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公路隧道内废气分布规律的研究

文档作者：杜峰张村峰鲁钢文档来源： 1南京工业大学材料科学与工程学院南京 2江苏瑞丰科技实业有限公司		点击数：	更新时间： 2021年05月11日
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公路隧道 2012年第2期(总第78期)
公路隧道内废气分布规律的研究
杜 峰 张村峰 鲁 钢
(1南京工业大学材料科学与工程学院南京 210009；2江苏瑞丰科技实业有限公司 南京 210009)
摘 要隧道废气污染是目前城市隧道面临的主要难题。隧道污染物在隧道中的分布对隧道通风和交通的组织
有重要影响。本文通过现场实验，测量了南京市玄武湖隧道内废气主要成分的分布情况，并测量了南京市主要隧
道中CO的分布情况，分析CO的分布规律，并对隧道的通风和交通组织提出了建议。
关键词隧道废气CO 通风
1 引 言
城市隧道是目前各大城市解决城市交通拥堵重
要手段，但其在运行过程中也存在许多不利影响。
就通风而言，面临的主要难题是如何解决隧道内废
气的污染，废气的排放方式与大气环境影响、周围区
域规划之间的矛盾l】]。在隧道废气中，存在有来自
汽车尾气的多种有毒有害成分I- ，主要包括：碳烟
(碳微粒)、碳氢化合物(CH)、CO 、SO 和NO 等，
以及来自车辆行驶过程中所产生的大量扬尘。这些
废气组分对隧道内的人员行车造成严重影响[2 ]：
司乘人员长时问接触汽车尾气可导致CO中毒；碳
氢化合物和NO 通过光化学反应可产生光化学烟
雾，对人的眼睛有强烈的刺激作用及其它不良影响；
碳烟和路面扬尘对人眼产生视觉障碍，容易使驾驶
人员的视线模糊，造成交通事故。
目前，国内外对隧道内废气的处理通常是以稀
释有害成分浓度为目的的通风换气法l5]。通风换气
法以车尾气所含各种有害成分中有碍生理的代表物
CO和有碍视距的烟尘浓度为指标，决定通风量的
大小，使隧道内空气满足相关规范标准的要求。常
用的通风方式包括自然通风和机械通风l6]。机械通
风按通风方式不同有全横向通风、半横向通风和纵
向通风三种方式。
在实际的设计过程中，通常假定隧道内CO和
烟尘均匀分布，根据隧道车流量计算产生的C()和
烟尘浓度，然后得到相关的隧道风量。实际上，由于
隧道结构、空气流动方式和车流的影响，隧道内污染
物并非均匀分布，采用上述设计方法得到的通风量
往往与偏差较大[71。因此，对隧道污染物的分布尤
其是CO的分布情况进行实际测量，对隧道通风防
排烟的设计具有一定的指导意义。
2 南京玄武湖隧道废气组分分布规律
隧道废气组分分布受隧道内车流量、隧道通风
方式和建筑结构等影响。在通常情况下，隧道以自
然通风为主。当车流达到隧道设计的某一限值时，
隧道射流风机开启，通过风机的通风换气，降低隧道
污染物的浓度。
2．1 玄武湖隧道基本情况和测量布置
南京玄武湖隧道建于2002年，是南京市快速内
环交通的主要干线之一。图1是玄武湖隧道示意
图，隧道全长2300m，东西走向，横跨玄武湖底部，为
双洞双向隧道。在隧道靠近西侧出口800m处设有
岔道，与外界道路相连。每个隧道设计车道为3车
道，设计交通流量为7000辆·h一 。图2为隧道截
面示意图。每个隧道均为拱门型，净高4．5m，宽
13．6m。每个隧道顶部均设有两列射流风机用于通
风排烟。
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图1 玄武湖隧道平面图
· 27 ·
公路隧道 2012年第2期(总第78期)
由于每个隧道的设计车流量和隧道结构完全相
同，随机选取了自西向东的隧道作为测量隧道，测量
地点如图1中的A、B和C所示。其中A和C分别
距离西出口和东出口100m，B在岔道与主隧道相交
处。测量位置离地面1．0m，测量的组分包括HC，
NO 和CO。测量时间为8：00、17：00和23：O()。为
分析隧道悬浮颗粒物的变化，在c点对可吸入颗粒
物PM10也进行了测量。测量时射流风机均未开
启。
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图2 玄武湖隧道横断面图
2．2 测量结果分析 表中的标准值是《室内空气质量标准》给出的参考
表1给出了玄武湖隧道废气组分的测量结果。 值，交通流量是单个隧道的实测车流量。
表1 玄武湖隧道废气组分测量结果
编号 测量时间 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
标准值 0．60 0．240 10 0．15
从表1可看出，隧道废气组分浓度与车流量有
很大的关系。在交通高峰期，车流量大，相应的
HC，NO 和CO也具有较高的浓度。从隧道本身来
看，在交通高峰期，离隧道进口处越远，隧道污染物
浓度越高，出口处污染物浓度比进口处高出数倍。
在车流量大致相同的情况下，污染物分布也不一定
相同。早晨上班高峰期的污染物浓度分布比下午下
班高峰期大。产生这一现象的原因与汽车发动机的
工作效率有关。通常情况下，经过一个夜晚的停歇，
上班时分汽车发动机的燃烧效率要低于下午下班高
峰期，其产生的污染物也相对更多。
从测量结果看，隧道中最严重的污染物成分还
是C0和PMIO。在上班高峰期，CO的浓度全部超
过室内空气质量标准的上限值。采用CO作为隧道
通风的衡量指标之一，符合目前隧道组分分布的具
· 28 。
体情况。
值得注意的是，PM10的浓度分布与前述气体
组分的分布规律恰恰相反。在深夜的交通低谷期，
其浓度具有最大值。产生这一现象的原因与隧道的
空气流动有关。在车流量高峰期，汽车流动产生的
活塞风能够将浮尘扬起，颗粒物悬浮在隧道顶部。
而当汽车流量减少时，交通产生的活塞风很小，颗粒
物无法漂浮在空气中，只在地面附近漂浮，从而使得
测量位置处的PM10最大。
3 南京市主要隧道CO浓度分布
为进一步讨论CO在隧道中的分布规律，对南
京市的主要隧道进行了全程CO浓度测量。测量从
入口开始，每间隔100m测量一次，直至出口。测量
的结果如图3。

公路隧道 2012年第2期(总第78期)
从根本上解决隧道空气污染对周围环境污染的影
响，因此在现有隧道内安装废气净化设备或系统，才
是最行之有效、治标治本的方法。
对于长江隧道，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浓度逐渐升高，最大值为5mg／m。。
产生这一现象的原因与测量时的车流分布状况、隧
道地理位置等因素有关。
4 小结
本文对隧道废气成分在隧道中的分布情况进行
了实地测量，并对南京市主要隧道中的CO分布进
行了研究，结果表明：
(1)隧道中最严重的污染物成分是CO 和
PM10。采用C0和PM10作为隧道通风的衡量指
标之一，符合目前隧道废气组分分布的实际情况。
(2)交通流量是决定隧道CO浓度大小的主要
因素。对交通流量较大的隧道，CO浓度从人口到
出口迅速升高。交通流量小的隧道，CO浓度较小，
在隧道内分布较为均匀。
(3)当交通流量较大时，采用合理的通风是降低
· 30 ·
污染物浓度的有效手段之一，而在隧道内部安装废
气净化设备或系统则能有效解决隧道及其周围环境
污染问题。
参考文献
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