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设计说明
城口至万源快速公路通道
隧道运营通风、照明、供配电及消防工程施工图联合设计说明
1.概述
城口至万源快速公路通道CW18合同段分布了20个隧道，均为两车道双向行驶隧道，其中白芷山隧道太长，另设置了避难通道。
各隧道规模和分布情况等详见下表。
全线隧道内轮廓拱顶净高7.00m，净宽10.80m，内净空面积63.76m2，白芷山隧道避难通道净高6.11m，净宽5.00m，内净空面积27.57m2。
表1隧道一览表
序号
隧道名称
起始桩号
终止桩号
隧道长度（m）
通视情况
1
中坝子隧道
K2+362
K2+952
590
不通视
2
漆树坡隧道
K4+900
K6+926
2026
不通视
3
明月隧道
K8+878
K9+070
192
通视
4
双叉河隧道
K10+610
K10+880
270
通视
5
杨家湾一号隧道
K12+069
K12+215
146
不通视
6
杨家湾二号隧道
K12+308
K12+617.8
309.8
不通视
7
木瓜口一号隧道
K12+948
K13+105
157
通视
8
木瓜口二号隧道
K13+348
K13+392
44
通视
9
庙坝隧道
K15+895
K17+318
1423
不通视
10
曹家坝隧道
K18+268
K18+703
435
不通视
11
笔架山隧道
K20+110
K20+188
78
通视
12
茨竹溪隧道
K21+615
K21+812.2
197.2
通视
13
白芷山隧道主洞
K23+290
K30+000
6710
不通视
避难通道
YK23+350
YK30+010
6660
不通视
14
田坝隧道
K30+140
K30+230
90
通视
15
硝水坝一号隧道
K32+958
K33+155
197
通视
16
硝水坝二号隧道
K33+392
K33+487.8
95.8
通视
17
杜家坪隧道
K34+725
K35+080.5
355.5
不通视
18
双河隧道
K35+415
K35+655
240
不通视
19
新房子隧道
K37+046.6
K37+145
98.4
通视
20
偏桥隧道
K36+505
K36+750
245
不通视
2.联合设计依据及技术标准
2.1设计依据
隧道运营通风、照明、供配电及消防设计按以下标准、规范及规程进行：
1、《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）；
2、《10kV及以下变电所设计规范》（GB50053-94）；
3、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）；
4、《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）；
5、《低压配电设计规范》（GB50054-2010）；
6、交通部《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》（交公路发[2007]358号）；
7、《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）；
8、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；
9、《电力工程电缆设计规范》（GB50217－2007）；
10、《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）；
11、《建筑防火设计规范》（GB50016-2006）；
12、《3～110KV高压配电装置设计规范》（GB50060-2008）；
13、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-2008）；
14、《电力系统调度自动化设计技术规程》（DL5003-2005）；
15、《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）;
16、《泵站设计规范》（GB/T50265-97）；
17、中华人民共和国工程建设标准强制性条文《公路工程部分》；
19、《城口至万源快速公路通道两阶段施工图设计文件》（第CW01~CW08合同段土建工程施工图设计文件，重庆市交通规划勘察设计院编制）。
2.2主要技术标准
1、通风照明设计行车速度：
60km/h；
2、设计交通量：
近期：
≤360辆·混合车/高峰小时，远期：
≥500辆·混合车/高峰小时；
3、行驶方向：
双向行驶；
4、隧道洞外环境亮度：
3000cd/m2；
5、隧道营运照明系统要求：
入口段平均亮度≥45.0cd/m2，中间段平均亮度≥1.5cd/m2，路面亮度总均匀度U0≥0.3，路面亮度纵向均匀度U1≥0.5；
6、隧道内卫生标准：
A、一氧化碳（CO）允许浓度：
隧道长度L≥3000m，取250ppm；隧道长度L≤1000m，取300ppm；隧道长度1000m≤L≤3000m时按内插取值；
B、烟尘允许浓度
运营工况
交通阻塞
正常运营
交通管制
养护维修
计算车速（km/h）
10~20
30~40
50~60
隧道烟尘允许浓度K（m-1）
0.0090
0.0090
0.0075
0.0120
0.0035
7、供配电负荷等级：
长隧道基本照明、排烟风机、隧道监控及消防为一级负荷，中长隧道和短隧道基本照明、各隧道加强照明、一般通风机为二级负荷。
3.设计内容
本次设计内容包括隧道通风、照明、消防、供配电和防灾救援设计（不包括火灾报警系统）。
3.1隧道营运通风系统
3.1.1.设计原则
隧道通风设计原则是确保隧道防灾和行车安全要求，同时综合考虑节约能源和行车舒适。
3.1.2.风机布设方案
3.1.2.1隧道基本参数
表2隧道基本参数表
项目
单位
白芷山隧道
漆树坡隧道
庙坝隧道
隧道长度
m
6710
2026
1423
纵坡/长度（m）
2.55%/6710
-2.0%/2026
1.2%/1120，1.145%/303
进口桩号
m
K23+290
K4+900
K15+895
出口桩号
m
K30+000
K6+926
K17+318
进口设计标高
m
867.77
835.4，
654.17
出口设计标高
m
1039.14
783.49
664.20
内空断面积
m2
63.76
63.76
63.76
内空当量直径
m
8.06
8.06
8.06
设计车速
m/s
60
60
60
3.1.2.2设计交通量及交通组成
隧道设计交通量取自《城口至万源二级公路工程可行性研究报告》预测交通量，见表3、4。
表3 年平均交通量表 单位：
辆/日（折算成小客车）
年份
2012
2020
2027
交通量
2488
5721
11487
表4车型比例构成（混合车）
年份
小货车
中货车
大货车
特大货车
集装箱车
小客车
大客车
2012
24.8
24.69
5.41
0.51
0.31
30.3
13.98
2020
25.24
21.31
5.52
1.06
0.92
31.41
14.55
2027
25.67
18.06
5.64
1.61
1.42
32.50
15.11
表5车型中汽油车与柴油车比例表
车型
小客车
大客车
小货车
中货车
大货车
托挂车
集装箱
汽油车
100％
0％
50％
0％
0％
0％
0％
柴油车
0％
100％
50％
100％
100％
100％
100％
3.1.2.2通风方式
本合同段设置机械通风的隧道有白芷山隧道、漆树坡隧道、庙坝隧道，其余隧道均采用自然通风方式。
纵向式通风具有投资省、施工和安装方便、管理和维护方便等优点，随着国内外特长公路隧道采用纵向式通风的实例越来越多，这种通风方式的技术也日趋完善和成熟，因此，本路段隧道营运通风方式均采用纵向式通风，其中白芷山隧道采用平导压入纵向式通风，漆树坡隧道和庙坝隧道则采用全射流风机纵向式通风。
3.1.2.3通风标准
根据中华人民共和国交通部发布的《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999及有关规定，按照纵向通风计算，隧道标准如下：
表6通风标准
项目
单位
计算与控制参数
备注
通风
控制
风速
正常交通设计控制风速
m/s
≤8
火灾段设计控制风速
m/s
≤1
双向行车
换气设计控制风速
m/s
≥2.5
CO
允许
浓度
正常运营
ppm
250
交通阻滞
ppm
300
所有隧道
Ⅴ=60km/h
m-1
0.0075
Ⅴ=50km/h
m-1
0.0075
Ⅴ=40km/h
m-1
0.0090
Ⅴ=30km/h
m-1
0.0090
交通管制
m-1
0.0120
检修
m-1
0.0035
换气频率
白天
次
4
夜晚
次
3
污染物基准排放量
qco
m3/辆*km
0.01
均以1995年为起点，每年按2%折减。
qvi
m2/辆*km
2.5
自然风速
vn
m/s
分别取±4.0m/s、±3.5m/s、±3.0m/s、2.5m/s、±2m/s、±1.5m/s、±1.0m/s、±0.5m/s及0m/s计算（白芷山隧道）
隧道贯通后及时实测调整设计
3.1.2.4射流风机计算参数
表7射流风机参数表
风机直径
出口风速
（m/s）
流量
（m3/s）
风机功率
（kW）
风机转速
（r/min）
轴向推力
（N）
噪声
dB（A）
备注
1120mm
32
32.0
30
1460
1140
74
双向可逆
630mm
38
12
15
2900
515
74
单向可逆
风机在-25～50oC的环境下，可长期可靠工作。
当隧道火灾时，在环境为250摄氏度情况下射流风机仍能可靠运转60分钟。
双向风机的逆向风量不小于正向风量的90%。
在野外距风机出口10m且45°处测量射流风机的A声级应小于77dB（A）。
主要部件寿命≥25年；防护等级IP55级。
风机安装各附件及各连接的载重力：
至少能承担风机及各附件自重15倍或以上的受力。
3.1.2.5中长及长隧道风机布设方案
根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）及部分已实施工程的经验，选用功率为30kW直径为1120的双向可逆射流风机，风机布置在隧道靠变电所端，距隧道洞口150米向隧道内布置，两组射流风机的纵向间距为150米，每组断面上布置两台风机。
隧道通风采用的汽车尾气排放递减率按2%计算，计算结果详见表8。
表8隧道通风综合计算结果
项目
年份
正常运营需风量（m3/s）
运营风机数量（台）
火灾时需风量（m3/s）
火灾风机数量（台）
须安装风机总数（台）
隧道内风速（运营/火灾）（m/s）
漆树坡隧道
2012
159.4
8
63.8
4
8
2.5/1.0
2020
159.4
8
63.8
4
8
2.5/1.0
2027
159.4
10
63.8
4
10
2.5/1.0
庙坝隧道
2012
159.4
6
63.8
4
6
2.5/1.0
2020
159.4
6
63.8
4
6
2.5/1.0
2027
159.4
8
63.8
4
8
2.5/1.0
3.1.2.6特长隧道风机布设方案
1．正常运营工况
（1）正常运营通风方案
根据开启横通道位置的不同，对白芷山隧道中远期分别提出了如下运营通风方案：
白芷山隧道长6710m，主隧道与平导间设置9条横通道，由此，提出如下三个运营通风方案：
方案一：
开启中间5#横通道的通风方案；（如图1.3）
城口
平导
万源
图1.3开启5#横通道的通风示意图
方案二：
开启3#、5#、7#横通道的通风方案；（如图1.4）
城口
平导
万源
图1.4开启3#、5#、7#横通道的通风示意图
方案三：
开启2#、4#、5#、6#、8#横通道的通风方案；（如图1.5）
城口
平导
万源
图1.5开启2#、4#、5#、6#、8#横通道的通风示意图
上述方案二、方案三中，分风要求满足主隧道内各段的风速不小于2.0m/s。
（国内规范要求换气风速不小于2.5m/s，而PIARC2004年发布的最新报告为1.5m/s，本次计算中折衷取2.0m/s）
通过计算，采用平导压入的分段纵向通风方案，由于隧道内风流从两端洞口流出，自然风对隧道两端风流的作用不同，射流风机用于调节由于自然风压及隧道两端长度不同等引起的两端风流的不平衡压力。
对于白芷山隧道提出的各通风方案均开启隧道中部的横通道，隧道两端的长度基本相等，则两端风流的不平衡压力主要由自然风压产生。
因此，当自然风压取值相同时，两隧道各通风方案在中期及远期正常运营所需的射流风机台数相同。
白芷山隧道中期开启5#横通道方案与开启3#、5#、7#横通道方案相比，开启三条横通道方案所需通风能耗与开启三条横通道方案相比，节约能耗20%；由于要保证隧道中段的流速，开启2#、4#、5#、6#、8#横通道方案与开启3#、5#、7#横通道方案相比，能耗相当；但开启五条横通道方案通风系统的稳定性明显差于开启三条横通道方案，综合从通风系统的稳定性及通风节能角度考虑，白芷山隧道中期推荐采用开启3#、5#、7#横通道方案。
对于远期，开启2#、4#、5#、6#、8#横通道方案所需通风能耗分别是开启5#横通道方案和3#、5#、7#横通道方案的65%和88%。
因开启2#、4#、5#、6#、8#横通道方案仅比开启开启3#、5#、7#横通道方案节能12%，当通风系统的稳定性明显差于后者。
因此，从通风系统的稳定性及节能角度综合考虑，白芷山远期推荐采用开启3#、5#、7#横通道方案。
（2）运营通风射流风机
综合考虑隧道运营时CO、烟雾的控制，以及隧道内换气时各种工况下需风量，确定射流风机数量如表9。
表9 白芷山隧道通风综合计算结果
年份
需风量
（m3/s）
风机数量
（台）
风机直径
（mm）
射流风机总功率（kW）
备注
2020
475.37
16
1120
480
2027
574.49
16
1120
480
（3）运营通风轴流风机
根据白芷山隧道的推荐运营通风方案，选择大型轴流风机性能参数如下表。
表1-8隧道大型轴流风机性能参数表
项目
单位
中期
远期
设计风量
m3/s
123
100
设计风压
Pa
1420
1500
计算电机功率
kw
272
240
运行方式
2台并联
3台并联
轴流风机台数
台
6
6
叶轮直径
mm
≤2200
转速
r/min
980
风机配备电机功率
kw
280
280
防护等级
不低于IP55级
电机绝缘等级
F级
效率
≥80%
6、火灾救援通风计算结果
（1）火灾救援通风原则
根据隧道的行车方式，结合路段隧道的特点，火灾后风流速度控制应达到以下目标：
①隧道火灾后，为使火灾非存活区的影响范围减小及火灾温度场分布基本对称，流向火灾点的风流速度应尽可能小；
②火灾后，平导是人员的避难通道，新鲜风流从两端平导入口流入，通过横通道流入主隧道，让人员迎着新鲜风流的方向撤离。
③因火灾上下游均有车辆及人员滞留，为使火灾上下游段的烟雾不迅速扩散，保证人员及车辆撤离的通视距离，双向行车隧道火灾段风速应小于1.0m/s。
本设计中控制在0.5m/s左右，由距离火灾附近的洞口排出；
④火灾点上下游2000m范围内横通道风流由平导流入主隧道；
⑤由于火灾后，从风流平导入口至主隧道出口总阻力损失很小（小于200Pa），运营轴流风机在该系统阻力下，提供的风量不确定。
因此，火灾通风不开启轴流风机，通过在平导内增设射流风机，达到向隧道内提供新鲜风量的目的。
（2）火灾通风车行横通道开启原则
为达到控制火灾烟流流动的目的，对隧道内不同位置发生火灾进行了网络数值模拟，通过模拟确定了两隧道横通道的原则：
在平导5#-6#间设关闭门，为满足火灾烟流的控制，当火灾发生后，关闭平导5-6#之间的门。
此外，此外由于白芷山隧道纵坡大，为能控制火灾烟流不流入避难平导，当火灾发生在城口端进口至1#横通道之间、1#横通道至2#横通道之间、2#横通道至3#横通道之间、3#横通道至4#横通道之间、4#横通道至5#横通道之间时，还需分别关闭1#、2#、3#、4#、5#横通道。
其余位置发生火灾时车行横通道全部开启。
（3）火灾通风计算结果
根据城万路两隧道的地理位置及气候条件，及以上提出的火灾救援通风原则，计算了0~±4m/s不同横通道间发生火灾时，白芷山隧道所需的射流风机设置台数如表1-9，风机的具体布置参见风机平面布置图。
表11 隧道火灾时所需风机表
项目
风机直径（mm）
风机数量（台）
风机功率（kW）
风机总功率（kW）
白芷山隧道
1120
34
1020
1320
630
20
300
3.1.3风机的控制
风机控制采用在变电所配电柜手动控制和利用监控系统进行自动控制相结合的控制方式。
（1）营运状态下的通风控制
隧道内要求设CO检测仪、烟雾检测仪、风速仪以及车流检测器，根据检测值进行通风控制。
正常营运状态下各隧道控制指标应满足各隧道通风标准，当隧道内发生堵塞时，应充分利用监控系统，控制阻滞段长度不超过1000米。
白芷山隧道运营时应开启3#、5#、7#横通道。
（2）火灾发生时的通风控制
当隧道内发生火灾时，隧道管理中心必须立即禁止洞外车辆入洞。
1）对3000米以下无平导的隧道，在疏散阶段，当隧道发生火灾时，火灾烟雾由距离火灾近的洞口排出，隧道内车辆尤其是火灾烟雾蔓延区域的车辆应尽快逃离隧道，须掉头才能逃离的车上人员应弃车逃离隧道。
同时应调整射流风机的开启数量和方向，控制洞内风速在0.5～1m/s左右，使较多的车辆和人员处于安全无烟状态，并组织其有序撤离隧道。
当人员全部逃离火灾隧道后为消防阶段，此时射流风机可以根据现场实际情况调整风向，同时调整射流风机的数量，尽量加大隧道洞内风速但不大于3m/s，使火灾烟雾通过隧道洞口排出洞外。
2）对3000米以上设置了平导的隧道，在疏散阶段，当火灾发生在隧道进口段时，须使火灾烟雾由隧道进洞口排出，隧道其余段落处于安全无烟状态，当火灾发生在隧道出口和隧道中部时，须使火灾烟雾由隧道出口排出，隧道进口段处于安全无烟状态。
火灾发生时，处于火灾烟雾蔓延区域的车辆和人员应尽快通过隧道洞口逃出洞外或通过车行横通道逃至平导，须掉头才能逃离的车上人员应弃车逃入平导或逃出洞外；同时应有序开启车行横通道和人行横通道，调整射流风机的开启数量和方向，控制洞内风速在0.5～1m/s左右，使较多的车辆和人员处于安全无烟状态，并组织其有序撤离隧道。
当人员全部逃离火灾隧道后为消防阶段，此时应立即关闭除防灾通风以外的横通道，避免火灾烟雾进入平导，射流风机可以根据现场实际情况调整风向，同时调整射流风机的数量，尽量加大隧道洞内风速但不大于3m/s，使火灾烟雾通过隧道洞口排出洞外。
3.1.4实施计划
为保证隧道运营安全，2020年前所需风机均在近期安装完成，2027年所需风机在2020年安装完成，射流风机预埋件均一次安装完成。
施工时选用风机必须满足设计单位主要设计参数，双向风机逆转风量为正转风量的90％以上。
3.2隧道运营照明系统
3.2.1设计原则、标准
运营照明系统的设计原则：
确保行车安全，尽可能节约能源，并使照明操作回路简单。
本路线上的隧道洞外环境亮度暂取3000cd/m2。
施工完成后须对洞外环境亮度进行实测，如实测值超过3000cd/m2，则需采用植树或其他办法降低洞外环境亮度；如实测值低于2250cd/m2，以实测得的亮度值为准。
本设计根据隧道区的气候和环境亮度变化，除短隧道照明按四级时序设计外，其余隧道照明按白天晴天（≤3000cd/m2）、云天（≤1500cd/m2）、阴天（早晨和傍晚，≤750cd/m2）夜间及深夜五级进行设计。
隧道营运照明系统要求近期入口段平均亮度≥45cd/m2，中间段平均亮度≥1.5cd/m2，路面亮度总均匀度U0≥0.4，路面亮度纵向均匀度U1≥0.6；隧道选用光通效率高、显示性高、可瞬时点亮的LED灯具作为主要光源。
其中100米以下隧道不设置照明，100米～500米隧道根据隧道长度适当减少加强照明段的长度和亮度。
3.2.2.照明区段划分及各区段亮度
隧道照明系统由入口照明段、过渡照明段1、过渡照明段2、中间照明段、应急照明、紧急停车带照明、横通道照明、避难通道和洞外引道照明共9部分组成，其中3000米以下隧道无避难通道照明、1000米以下隧道无紧急停车带照明。
由于本路段为60km/h的双向行车隧道，考虑灯具检修方便考虑，隧道采用拱顶侧偏单光带布灯方式。
各隧道基本照明（含应急照明）采用50WLED灯具照明，加强照明段辅以400W高压钠灯、150W高压钠灯和50WLED灯具，隧道紧急停车带、车（人）行横通道和平导采用荧光灯照明，隧道洞外引道采用高压钠灯路灯照明。
应急照明灯具取基本照明灯具的1/3，并设独立供电系统。
下表12分别给出了500米以上隧道各照明段长度及路面亮度值。
200～500米不通视隧道加强照明段长度减半，200～500米通视隧道和100～200米不通视隧道加强照明段长度和亮度均减半。
隧道远期基本照明采用80WLED灯具替换近期基本照明50WLED灯具的方式。
表12隧道各分段长度及亮度表
照明分段
长度（m）
布置方式
路面亮度（cd/m2）
灯具类型及功率
灯具间距（米）
加强
照明
入口段
40
拱顶侧偏单光带布置
45
400W高压钠灯
2.5
过渡段1
50
拱顶侧偏单光带布置
13.5
150W高压钠灯
2.5
过渡段2
70
拱顶侧偏单光带布置
4.5
50WLED灯具
5
中间段
拱顶侧偏单光带布置
1.5
50WLED灯具
10
紧急停车带
40
单侧布置
7
2×58W荧光灯
3.5
洞外引道
100
单侧布置
1.0
250W高压钠灯
25
横通道
拱顶布置
2
1×35W荧光灯
9（人）/8（车）
避难通道
拱顶布置
1.5
1×35荧光灯
10
3.2.3.隧道照明的技术要求
3.2.3.1照明灯具的控制
根据隧道所处的气候和环境亮度的变化，特长、长、中长隧道照明按白天晴天、云天、阴天（早晨和傍晚）、夜间及深夜五级控制进行设计，由不同的照明配线回路和照明监控实现。
隧道出入口加强照明段用于加强照明的400W、150W和50WLED灯具白天全部开启，云天间隔减半，阴天再减半，夜间关闭所有加强照明灯具，深夜
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