TB 10068-2010 铁路隧道运营通风设计规范

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  • TB 10068-2010 铁路隧道运营通风设计规范

    5.1.1铁路隧道运营通风计算应以挤压理论为主。单通道隧道 可采用简算法,多通道隧道可采用网络法,局部流场可采用仿真 模拟法计算。 5.1.2内燃机车牵引的运营隧道的通风时间原则上应根据最小 行车间隔时间确定。电力机车牵引的运营隧道的通风时间可根据 洞内环境状况以及天窗维护时间确定。 5.1.3空气密度可采用1.225kg/m计算,并按当地最冷月的平 均气温、气压和相对湿度予以修正。 5.1.4隧道内自然风应按对隧道通风不利的情况考虑。当缺乏 资料时,单线隧道内自然风速可按1.5m/s计算,双线隧道内自 然风速可按2.0m/s计算。 5.1.5隧道通风计算参数,应按下列规定采用: 隧道断面积F与当量直径d,应按有效净空面积计算。 2 隧道与风道各项局部阻力系数可按附录A选用。 3 隧道与风道沿程阻力系数入可按附录B选用。 隧道曲线段通风阻力比直线段增大20%。 5.1.62 行车条件有关参数应按下列规定选用: 1 列车长度、平均断面积应按所在线路近、远期技术标准 确定。 2列车速度应按牵引计算中速度距离曲线图求得,单坡隧 道按全隧道平均计算,人字坡隧道按上下坡段各自平均计算。

    定流理论计算,15km及以上的隧道宜采用恒定流理论计算。 5.1.8隧道通风计算应对隧道通行的各种列车参数分别进行计 算,并以最大值控制。 5.1.9运营隧道内,瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不得超 过0.5%。当隧道内瓦斯浓度达到0.4%时,必须启动风机进行 通风,保证隧道内瓦斯浓度不大于0.5%。当瓦斯浓度降到 0.3%以下时,可停止通风。

    5.2.1通风压力计算应根据不同工况分别考虑自然风压力、沿 程阻力、局部阻力、风机压力、列车活塞风压力等因素。 5.2.2自然风压力可按式(5.2.2)计算:

    F号= RQ R,= 入 d 2

    式中P——沿程阻力(Pa); :10:

    式中P,沿程阻力(Pa)

    隧道断面平均风速(m/s); Rx——摩擦风阻(kg/m"); Q隧道通风量(m/s); F—隧道断面积(m); 其他符号同本规范第2.2节。 5.2.4局部阻力可按式(5.2.4—1)计算

    他付号向本规池常之. 5.2.4局部阻力可按式(5.2.4一1)计算

    Pe=$=RQ R=6号

    式中P——局部阻力(Pa); 专—局部阻力系数; Rs——局部风阻(kg/m)。 其他符号同本规范第2.2节。

    5.2.5射流风机压力可按式(5.2.5—1

    射流风机压力可按式(5.2.51)计算:

    Pj = npi 9=;4="

    式中Pj一一射流风机压力(Pa); n射流风机数量(台); P; 单台射流风机压力(Pa); V; 射流风机出口风速(m/s); 射流风机出口面积(m); K一考虑隧道壁面摩擦影响的射流损失系数,与风机 距壁面的距离有关,可按图5.2.5取值; 其他符号同本规范第2.2节。

    式中Pj——射流风机压力(Pa); n—射流风机数量(台); U; 射流风机出口风速(m/s);

    2.6轴流风机压力可根据所选风机的风压特

    (5.2. 4—1)

    (5.2.41) (5.2. 4—2)

    (5.2.5—1) (5.2.5—2) (5.2.5—3)

    图5.2.5射流风机损失系数

    一风机中心距隧道壁面的距离(mm):d一风机出口直径(mm)

    图5.2.6风压特性曲线示意图 流风机风压;0一风机风量;"一风机效率。

    5.2.7列车活塞风压力可按以下方法计算:

    1)按恒定流理论计算!

    2)按非恒定流理论计算 当 Km>m,

    5.3.1隧道通风量可按式(5.3—1)计算。

    式中 Q 隧道通风量(m/s); 活塞风修正系数,内燃机车牵引的运营隧道可取 1.1,电力机车牵引的运营隧道可取1; Um 活塞风速度(m/s); UT 列车速度(m/s); 隧道断面积(m); Lr 隧道长度(m); 通风排烟时间(s)。

    5.4.1通风机功率应根据采用的通风方式进行计算。 5.4.2正常运营通风应考虑自然风压力、列车活塞风压力、沿 程阻力、局部阻力、射流风机压力和轴流风机压力等通风 压力。 5.4.3全射流通风方式,在正常运营情况下,隧道内压力应满 足式(5.4.3)的要求:

    5.4.1通风机功率应根据采用的通风方式进行计算。 5.4.2正常运营通风应考虑自然风压力、列车活塞风压力、沿 程阻力、局部阻力、射流风机压力和轴流风机压力等通风 压力。 5.4.3全射流通风方式,在正常运营情况下,隧道内压力应满 足式(5.4.3)的要求:

    5.4.1通风机功率应根据采用的通风方式进行计算。

    P + P. = P, + P、+ P

    1风机风量可按式(5.4.4—1)计算

    式中Q。一轴流风机风量(m/s); Q一隧道通风量(m/s); KR—风量分配修正系数,可取1.05:

    (5. 4. 41]

    R一一风量分配系数。 2风量分配系数可按式(5.4.4一2)计算,风道口三通区 压力分布见图5.4.4。

    图5.4.4风道口三通区压力分布计算简图

    =2 + b。=2+(R<1时)

    1)当隧道中无自然风时 Q=ao;b=bo 2)当隧道中有自然风时

    a = ao ± k. () ; b = bo

    在求解风量分配系数R之前,b。值要按R<1或R>1分别 取用,一般洞口风道式通风可先按c/a<1或c/a>1预先判别 (c/a<1,则R1则R>1)。 3风道口静压可按式(5.4.4—3)或式(5.4.44)计算:

    5.4.5分段纵向式通风方式可按下列方法计算:

    (5. 4. 51)

    式中H一排风机风压(Pa); F,一一斜(竖)井口断面积(m); 其他符号同本规范第2.2节。 2斜(竖)井送排式(图5.4.5—2)可按下列步骤计算

    1)隧道内压力应满足下列条件:

    P + p. ≥P, + P + P

    式中P。排风口压力(Pa); Pb送风口压力(Pa); 其他符号同本规范第2.2节。 2)排风口压力可按式(5.4.5—6)计算:

    3)送风口压力可按式(5.4.5一7)计算:

    Hge = 1. 1(号v + Pde + Pe) Hu =1.1(号% + Pa + Pb)

    式中H 排风机风压(Pa); 送风机风压(Pa); 排风口、排风井及其连接风道的总压力损失 (Pa) ; 送风口、送风井及其连接风道的总压力损失 (Pa) ; 其他符号同本规范第2.2节。 5.4.6轴流风机的轴功率与电机功率可按下列方法计算: 1轴流风机的轴功率可控式(5.4 6—1) 计管

    Q,H273 + to)P P

    P,一风机环境大气压(Pa)。 轴流风机的电机功率可按式(5.4.6—2)计算

    式中N.p—电机功率(kW); mm——电机效率(%),可取90%~95%; K,—电机容量安全系数,可取1.15。

    5.5.1瓦斯隧道应分别按瓦斯逸出量及最小风速计算通风量, 取其大值作为设计通风量。 5.5.2瓦斯逸出量可按式(5.5.2)估算。

    5.5.3瓦斯隧道通风最小风速不得小于1.0

    6.1.1通风道洞口应设置在地形开阔、地质条件较好地段。 6.1.2通风道内壁面应平滑,减少沿程阻力。 6.1.3通风道在弯曲、折曲、扩径、缩径、分岔等变化处应采 用曲线相连接,平顺过渡。 6.1.4通风道长度宜短,断面不宜太小和变化过多。通风道内 风速宜采用13~18m/s。 6.1.5风道与隧道的夹角宜采用15°~20°。采用洞口风道式通 风,紧靠风机的一段风道应顺直,风道的中心线应与风机轴线一 致。风道与隧道连接处风道底部高程宜高出隧道沟槽盖板顶面。 当风道坡度较大时,风道与隧道连接段,应有不小于10m的缓 坡,使风流通畅。 6.1.6结合施工辅助坑道进行设计的通风道应按永久建筑物设 置,根据运营通风要求核算其断面积,并使其符合通风的要求。 6.1.7通风道设计应考虑排风对周围大气环境的影响,地处城 镇附近的隧道,必要时应作专门调查并采取防范措施。通风道口 应设置在扩散效果良好的地带,设于山坳中的通风道口应朝开阔 方向。

    5.2.1风机房分洞外风机房和地下风机房,应根据养护维修及 运营管理需要,经技术经济比较确定。瓦斯隧道等特殊隧道宜设 置洞外风机房。

    6.2.2当斜(竖)井井口气象条件恶劣、交通条件困难时,宜 选择地下风机房。 6.2.3风机房应考虑防潮、防尘、降噪和温度调节。 6.2.4风机房应能满足布置轴流风机、电气设备、设备控制和 其他辅助机电设备,以及设置大型设备搬运通道、工作通道和逃 生通道的需要。

    6.2.5当风机分期安装时,应考虑预留空间和连接装置。

    7.1.1隧道通风机械可采用射流风机、轴流风机。 7.1.2射流风机应满足中华人民共和国机械行业标准《隧道用 射流风机技术条件》(JB/T10489)的要求。 7.1.3隧道通风采用射流风机时,宜选用推力大、推力功率比 大的射流风机。 7.1.4射流风机布置应符合下列要求: 1射流风机宜采用洞口堆放式或洞内壁式,不应采用拱 顶吊装式。 2射流风机纵向布置及设置间距应综合考虑风机效率、活 塞风乱用一水宝对第一经汶性等因孝

    顶吊装式。 2射流风机纵向布置及设置间距应综合考虑风机效率、活 塞风利用、火灾对策、经济性等因素。

    7.1.5轴流风机选型应符合下列要求:

    1应结合使用条件、通风量、风压及性能曲线选择风机。 2宜选用低风压、大风量的轴流风机, 3应根据经济技术条件比选,确定采用一台大的风机或用 多台较小的风机并联。

    7.1.6采用多台轴流风机时,宜并联设置。

    7.2.1射流风机安装应符合下列要

    1 射流风机安装支架的结构强度应保证风机运转和列车风 作用下的安全。风机安装段应设置安全防护网。风机支架等钢结 构应接地。 2当安装在曲线段时,应按需要调整安装参数。 3严禁侵占救援通道。 7.2.2 轴流风机安装应符合下列要求: 1用于吸出式通风的轴流风机必须安装扩散器。 2基础应置于稳固的地基上。

    7.3.1供配电系统的设计应满足《铁路电力设计规范》(TB 10008)的要求。隧道运营通风设备为二级负荷,瓦斯隧道通风 及监控设备为一级负荷。 7.3.2变电所可设在隧道口或隧道内的专用洞室,电力变压器 宜靠近风机布置,其线路电压损失应满足风机正常工作及起动时 端电压的要求。当不能满足时,宜减少并联风机台数,采用分组 启动的方式。 7.3.3当多台风机并联运行时,应校验变压器容量是否满足风 机正常工作及起动时端电压的要求。 7.3.4变电所每段母线、每路架空进出线及监控电源线路应装 设避雷器。 7.3.5低压配电系统的接地型式应优先采用三相五线系统,接 地电阻应满足要求。

    ,4.1通风机电控制应满足隧道运营的不同工况要求,并保证 25·

    以最经济的通风功率运行。 7.4.2风机控制系统宜以自动控制为主,手动控制为辅。 7.4.3瓦斯隧道的控制室应对隧道内各分站的瓦斯、风速等有 关参数及分站设备的工作状态、馈电状态等进行连续自动监控。 当出现瓦斯浓度超限或其他异常情况时,控制室中心站应能自动 报警,并自动启动风机通风。

    以最经济的通风功率运行

    附录A常用局部阻力系数

    表A常用局部阻力系数

    类型 名称 阻力系数 =0.1 分 直角分岔 岔 $ =1.5 固定的百叶 = 0. 3 栅格 其 他 =0. 05 ~ 0. 20 门槽 (一般可取0.1)

    附录B常用沿程阻力系数

    表B常用沿程阻力系数

    执行本规范条文时,对于要求严格程度的用词说明如下,以 便在执行中区别对待。 (1)表示很严格,非这样做不可的用词: 正面词采用“必须”; 反面词采用“严禁”。 (2)表示严格,在正常情况下均应这样做的用词: 正面词采用“应”; 反面词采用“不应”或“不得”。 (3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的用 词: 正面词采用“宜”; 反面词采用“不宜”。 表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。

    路隧道运营通风设计规范》条文说明

    本条文说明系对重点条文的编制依据、存在的问题 以及在执行中应注意的事项等予以说明。为了减少篇 福,只列条文号,未抄录原条文。

    1.0.1在我国50多年铁路隧道建设过程中,隧道运营通风设计 取得了一定的经验和成果,为了更好地发挥其作用,统一技术标 准,故制订本规范。 1.0.2为了适应我国铁路隧道建设发展的需要,对原规范进行 了修订。本次修订吸收了铁道部科技研究开发计划“长大隧道 通风关键技术研究”及相关规范的研究成果,扩大了原规范的 使用范围,使本规范适应于高速铁路、客运专线、货运专线、客 货共线等隧道正常运营通风设计。隧道的防灾通风参照相关规范 设计。 1.0.3P 隧道是铁路的重要设备,隧道通风系统是长隧道不可缺 少的部分。若在长隧道内不解决运营通风,将危害养护人员、乘 务人员、旅客的身体健康,腐蚀隧道内各种设备和衬砌,为此,

    1.0.3隧道是铁路的重要设备,隧道通风系统是长隧道不可缺 少的部分。若在长隧道内不解决运营通风,将危害养护人员、乘 务人员、旅客的身体健康,腐蚀隧道内各种设备和衬砌,为此, 条文明确了运营通风的目的和要求。

    1.0.4铁路隧道通风设计以正常运营通风为主并兼顾维护通风

    (5)《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621—2009); (6)《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120—2002); (7)《铁路运营隧道空气中机车废气容许浓度和测试方法》 (TB1912—2005)。

    卫生标准的制订综合参考了以下现行的有关强制

    纳总结出内燃、电力机车牵引的运营隧道内空气卫生及温湿度环 境标准,见说明表3.0.2—1~说明表3.0.2—3。本着“以人为 本,服务运输”的铁路建设理念,本次修订采用了以上标准。

    说明表3.0.21内燃机车牵引的运营限道空气卫生标

    注:H——隧址平均海拔高度(m)。

    表3.0.2一2电力机车牵引的运营隧道的空气卫生标准

    说明表3.0.2—3隧道温混环境标准

    3.0.4为节省工程投资,通风设计时应充分利用辅助坑道,并 根据通风要求对辅助坑道断面进行核算

    3.0.6目前我国铁路隧道运营通风大多采用纵向式通风。现场 试验研究表明,采用纵向式通风方式的隧道,洞内空气主要以挤 压方式排出洞外。自然风对运营通风的影响,当自然风方向与隧 道内风速方向一致时,起助力作用,反之则起阻力作用。为安全 计,自然风一般按阻力考虑。

    3.0.7本条主要是根据人体感觉、适应能力、安全性等因素确

    的调查结果及铁道部科技研究开发计划“长大隧道通风关键技 术研究”项目的研究成果确定的。一座隧道是否设置机械通风, 不能单纯以隧道长度来确定,需要考虑条文中列出的诸多因素综 ·38 ·

    合确定。由于影响隧道运营通风的因素众多,隧道设置机械通风 的具体条件,尚待继续试验研究。 1“电力机车牵引,长度大于20km的高速铁路、客运专 线铁路隧道及长度大于15km的货运专线、客货共线铁路隧道应 设置机械通风”是仅就隧道长度这一因素而言的大致标准,是 根据铁道部科技研究开发计划“长大隧道通风关键技术研究” 项目的研究结果确定的。 1)电力牵引隧道内的污染物浓(强)度(说明表4.0.1一1 和说明表4.0.1—2)

    2)乌鞘岭隧道内的空气卫生环境状况

    2007年8月,铁道部科技研究开发计划“长大隧道通风关 键技术研究”项目组对乌鞘岭隧道内的空气环境卫生状况进行

    了实测,得出如下结论: ①乌鞘岭隧道内自然风和活塞风的换气、排污效果明显。 遂道内基本不存在有害气体积聚现象,有害气体均在15min内衰 威至零。隧道内大部分位置粉尘污染未超国标限值,只当列车通 过后瞬时在少数位置超过国标限值。 ②电力牵引列车通过测试没有得到有害气体污染数据,原 因可能为所产生的有害气体种类不在所测气体范围或产生污染小 于仪器检测最低水平。故目前乌鞘岭隧道内由于电力牵引列车造 成的有害气体污染可以忽略。测试瞬时粉尘浓度的最大超标系数 达到2.76。 ③内燃牵引列车通过隧道,产生的有害气体主要有一氧化 氮、二氧化氮和臭氧。其中,一氧化氮和臭氧的瞬时最大超标系 数分别达到6.16和15的高值,二氧化氮则没有超过国标限值, 粉尘浓度瞬时最大值为5.52mg/m。 ④隧道内某些位置的瞬时氧含量过低,最低只有18.5% 与国标限值相差达1.5个百分点。 ③隧道内瞬时湿度差别较大,最高平均为82.7%,最低平 均为55.8%,二者相差26.9个百分点。湿度最高值(82.7%) 超过有关资料提出的控制建议值(80%)2.7个百分点。隧道左 线平均湿度高于隧道右线。左线平均湿度为74.02%,右线平均 湿度为68.44%。 3)国内外高速铁路、客运专线铁路隧道机械通风设置情况 根据铁道部科技研究开发计划“长大隧道通风关键技术研 究”项目的调查结果,目前国内外设置了机械通风的高速铁路 客运专线铁路隧道长度多在20km以上。例如:石太客运专线太 行山隧道(27.8km),西班牙马德里至巴利亚多利德高速铁路 的瓜达拉马隧道(28.4km),瑞士NEAT工程的勒其堡山底隧 道(34.6km),圣哥达山底隧道(57.0km,建设中),英法海 底隧道(50.5km)。

    当隧道长度天于20km时,隧道自然通风难以满足维修作业 时的空气卫生环境标准要求,如现场实测的乌鞘岭隧道 (20.05km)洞身中部含氧量仅有18.5%,需要进行机械通风, 补充新鲜空气。 根据以上调查结果并结合国内外电气化隧道运营通风设置情 况,本条文修订为:“电力机车牵引,长度大于20km的高速铁 路、客运专线铁路隧道及长度大于15km的货运专线及客货共线 铁路隧道应设置机械通风。” 2“内燃机车牵引,长度大于2km的铁路隧道宜设置机 械通风”是通过对我国已建成隧道的调查结果确定的大致标准, 在实际应用中尚需结合具体工点特点研究确定,本次修订没有改 变。 3有特殊要求的铁路隧道是指含瓦斯等有害气体隧道、高 地温隧道和有异味隧道等。 4.0.2机械通风分为纵向式、半横向式、全横向式及组合通风 方式。 铁路隧道常用的纵向式通风方式主要有全射流式、洞口 风道式、分段纵向式,分段纵向式常用的有合流型斜(竖) 井排出式、斜(竖)井送排式,如说明图4.0.2一1所示。 半横向式包括风道送风隧道排风方式和风道排风隧道送风方 式。 对于铁路隧道全横向式通风,风道放在隧道拱部有安全隐 患,放在隧道两侧或底板以下比较适合。 铁路隧道组合式通风是指同一隧道内,纵向式通风与半横向 式或全横向式的组合。 铁路隧道常用运营通风方式见说明图4.0.2—2。 0.3纵向式通风具有经济、高效和便于维修等特点,故我国

    铁路隧道常用的纵向式通风方式主要有全射流式、洞口 风道式、分段纵向式,分段纵向式常用的有合流型斜(竖) 井排出式、斜(竖)井送排式,如说明图4.0.2一1所示。 半横向式包括风道送风隧道排风方式和风道排风隧道送风方 式。 对于铁路隧道全横向式通风,风道放在隧道拱部有安全隐 患,放在隧道两侧或底板以下比较适合。 铁路隧道组合式通风是指同一隧道内,纵向式通风与半横向 式或全横向式的组合。 铁路隧道常用运营通风方式见说明图4.0.2—2,

    铁路隧道一般采用纵向式通风,其中以全射流纵向式通风居多。 当隧道较长,采用全射流纵向式通风时间过长、洞内风速或装机

    功率过大时,采用分段通风。

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