青島膠州灣海底公路隧道污染物濃度水平測試

寧艷濤 賀肖杰

西安建筑科技大學建筑設備科學與工程學院

1 工程概況

青島膠州灣隧道為中國最長、世界第三長的海底公路隧道，全長約7800 m，分為陸地和海底兩部分，其中海域段長3950 m。該隧道為雙洞，單向3 車道，設兩條主隧道和一條服務隧道，設計車速80 km/h。隧道地理位置如圖1 所示。

圖1 膠州洲隧道地理位置

根據行車方向不同，隧道分為左線和右線，從黃島往青島方向為隧道左線，從青島往黃島方向為隧道右線，左右線隧道之間設置人行和車行橫通道。設計采用3 豎井送排式縱向通風，測試時風機未開啟，測試結果系針對自然通風工況。圖2 為隧道縱斷面。

圖2 膠州灣隧道縱斷面圖

2 現場測試

2.1 測試方法

測試時從黃島洞口中間服務隧道進入，經人行橫通道到達測試位置。測試時車輛通行速度很快，出于安全考慮，測點布置在主隧道的路肩上，距壁面0.5 m，高度為1.5 m。縱向選取典型位置，左線測點為A1、A2、A3，右線測點為B1、B2、B3，3 個位置大約為隧道的端點附近，1/3 位置及2/3 位置處（測點距黃島端的距離與隧道全長的比值，下文同）。由于青島端服務隧道不在左右線隧道之間，測試人員無法進入主隧道進行測試，故青島端未進行測試。測點平面布置、橫斷面測點布置分別如圖3、圖4 所示。

圖3 測點平面布置示意

圖4 左右線橫斷面測點布置

2.2 測試內容及儀器

現場測試主要內容，所用儀器以及測試方法如表1 所示。

表1 測試概況

3 測試結果

3.1 車流量

圖5 為測試期間隧道小時車流量。由圖可知，隧道左右線車流曲線變化具有日周期性，呈交通流量駝峰，早晚高峰大致在上午7:00～10:00 和下午16:00～19:00。對于全天車流而言，上午車流量先增加，至早高峰結束車流量達到頂峰，而后下降，在中午12:00～14:00 車流接近白天極小值，下午車流持續增加，直到晚高峰達到極大值，繼而快速下降，至凌晨3:00～4:00 達到了全天最低。

圖5 2018 年1 月16 日～17 日小時車流量變化

3.2 PM2.5

隧道內PM2.5主要來自機動車排放的細顆粒物以及機動車輪胎、剎車磨損和道路揚塵等非排放性顆粒物，以及空氣中自身含有的細顆粒物。由測試期間隧道內PM2.5濃度隨時間變化（圖6）可以看出，1 月16 日上午（圖6a）PM2.5濃度隨時間緩慢增加，在中午12:00左右達到最大值350～400 μg/m3。而下午測試（圖6b）開 始 時13:00 的 濃 度 為250～300 μg/m3，表 明12:00～13:00 濃度降低，在13:00～17:30 濃度先增加后減小，在16:00 左右達極大值，此時車流晚高峰剛開始，同時表明，隨著晚高峰車流的增加，PM2.5濃度并非同步增大，而是逐漸降低。1 月17 日上午7:00～11:00（圖6c）PM2.5濃度增加越來越快，在10:30 左右達極大值，且車流早高峰時段，并非PM2.5濃度最大時刻，二者在時間上明顯不對應。對比圖6a 中各測點的濃度大小，可以看出左線測點中間位置處的A2濃度最大，距進口最近的測點A1和距出口較近的測點A3濃度較小，說明隨空氣流動距離增加，濃度并沒有逐漸增大。

依據PM2.5劃分的空氣質量等級可以判斷，測試期間1 月16 日上午和下午絕大部分時間空氣處于嚴重污染，1 月17 日上午呈重度以及嚴重污染。

對比其他隧道測試結果，對雪山隧道四個監測點（下坡入口，下坡出口，上坡入口，上坡出口）的PM2.5每小時濃度監測值分別為：31±18 μg/m3，45±22 μg/m3，35±18 μg/m3，62±23 μg/m3，雪山隧道長12.9 km，測試期間沒有機械通風，但污染物的濃度值較低，空氣優良[1]。雖然膠州灣隧道比雪山隧道短，但測試期間空氣質量很差，因此隧道長度不是決定空氣質量的關鍵因素。而長沙營盤路隧道的詳細監測結果表明，PM2.5濃度主要受隧道外背景值的影響[2]。

圖6 PM2.5 濃度隨時間變化

測試期間，1 月16 日及17 日室外PM2.5濃度分別約為200 μg/m3、100 μg/m3，1 月17 日的測試濃度值較第一天低，隧道內1 月17 日的測試結果同樣比1 月16 日要低。綜合測試結果與室外空氣質量可知，隧道內PM2.5濃度與室外污染物背景濃度有關。并且1 月16 日及17 日的車流量基本相同，可見機動車對隧道內空氣中PM2.5的貢獻遠小于隧道外PM2.5背景濃度的影響。

3.3 甲醛

圖7 為測試期間隧道內甲醛濃度隨時間變化。可以看出，甲醛濃度隨時間波動，濃度曲線與車流高峰時刻無明顯相關性。《室內空氣質量標準（GB/T18883-2002）》 規定的甲醛濃度標準為0.1 mg/m3。膠州灣隧道已開通運營7 年，裝飾材料中的甲醛大部分已經揮發，甲醛濃度絕大多數時間低于規定值，并且時均的濃度一直低于規定值，空氣中甲醛濃度達標。

圖7 甲醛濃度隨時間變化

在1 月16 日上午，左線測點濃度A3＞A2，右線測點濃度B2＞B3。在1 月16 日下午，右線測點濃度B1＞B3。在1 月17 日上午，左線測點濃度A3＞A2，右線測點濃度B2＞B3，測試結果表明甲醛濃度隨空氣流動距離增加而增大。

3.4 TVOC

TVOC 主要來自燃料燃燒和交通運輸。相關資料表明，青島市大氣中VOCs 濃度處于較低水平。夏、秋季VOCs 的濃度高于春、冬季，1 年中9 月濃度最高，4、5 月最低。VOCs 日變化呈“兩峰一谷”的變化規律，主要與交通早晚高峰對應[3]。

圖8 的測試結果表明，TVOC 濃度隨時間波動明顯，車流與濃度相關性在1 月16 日下午及1 月17 日上午比較明顯，1 月16 日上午不明顯。根據《Ⅱ類民用建筑工程標準（GB50325-2001）》，TVOC 濃度標準為0.6 mg/m3。膠州灣隧道內TVOC 濃度除少數時刻最大值超標外，其余時刻均不超標，且濃度平均值不超標。對比同一時間段不同測點之間的濃度值，在1 月16 日上午，左線測點濃度A3＞A2，右線測點濃度B2＞B3。在1 月16 日下午，右線測點濃度B1＞B3。在1 月17 日上午，左線測點濃度A3＞A2，測試結果表明TVOC 濃度隨空氣流動距離增加而增大。

圖8 TVOC 濃度隨時間變化

3.5 CO

由圖9 給出的測試期間隧道內CO 濃度隨時間變化曲線可以看出，其濃度較穩定，隨時間波動幅度很小，與車流沒有明顯相關性。對比同一時間段不同測點之間的濃度值，在1 月16 日上午，右線測點濃度B1＞B3。在1 月16 日下午，左線測點濃度A3＞A2，右線測點濃度B2＞B3。在1 月17 日上午，右線測點濃度B1＞B3，測試結果表明CO 濃度隨空氣流動距離增加而增大。

由測試結果可知，膠州灣隧道內CO 濃度測試值遠小于現行規范[4]規定的濃度標準值100 ppm。對比其他隧道未開啟風機情況下，中梁山隧道左右線CO 濃度分別為42 ppm、54 ppm，梧桐山隧道CO 濃度平均為36 ppm，七道梁隧道CO 濃度為25 ppm[5]。大別山公路隧道各測點CO 濃度未超過10 ppm[6]。分水嶺隧道洞內CO 測試濃度最高不超15 ppm[7]。北碚隧道隧道內CO 濃度在8～18 ppm 之間波動[8]。長沙營盤路隧道主隧道出口處的CO 平均濃度為20.3 ppm[2]。以上隧道CO 濃度如圖10 所示。可見隧道內CO 濃度遠遠小于現行規范所規定的設計值。原因在于，汽車工業技術的發展使單車CO 排放量大大降低，現在CO 濃度已不作為隧道通風的控制指標。

圖9 CO 濃度隨時間變化

圖10 隧道長度與CO 濃度

4 結論

本文對膠州灣隧道內車流量和4 種污染物濃度（PM2.5、甲醛、TVOC、CO）進行了測試，測試結果表明：

1）隧道內車流量具有日周期性駝峰，早晚車流高峰大致分布在上午7:00～10:00 和下午16:00～19:00。

2）TVOC 濃度變化與車流量變化曲線有明顯相關性，其他污染物與車流量變化曲線相關性不明顯。

3）隧道內PM2.5污染嚴重，濃度值隨空氣流動距離無明顯規律，其濃度與室外空氣中背景濃度有關，機動車對隧道內空氣中PM2.5的貢獻遠小于隧道外背景濃度的影響。

4）甲醛、TVOC、CO 各測點時均濃度均不超標，其值隨空氣流動距離逐漸增大。

5）CO 測試值遠小于濃度標準值。現階段，CO 已不作為隧道通風設計的控制指標，而需重點通風對顆粒物和揚塵的控制。