CN100557191C - 隧道排烟方法及带独立排烟装置的隧道通风系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道排烟方法，包括：(1)在隧道内隔离出独立的排烟风道，所述的排烟风道上设有排烟风阀、与排烟风道连通的排烟联络风道，在排烟联络风道内设有排烟风机；(2)正常状态时排烟风道、排烟风阀、排烟联络风道和排烟风机不工作；(3)当隧道内需要排烟时，开启烟雾源附近的排烟风阀，将烟雾从开启的排烟风阀排入排烟风道，再经排烟联络风道排出隧道。本发明还公开了实施上述方法的隧道通风系统，该通风系统设有独立的排烟装置。本发明解决了隧道内采用纵向通风时火灾烟雾容易沿纵向蔓延带来的危害，并且本通风系统既节能又安全，适用于拱形、圆形、矩形等各种横断面的单向、双向隧道。

Description

隧道排烟方法及带独立排烟装置的隧道通风系统

技术领域

本发明涉及一种隧道排烟方法及带独立排烟装置的隧道通风系统。主要用于隧道内的通风和发生火灾时的排烟。

背景技术

在公路隧道运营过程中，车辆排放出如CO、NO_X等有害废气和排放烟尘，当排放的有害废气和烟尘浓度超过一定值时将对司乘人员带来危害，影响身体健康和行车安全。因此，为保证隧道正常运营所需的空气环境卫生标准，隧道内应进行通风。同时，隧道运营过程中始终存在汽车火灾或危险品运输泄露产生的潜在危害，需考虑防灾通风。因此，既要保证在正常运营时具有良好的空气环境卫生标准，又要保证火灾等事故时司乘人员生命及财产安全，是隧道通风与防灾问题中面临的重大课题。通风所引起的电费等开支是隧道运营中最大的日常开支项目之一，既节能又安全是公路隧道运营通风技术的追求目标。

公路隧道通风有自然通风和机械通风两类。如果隧道短时，废气能利用交通活塞风自行排出，可采用自然通风，通常双向交通隧道长度(m)×设计交通量(辆/h)＜6×10⁵时，及单向交通隧道长度(m)×设计交通量(辆/h)＜2×10⁶时，可采用自然通风，其它情况宜采用机械通风。机械通风采用风机将隧道内废气强制排出，目前有：纵向通风、半横向通风、横向通风三大类以及在这三种基本方式基础上的组合通风方式。我国《公路隧道通风照明设计规范》(TJT26.1-1999)按单向交通隧道和双向交通隧道提供了通风方式的基本适用长度和范围。

纵向通风又分全射流风机纵向通风、集中送入式纵向通风、竖井排出式纵向通风、竖井送排式纵向通风、竖井与射流风机组合纵向通风、静电吸尘纵向通风等，分述如下：

全射流风机纵向通风：新鲜空气从隧道进口进入，污染空气从隧道出口排出，只设置射流风机补充汽车交通通风力的不足，由射流风机喷果保持空气推力，使隧道内压力上升，以满足所需通风量的要求的一种通风方式。该通风方式已成为3km以下公路隧道单向交通最常用的方式。

集中送入式纵向通风：将较大功率风机布置在隧道洞口附近，其喷流方向与交通方向一致。其工作原理与射流风机通风基本一样，属于同一种类型。由于该方式在隧道内存在大量高速喷流风速，因此一般适用于单向交通隧道。

竖井排出式纵向通风：是利用竖井底部产生的负压来实现换风的通风方式。该通风方式一般适用于双向交通隧道；当单向交通并在出口附近有较严格的环境要求即不允许洞内污染风吹出洞外的情况时，也可采用该通风方式。

竖井送排式纵向通风：通过竖井交换隧道空间的空气，达到排出污染空气同时送入新鲜空气的目的，由此加大纵向通风方式的使用长度。采用此方式时，沿隧道全长排出废气的浓度分布为：从隧道入口开始基本呈直线上升，在竖井底部达到最大值，过了送风口位置，浓度急剧降低，之后又几乎呈直线状上升。如果有数个竖井，则反复上述状态，因此从理论上讲，采用这种通风方式，则隧道长度没有限制。

竖井与射流风机组合纵向通风：为竖井送排式纵向通风方式的延伸。竖井送排式纵向通风中的排风系统或竖井单排式通风系统，其升压效果非常小，往往难以与隧道所需压力平衡，为了解决升压力不足的问题，一般可采用升压效果较显著的射流风机与之组合。

静电吸尘纵向通风：隧道内行驶车辆排出的有害气体主要有一氧化碳、氧化氮化合物和烟尘等，随着柴油车的增多，含烟尘气体越来越成为隧道内的主要污染源，对于特长隧道，如果在隧道内合适位置一处或数处设置静电吸尘装置滤除烟尘，就可以取消或减少竖井，并使隧道的通风适用长度增长。

全横向通风方式：相对于纵向通风方式，其隧道断面上设有独立的送风道和排风道。横向通风方式其气流是在隧道横断面上产生环流进行换风，在隧道内发生火灾时，排烟风道可用作排烟之用。

半横向通风方式：通风方式介于纵向和全横向通风之间，分送风型和排风型。送风型半横向通风方式通常隧道断面顶部设有风道(在隧道路面底部设风道时，仅作送风道用，不能排烟)，在正常工况条件下，顶部风道用作送风，补充洞内新鲜空气，气流纵向移动；在发生火灾时，顶部风道用于排烟，风机要逆转，送风道变成排烟风道。这样排烟效果与控制灾情方面往往不可靠。排风型半横向通风方式顶部风道兼作正常通风和火灾排烟通风用，但风道面积要大、造价高。例如按隧道在正常运行条件下，按现有汽车废气和烟尘排放水平，双车道公路隧道在每车道交通量1200辆/h，每公里长度的需风量约在80～110m³/s之间。如横向通风分段长度1.5公里计，送风道和排风道总面积达16～22m²。半横向通风的风道也达10～12m²。这样需额外增加隧道开挖面积故提高土建造价。另外，全横向或半横向通风方式不能充分利用汽车行驶的活塞风作用，风机功率大，因此不节能、营运费用较纵向通风高。

三大通风方式中，纵向通风方式具有建设费用及运营费用低，易于养护的特点，但防灾效果稍差。半横向通风方式造价高，且排烟防灾效果也不十分可靠，且不能用很长的隧道。全横向通风方式尽管防灾效果要优于纵向通风但设备复杂，建设费用及运营费用均较高。

但现有纵向通风技术中没有充分考虑火灾时的独立排烟问题，烟雾沿隧道纵向流动、蔓延、到末端排出。这对于特长公路隧道、尤其是大客流量时很难保证人员安全逃生。

发明内容

本发明提供了一种隧道排烟方法及带独立排烟装置的隧道通风系统，采用费用较低的纵向通风方式，通过专用排烟风道，火灾烟雾可及时排除，避免或减少了隧道主风道烟雾纵向蔓延的危害，提高了人员逃生与救援的安全性。

一种隧道排烟方法，包括：

(1)在隧道内隔离出独立的排烟风道，所述的排烟风道上设有排烟风阀、与排烟风道连通的排烟联络风道，在排烟联络风道内设有排烟风机；

(2)正常状态时排烟风道、排烟风阀、排烟联络风道和排烟风机不工作；

(3)当隧道内需要排烟时，开启烟雾源附近的排烟风阀，将烟雾从开启的排烟风阀排入排烟风道，再经排烟联络风道排出隧道。

一种带独立排烟装置的隧道通风系统，包括隧道主风道、射流风机、该通风系统带有独立的排烟装置，独立的排烟装置包括排烟风道、设置于排烟风道上的排烟风阀、与排烟风道连通的排烟联络风道、设置在排烟联络风道内的排烟风机。

所述的通风系统还可以设置竖/斜井排风联络风道或同时设置竖/斜井排风联络风道和竖/斜井送风联络风道。在竖/斜井排风联络风道内设排风风机，在竖/斜井送风联络风道内设送风风机。隧道主风道与隧道进口、隧道出口、竖/斜井排风联络风道、竖/斜井送风联络风道连通。

所述的排烟风道纵向设置在隧道主风道的顶部或侧上方并与隧道主风道隔离，通过排烟风阀与隧道主风道连通。排烟风道与隧道主风道可以用隔板、专用通风管道等方式隔离，排烟风道上间隔一定距离安装排烟风阀，用于排除主风道内的火灾烟雾。排烟风阀在正常工况时处于关闭状态使排烟风道与隧道主风道不连通，在火灾排烟时，可开启排烟风阀使排烟风道与隧道主风道连通、排烟。

所述的排烟风道可以沿隧道全长布设或在隧道中部布设。在隧道中部布设时在隧道口两端不设排烟风道的路段的长度应小于或等于1.5km。

根据排烟风道的长度和排烟效率，可设置一处或多处排烟联络风道及配套的排烟风机。排烟联络风道与竖/斜井送风联络风道、竖/斜井排风联络风道相互独立。

根据需要也可以将竖/斜井排风联络风道的远端与排烟联络风道的远端汇集到同一通风通道进行排放，此时竖/斜井排风联络风道与排烟联络风道的连接处设有控制阀。正常状态时控制阀关闭，将排烟联络风道和竖/斜井排风联络风道隔离开，发生火灾需要排烟时控制阀开启。

所述的射流风机可以有若干个，并可正反转工作，根据需要向相反方向送风，其作用主要是提供隧道通风及排烟所需升压力。当需要时，有排烟风道的隧道主风道内也可同时设置射流风机加强通风、排烟效果。

本发明所述的排烟风道的位置及截面形状可根据实际条件做通用手段的变换。竖/斜井送风联络风道、竖/斜井排风联络风道及排烟联络风道也均可根据具体工程情况合理设置。

本发明隧道通风系统工作原理如下：

1、正常(非火灾)情况下通风系统工作方式(此时排烟风道上安装流效的排烟风阀关闭，排烟风机不启动)

(1)采用全射流风机进行纵向诱导通风。所需新风从隧道一端进入，然后通过射流风机的推动通过隧道，废气从隧道另一端排放。此时，只开启射流风机，气流只能从隧道一端流入并从隧道另一端排出。

(2)采用竖/斜井送风、排风+射流风机进行通风。隧道通风分成两段进行：隧道进口段通过开动隧道进口附近的射流风机、排风风机，使新风从隧道进口进入隧道，废气从竖/斜井排风联络风道排出。隧道出口段通过开动隧道出口附近的射流风机、送风风机使新风由竖/斜送风联络风道进入隧道，废气从隧道出口排出。在这种通风方式下，废气的排出及新风的送入可根据需要组合使用，可只排废气不送新风，也可不排废气只送新风。还可根据隧道长度等条件设置多个竖/斜井与隧道主风道连通，将隧道通风分成多个通风段，理论上这种通风方式的隧道通风长度可以无限长。

(3)采用竖/斜井集中排风+射流风机进行通风。是对隧道分段进行通风的另一种方式。新风从隧道两侧进入，通过射流风机(根据需要可正反转)补充升压力，使废气通过竖/斜井排风联络风道排出。在这种通风方式下，隧道车辆行驶产生的废气通过排风风机及射流风机，合流至竖/斜井排风联络风道排出。本通风方式适合于双向交通或洞口外空气环境质量要求较高的单向交通情况。

2、火灾情况下通风系统工作方式

(1)火灾发生在隧道进口段无排烟风道时，火灾车辆前方的车辆继续前行驶离隧道，开启射流风机将烟流控制为从隧道进口至隧道出口的方向，同时打开紧靠火灾车辆的一段长度范围内所有排烟风阀及排烟风机，烟流即从火灾车辆经隧道主风道至排烟风阀，然后通过排烟风道到达排烟联络风道，最后将火灾烟雾排到隧道外。

(2)火灾发生在隧道中间段有排烟风道时，前方的车辆继续前行驶离隧道，打开火灾车辆处前后一段长度范围内的排烟风阀及排烟风机，同时，为防止烟流的回流，开启隧道进口一端的射流风机(正转)及隧道出口一端的射流风机(反转)，将烟流控制在火灾车辆处一定长度范围内，烟流即从火灾车辆经排烟风阀，然后通过排烟风道到达排烟联络风道，最后将火灾烟雾排出。

(3)火灾发生在隧道出口段无排烟风道时，前方的车辆继续前行驶离隧道，隧道进口一端的射流风机及隧道出口端的射流风机，将烟流从火灾事故点吹向隧道出口并排出。

上述通风方式也适用于隧道内双向交通的情况，只是由于隧道的车辆和人逃生疏散的行为方式不同，因而烟流控制的时机及方向会有所不同。

本发明的优点在于：

1)在纵向通风的基础上，设置专用排烟道，火灾烟雾可及时从烟道排除，避免或减少了隧道主风道烟雾纵向蔓延的危害，提高了人员逃生与救援的安全性；

2)与横向、半横向通风方式相比，经济节能；

3)适用于拱形、圆形、矩形等各种断面的单向、双向公路隧道。

附图说明

图1带独立排烟装置的隧道通风系统基本设备平面布置示意图

图2采用全射流风机进行纵向诱导通风时的工作示意图

图3采用竖/斜井送风、排风+射流风机进行通风时的工作示意图

图4采用竖/斜井集中排风+射流风机进行通风时的工作示意图

图5a  图1～图4中在A-A剖面位置上通风系统横断面示意图

图5b  图1～图4中在B-B剖面位置上通风系统横断面示意图

图5c  图1～图4中在B-B剖面位置上另一实施方式横断面示意图

图6a  图1～图4中在A-A剖面位置上另一实施方式横断面示意图

图6b  图1～图4中在B-B剖面位置上第三种实施方式横断面示意图

图6c  图1～图4中在B-B剖面位置上第四种实施方式横断面示意图

图7a  图1～图4中在A-A剖面位置上第三种实施方式横断面示意图

图7b  图1～图4中在B-B剖面位置上第五种实施方式横断面示意图

图7c  图1～图4中在A-A剖面位置上第四种实施方式横断面示意图

图7d  图1～图4中在B-B剖面位置上第六种实施方式横断面示意图

图8火灾发生在隧道进口段无排烟风道时，通风系统排烟工作示意图

图9火灾发生在隧道中间段有排烟风道时，通风系统排烟工作示意图

图10火灾发生在隧道出口段无排烟风道时，通风系统排烟工作示意图

图11竖/斜井排、送风联络风道、和排烟风道布置示意图

图12竖/斜井排风联络风道、和排烟风道布置示意图

图13排烟联络风道布置方式示意图

其中：

1、隧道主风道               2、排烟风道

3、射流风机                 4、排烟风机

5、排烟风阀                 6、排烟联络风道

7、竖/斜井排风联络风道      8、竖/斜井送风联络风道

10、隧道进口进入的新风      11、隧道出口排出的废气

12、排风风机                13、送风风机

15、火灾时开启的排烟风阀    20、排烟风阀处的烟流

21、排烟联络风道中的烟流    100、隧道进口

101、隧道出口               200、隧道内车辆

201、发生火灾的车辆         210、竖/斜井送风联络风道送入的新风

211、竖/斜井排风联络风道排出的废气

具体实施方式

参见图1、2、3和4，隧道有两个端口，隧道进口100和隧道出口101、在实际应用中即使隧道有多个端口本通风系统依然适用，通风、排烟的原理相同，只是设备具体布置方式有差别。

整个隧道构成了隧道主风道1，在隧道内根据需要在隧道顶部、侧面或其它位置安装若干个射流风机3，隧道内设置有竖/斜井排风联络风道7和竖/斜井送风联络风道8，竖/斜井排风联络风道7内设有排风风机12，竖/斜井送风联络风道8内设有送风风机13。独立的排烟装置包括排烟风道2、设置于排烟风道2上的排烟风阀5、与排烟风道2连通的排烟联络风道6、设置在排烟联络风道6内的排烟风机4。

排烟风道2可沿隧道全长布设，也可在中部布设。排烟风道2在隧道中部设置时，在隧道进出口两端不设排烟风道的路段长度不宜大于1.5km。排烟风道2设在隧道主风道1的顶部或侧向上方并与隧道主风道1以隔板、专用通风管道等方式隔离，排烟风道2上间隔一定距离安装排烟风阀5，排烟风阀5平时关闭，需要排烟时开启使排烟风道2和隧道主风道1连通以排出隧道主风道1内的火灾烟雾。

射流风机3可正、反转，其作用主要是提供隧道通风及排烟所需升压力。当需要时，装有排烟风道2的路段也可同时设置射流风机3。

根据排烟风道2的长度和排烟效率，可设置一处或多处排烟联络风道6及配套的排烟风机4。排烟风道2与竖/斜井排风联络风道7和竖/斜井送风联络风道8相互独立。

参见图2，新风10从隧道进口100进入隧道，通过射流风机3的推动，废气11从隧道出口101排出。此时，只开启射流风机3，排烟风道2上安装的排烟风阀5关闭，排烟风机4不启动，气流只能从隧道一端流入，并从隧道另一端排出。

参见图3，在隧道中设有竖/斜井排风联络风道7、竖/斜井送风联络风道8与隧道主风道1相连通。隧道通风分成两段进行：隧道进口段通过开动隧道进口段附近的射流风机3、排风风机12，使新风10从隧道进口100进入，废气211从竖/斜井排风联络风道7排出。同理，隧道出口段新风210由竖/斜送风联络风道8进入隧道主风道1，废气11从隧道口101排出。这样，可根据隧道长度等条件设置多个竖/斜井与隧道主风道1连通，将隧道通风分成多个通风分段。

参见图4，在隧道中设有竖/斜井排风联络风道7和多个排烟联络风道6。新风10从隧道两侧同时进入，通过射流风机3(根据需要可正反转)补充的升压力，使废气211通过竖/斜井排风联络风道7排出。在这种通风方式下，隧道车辆行驶产生的废气通过排风风机12及射流风机3合流至竖/斜井排风联络风道7排出。本通风方式适合于双向交通或洞口外空气环境质量要求较高的单向交通情况。

图5a、5b、5c、6a、6b、6c、7a、7b、7c、7d分别表示了在隧道断面形状不同时，本发明的不同实施方式。即排烟风道2、射流风机3、排烟风阀5有不同的布置方式，排烟风道2的截面也可以是矩形、扇行、梯形等多种形状。利用本发明通风系统的工作原理，根据实际情况和要求，本系统还可以有其它诸多布置方式。

参见图8，火灾发生在隧道进口段无排烟风道2时，火灾车辆201前方的车辆继续前行驶离隧道，开启射流风机3将烟流控制为从隧道进口100至隧道出口101的方向，同时打开紧靠火灾车辆201的一段长度范围内所有排烟风阀5及排烟风机4，烟流20从火灾车辆201经隧道主风道1至火灾时开启的排烟风阀15，然后通过排烟风道2到达排烟联络风道6，最后将烟流21排出。

参见图9，火灾发生在隧道中间段有排烟风道2时，火灾车辆201前方的车辆继续前行驶离隧道，打开火灾车辆201处前后一段长度范围内的排烟风阀5及排烟风机4，同时，为防止烟雾扩散，开启隧道进口100一端的射流风机3(正转)及隧道出口101一端的射流风机3(反转)，将烟雾控制在火灾车辆201处一定长度范围内，烟流20即从火灾车辆经火灾时开启的排烟风阀15进入排烟风道2，再经排烟联络风道6排出。

参见图10，火灾发生在隧道出口段无排烟风道2时，火灾车辆201前方的车辆继续前行驶离隧道，开启隧道进口100一端的射流风机3及隧道出口101端的射流风机3，将烟雾从火灾事故点吹向隧道出口101排出。

参见图11，竖/斜井排风联络风道7布置在隧道的侧面，竖/斜井送风联络风道8布置在隧道的侧上方，在图3中的通风系统即按此方式布置。

参见图12，竖/斜井排风联络风道7布置在隧道的侧面，在图4中的通风系统即按此方式布置。

参见图13，排烟联络风道6布置在隧道的顶部，在图2-4中的通风系统均按此方式布置。排烟联络风道与竖/斜井送风联络风道、竖/斜井排风联络风道相互独立。

根据需要也可以将竖/斜井排风联络风道的远端与排烟联络风道的远端汇集到同一通风通道进行排放(远端汇集部分图中未显示)，此时竖/斜井排风联络风道与排烟联络风道的连接处设有控制阀。正常状态时控制阀关闭，将排烟联络风道和竖/斜井排风联络风道隔离开，发生火灾需要排烟时控制阀开启。

Claims (10)

1、一种隧道排烟方法，包括：

(1)在隧道内隔离出独立的排烟风道，所述的排烟风道上设有排烟风阀、与排烟风道连通的排烟联络风道，在排烟联络风道内设有排烟风机；

(2)正常状态时排烟风道、排烟风阀、排烟联络风道和排烟风机不工作；

(3)当隧道内需要排烟时，开启烟雾源附近的排烟风阀，将烟雾从开启的排烟风阀排入排烟风道，再经排烟联络风道排出隧道。

2、一种带独立排烟装置的隧道通风系统，包括隧道主风道(1)、射流风机(3)，其特征是：该通风系统带有独立的排烟装置，所述的独立的排烟装置包括排烟风道(2)、设置于排烟风道(2)上的排烟风阀(5)、与排烟风道(2)连通的排烟联络风道(6)、设置在排烟联络风道(6)内的排烟风机(4)。

3、根据权利要求2所述的通风系统，其特征是：该通风系统还包括竖/斜井排风联络风道(7)。

4、根据权利要求3所述的通风系统，其特征是：该通风系统还包括竖/斜井送风联络风道(8)。

5、根据权利要求4所述的通风系统，其特征是：隧道主风道(1)与隧道进口(100)、隧道出口(101)、竖/斜井排风联络风道(7)、竖/斜井送风联络风道(8)连通。

6、根据权利要求2所述的通风系统，其特征是：所述的排烟风道(2)纵向设置在隧道主风道(1)的顶部或侧上方并与隧道主风道(1)隔离，只通过排烟风阀(5)与隧道主风道(1)连通。

7、根据权利要求2所述的通风系统，其特征是：所述的排烟风道(2)沿隧道全长布设或在隧道中部布设。

8、根据权利要求2所述的通风系统，其特征是：所述的排烟联络风道(6)可以有若干个。

9、根据权利要求4所述的通风系统，其特征是：排烟联络风道(6)与竖/斜井送风联络风道(8)、竖/斜井排风联络风道(7)相互独立。

10、根据权利要求3所述的通风系统，其特征是：所述的竖/斜井排风联络风道(7)相对于隧道的远端与排烟联络风道(6)相对于隧道的远端汇集到同一通风通道进行排放，竖/斜井排风联络风道(7)与排烟联络风道(6)的连接处设有控制阀。

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