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更新時間: 2006/08/02 下午 07:28:18
 
延伸閱讀 隧道》陰暗隧道 新鮮空氣從哪來?        【記者李名揚、陳怡如】

隧道人人都走過,隧道看起來差不多,但各種隧道的通氣的方式,可大不相同。

台大應力所教授陳發林指出,採煤以外的礦坑,通風是靠多個垂直通風管造成的「煙囪效應」自然通風,不需裝設太多機械通風裝置;因為這類礦坑隧道,較少硫化物、氮化物等高毒性汙染粒子,所以使用自然通風就已足夠。

「煙囪效應」是利用「熱空氣上升」的原理,因為地底陰冷,人員進去採礦,會造成溫度上升;當甲處較熱空氣循通風管上升排出後,乙處冷空氣會自然流過來,乙處再吸引地面新鮮空氣往下流,補充流到甲處的空氣,造成通風效果。陳發林強調,這種系統最重要的是各處一定要互相連通。

至於煤礦,因為會挖出可燃性氣體如甲烷、乙烷,以及毒氣如一氧化碳、二氧化碳,所以一定要用機械通風設備將這些氣體快速排出。

陳發林說,即將通車的雪山隧道,通風豎井的設計不理想,因為從豎井排放的廢氣,未經過任何處理,可能汙染周遭環境;先進國家會在豎井軸流風扇前面裝置「靜電集塵器」,吸附大部分的硫化物、氮化物和懸浮粒子,減少車道廢氣對環境的汙染。

 

不過國道新建工程局三區工程處機電主任楊振忠指出,雪山隧道豎井出口高出地面20公尺,加上排出風速很快,應可將煙塵送到較高處,再隨空氣飄移、擴散,應該不會造成環境汙染;他說裝置靜電集塵器會減低排煙功能,造成電費增加,而且收集到的硫化物和氮化物等有毒物質,也有後續處理問題。

陳發林說,台北捷運也有同樣問題,因為捷運隧道內會有潤滑油和鐵摩擦的碎屑,臭味累積,捷運進站時的「活塞效應」,會將臭味帶進車站,因此捷運站前後也要設置通風豎井,將臭味排出;這些豎井也都沒裝置「靜電集塵器」,應該要裝設。

捷運隧道和其他隧道最大不同是「壓力問題」,捷運車廂占去隧道大部分斷面,因此列車進入隧道時,會把空氣向前擠壓,造成車頭前方空氣壓力上升;因空氣互相連通,若捷運車廂未氣密,車廂內壓力也會上升,有時會讓乘客感覺不舒服。

因此捷運隧道入口處都設計有「洩壓閥」,讓車頭前受擠壓的空氣散掉,壓力也就恢復正常;火車走的隧道通常斷面較大加上速度較慢,車頭壓力較小,但碰到老一點、斷面小的隧道仍會讓人感到不舒服。

高速鐵路則是因為車廂設計完全氣密,車廂內外空氣不連通,外面高壓不會影響車廂內正常壓力,因此不需要洩壓。

但是高鐵有另一個問題,就是速度太快,進隧道後車頭前累積大量被壓縮的空氣,出隧道瞬間壓力突然解放,會產生「音爆」;因此高鐵隧道出口會做成比較大的開口,讓音爆的震波朝四方散去,降低對車內乘客的影響。

延伸閱讀︰

1.中國大百科全書智慧藏/作者︰孫天風
http://wordpedia.pidc.org.tw/Content.asp?ID=29189&Query=1

2.新新季刊第33卷第3期/作者徐榮男、黃建民
http://192.72.59.1/CSIJ/V33N3/V33N3-P044.pdf

【2006/02/17 聯合報】        回標題

隧道》塞車只要半小時 雪隧高溫50℃         【記者李名揚】

雪山隧道兩端,頭城海拔44公尺,坪林208公尺,13公里間平均坡度1.25%,不過中間許多段是平的,所以有些路段的坡度是3%,和中山高泰山到林口那一段接近。

「所以雪山隧道最麻煩的,是塞車時的通風問題」,台大應力所教授陳發林解釋,大車爬坡慢,在隧道停留時間長,而且上坡時就算猛催油門,引擎也轉不快,卻會造成燃料燃燒不完全、增加廢氣量,因此從頭城到坪林(上坡車道)的空氣品質相對不好。

陳發林曾在國道三號長1.8公里的福德隧道做過研究,發現只要車流還算順暢,不論車流量如何,隧道內一氧化碳濃度都不到10ppm,離北宜高設定的75ppm差很遠;而「活塞效應」造成的風速,在車流較多時都超過4公尺/每秒(m/s),足以將隧道內的廢氣排出。一般微風約為2m/s,4m/s的風吹得會讓人頭痛。

躲車上開冷氣 30分鐘會昏倒 國工局考慮 規定熄火等待

但若碰上塞車就麻煩了。陳發林表示,雪山隧道為單向雙線道,橫斷面比三線道小很多,萬一兩條車道都被貨櫃車或大客車占住,就等於把隧道斷面擋住一大半,風機再多也吹不動隧道內廢氣。

以雪山隧道的長度,即使沒有大車擋住隧道斷面,隧道內只要發生擦撞小事故,塞住半個隧道,即使風機全開,只要半小時,隧道內溫度就會上升到攝氏50度,空氣汙濁程度升高,人會有生命危險;過去曾有機車騎士在800公尺長的台北市辛亥隧道塞車10分鐘就昏倒,即使躲在汽車內開冷氣,估計也只要半小時就會昏過去。

國工局三區工程處機電主任楊振忠說,雪隧為了預防這種情形發生,只要塞車就會管制後車進入,並將對向車道撥出一條車道,讓塞車車流經過橫坑轉由對向車道出去。

楊振忠說,有些國家規定碰到塞車時,隧道內車輛必須熄火等待,以免溫度持續上升、廢氣一直增加,國內考慮未來增加類似規定。

陳發林建議,萬一雪山隧道真的塞車,民眾感到頭暈,就該棄車步行,利用每350公尺就有一個的人孔,躲到導坑呼吸新鮮空氣,等廣播狀況解除再開車。

【2006/02/17 聯合報】         回標題

青藏鐵路》插熱棒 埋保溫板 青鐵保凍之道                【記者李名揚】

舉世矚目的青藏鐵路7月1日正式通車,從青海格爾木到西藏拉薩,全長1142公里,平均海拔4500公尺;其中「多年凍土區」長達550公里,中國大陸從1961年就開始相關研究,總算破解重重難關。

凍脹→融沉 鐵軌變波浪

所謂「凍土」,其實就是「含冰土壤」,在低溫凍結時,強度很強,而且處於「凍脹」狀態;但只要溫度上升,土中的冰融化成水,凍土就會「融沉」。鋪在上面的鐵路就會出現路基、鐵軌下凹;若兩種現象交互出現,鐵軌就會變成波浪狀,造成行車危險。

青藏高原地理特性是「低緯度、高海拔」,凍土受日照影響很大,比較不穩定,和俄羅斯、美國、加拿大的高緯度凍土完全不同;因此中國大陸採取的基本作法是「主動降溫、冷卻地基、保護凍土」,也就是設法保持凍土的凍結狀態,但仍隨著地質、氣候不同,而有不同措施。

凍土難繞路 可以橋代路

要解除凍土問題,最簡單的方法是繞路,若實在繞不過,就「以橋代路」,也可減少對濕地的破壞。所以青藏鐵路的橋梁長度有156公里。

據科學家研究,在年平均地溫較低的穩定型多年凍土區,要設法保持地基凍結,包括鑽探及施工,用避免將熱量傳到地底的新工法;在年平均地溫較高但含冰量較少、地基沉降量可有效控制地段,則允許少量融化。

其他不穩定的凍土地段,則用各種方法維持地底溫度,其中一種是在路基土堤底部鋪設一定比例的碎石,上面再鋪土層,利用碎石路基的多孔性來通風,冬季時路基中熱量可以排出,夏季時卻不會吸收外界熱量,就可使地底凍土保持冷卻;應用類似原理的作法是在土堤中埋設直徑30公分、用金屬或混凝土做成的橫向通風管。

2公尺熱棒 能單向傳熱

另種作法是在路基兩旁插上一排排直徑約15公分、高約2公尺的鐵棒,稱為「熱棒(或稱熱樁)」,它具有獨特的「單向傳熱」性能,讓熱量只能從地下往地上傳,不能反向傳熱。

還有一種方式是在路基中埋設5到10公分厚的工業保溫板,阻隔熱量傳遞,或是提升路基填土高度,用天然土保溫;有些在建築物旁的路段,甚至會用遮陽篷架來避免直接日曬。

蓋火車站前 要加隔熱層

有鐵路就有車站,青藏高原許多地方年均溫低於0℃,建物內的排水管道須保溫甚至加熱,科學家擔心這些因素也會影響地底凍土層,所以鐵道周圍建物都在地基和建物間,增加隔熱層,並提升混凝土的抗滲透能力。

鋪路基土堤需要取土,青藏鐵路的取土場也有學問,就是都在丘陵地取土,這樣才不會因平地地層變薄,使得地底凍土層因接近地表而融化。

延伸閱讀
1.面對中國/天下雜誌編輯/天下雜誌
2.一個書生眼堛滌磛ヾB天下事/龔忠武/問津堂
3.青藏高原的誘惑/陳若曦/聯經
4.踏查西藏祕境/韓叢耀/大地地理

【2006/07/26 聯合報】