以稀
釋有害成分濃度為目的的通風(fēng)換氣法l5]。通風(fēng)換氣
法以車尾氣所含各種有害成分中有礙生理的代表物
CO和有礙視距的煙塵濃度為指標(biāo)，決定通風(fēng)量的
大小，使隧道內(nèi)空氣滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求。常
用的通風(fēng)方式包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)l6]。機(jī)械通
風(fēng)按通風(fēng)方式不同有全橫向通風(fēng)、半橫向通風(fēng)和縱
向通風(fēng)三種方式。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常假定隧道內(nèi)CO和
煙塵均勻分布，根據(jù)隧道車流量計(jì)算產(chǎn)生的C()和
煙塵濃度，然后得到相關(guān)的隧道風(fēng)量。實(shí)際上，由于
隧道結(jié)構(gòu)、空氣流動(dòng)方式和車流的影響，隧道內(nèi)污染
物并非均勻分布，采用上述設(shè)計(jì)方法得到的通風(fēng)量
往往與偏差較大[71。因此，對(duì)隧道污染物的分布尤
其是CO的分布情況進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，對(duì)隧道通風(fēng)防
排煙的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。
2 南京玄武湖隧道廢氣組分分布規(guī)律
隧道廢氣組分分布受隧道內(nèi)車流量、隧道通風(fēng)
方式和建筑結(jié)構(gòu)等影響。在通常情況下，隧道以自
然通風(fēng)為主。當(dāng)車流達(dá)到隧道設(shè)計(jì)的某一限值時(shí)，
隧道射流風(fēng)機(jī)開啟，通過(guò)風(fēng)機(jī)的通風(fēng)換氣，降低隧道
污染物的濃度。
2．1 玄武湖隧道基本情況和測(cè)量布置
南京玄武湖隧道建于2002年，是南京市快速內(nèi)
環(huán)交通的主要干線之一。圖1是玄武湖隧道示意
圖，隧道全長(zhǎng)2300m，東西走向，橫跨玄武湖底部，為
雙洞雙向隧道。在隧道靠近西側(cè)出口800m處設(shè)有
岔道，與外界道路相連。每個(gè)隧道設(shè)計(jì)車道為3車
道，設(shè)計(jì)交通流量為7000輛·h一 。圖2為隧道截
面示意圖。每個(gè)隧道均為拱門型，凈高4．5m，寬
13．6m。每個(gè)隧道頂部均設(shè)有兩列射流風(fēng)機(jī)用于通
風(fēng)排煙。
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圖1 玄武湖隧道平面圖
· 27 ·
公路隧道 2012年第2期(總第78期)
由于每個(gè)隧道的設(shè)計(jì)車流量和隧道結(jié)構(gòu)完全相
同，隨機(jī)選取了自西向東的隧道作為測(cè)量隧道，測(cè)量
地點(diǎn)如圖1中的A、B和C所示。其中A和C分別
距離西出口和東出口100m，B在岔道與主隧道相交
處。測(cè)量位置離地面1．0m，測(cè)量的組分包括HC，
NO 和CO。測(cè)量時(shí)間為8：00、17：00和23：O()。為
分析隧道懸浮顆粒物的變化，在c點(diǎn)對(duì)可吸入顆粒
物PM10也進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量時(shí)射流風(fēng)機(jī)均未開
啟。
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圖2 玄武湖隧道橫斷面圖
2．2 測(cè)量結(jié)果分析 表中的標(biāo)準(zhǔn)值是《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》給出的參考
表1給出了玄武湖隧道廢氣組分的測(cè)量結(jié)果。 值，交通流量是單個(gè)隧道的實(shí)測(cè)車流量。
表1 玄武湖隧道廢氣組分測(cè)量結(jié)果
編號(hào) 測(cè)量時(shí)間 位置 HC／mg·m一。 N0 ／mg·m 0 CO／mg·m一。 PMlo／mg·m 。 交通流量／h 1
MA 8：00 A 0．26 0．088 11．35
M B 8：00 B 0．84 0．822 16．84 3576
MC 8：00 C 0．74 1．036 25．40 0．872
AA 17：00 A O．24 0．080 2．85
AB 17：00 B 0．22 0．205 5．94 3630
AC 17：00 C 0．62 0．771 6．98 1．651
NA 23：00 A O．27 0．042 3．64
NB 23：00 B O．21 0．073 5．38
981
NC 23：00 C O．24 0．516 8．32 2．25l
標(biāo)準(zhǔn)值 0．60 0．240 10 0．15
從表1可看出，隧道廢氣組分濃度與車流量有
很大的關(guān)系。在交通高峰期，車流量大，相應(yīng)的
HC，NO 和CO也具有較高的濃度。從隧道本身來(lái)
看，在交通高峰期，離隧道進(jìn)口處越遠(yuǎn)，隧道污染物
濃度越高，出口處污染物濃度比進(jìn)口處高出數(shù)倍。
在車流量大致相同的情況下，污染物分布也不一定
相同。早晨上班高峰期的污染物濃度分布比下午下
班高峰期大。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的
工作效率有關(guān)。通常情況下，經(jīng)過(guò)一個(gè)夜晚的停歇，
上班時(shí)分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率要低于下午下班高
峰期，其產(chǎn)生的污染物也相對(duì)更多。
從測(cè)量結(jié)果看，隧道中最嚴(yán)重的污染物成分還
是C0和PMIO。在上班高峰期，CO的濃度全部超
過(guò)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的上限值。采用CO作為隧道
通風(fēng)的衡量指標(biāo)之一，符合目前隧道組分分布的具
· 28 。
體情況。
值得注意的是，PM10的濃度分布與前述氣體
組分的分布規(guī)律恰恰相反。在深夜的交通低谷期，
其濃度具有最大值。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因與隧道的
空氣流動(dòng)有關(guān)。在車流量高峰期，汽車流動(dòng)產(chǎn)生的
活塞風(fēng)能夠?qū)⒏m揚(yáng)起，顆粒物懸浮在隧道頂部。
而當(dāng)汽車流量減少時(shí)，交通產(chǎn)生的活塞風(fēng)很小，顆粒
物無(wú)法漂浮在空氣中，只在地面附近漂浮，從而使得
測(cè)量位置處的PM10最大。
3 南京市主要隧道CO濃度分布
為進(jìn)一步討論CO在隧道中的分布規(guī)律，對(duì)南
京市的主要隧道進(jìn)行了全程CO濃度測(cè)量。測(cè)量從
入口開始，每間隔100m測(cè)量一次，直至出口。測(cè)量
的結(jié)果如圖3。

公路隧道 2012年第2期(總第78期)
從根本上解決隧道空氣污染對(duì)周圍環(huán)境污染的影
響，因此在現(xiàn)有隧道內(nèi)安裝廢氣凈化設(shè)備或系統(tǒng)，才
是最行之有效、治標(biāo)治本的方法。
對(duì)于長(zhǎng)江隧道，其CO分布具有一定特殊性，在
入口至1000m段，其CO均很小，接近于零；在其后
的隧道段，CO濃度逐漸升高，最大值為5mg／m。。
產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因與測(cè)量時(shí)的車流分布狀況、隧
道地理位置等因素有關(guān)。
4 小結(jié)
本文對(duì)隧道廢氣成分在隧道中的分布情況進(jìn)行
了實(shí)地測(cè)量，并對(duì)南京市主要隧道中的CO分布進(jìn)
行了研究，結(jié)果表明：
(1)隧道中最嚴(yán)重的污染物成分是CO 和
PM10。采用C0和PM10作為隧道通風(fēng)的衡量指
標(biāo)之一，符合目前隧道廢氣組分分布的實(shí)際情況。
(2)交通流量是決定隧道CO濃度大小的主要
因素。對(duì)交通流量較大的隧道，CO濃度從人口到
出口迅速升高。交通流量小的隧道，CO濃度較小，
在隧道內(nèi)分布較為均勻。
(3)當(dāng)交通流量較大時(shí)，采用合理的通風(fēng)是降低
· 30 ·
污染物濃度的有效手段之一，而在隧道內(nèi)部安裝廢
氣凈化設(shè)備或系統(tǒng)則能有效解決隧道及其周圍環(huán)境
污染問(wèn)題。
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