CN103939124A - 一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，包括上层车道、下层车道、射流风机及风塔，风塔内设置轴流风机，隧道的圆形盾构段一侧面的扇形空间为独立排烟通道，另一侧扇形空间内设置逃生通道，逃生通道内设置连接上下层的楼梯间，楼梯间与下层逃生门、上层逃生门间分别设置上层前室和下层前室，上层前室、下层前室分别与楼梯间共用的墙壁上各安装有正压风机，隧道的侧壁上端设置上层排烟口和下层排烟口，上层排烟口和下层排烟口均安装有自动排烟防火阀。火灾烟气不会在上、下层之间相互扩散蔓延，逃生环境的能见度良好、不被烟气侵袭，人员疏散高效、快速，大大缩短逃生时间，减少人员的伤亡，施工安全，后期易于维护。

Description

一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统

技术领域

本发明涉及水下交通隧道通风排烟与人员疏散领域，具体涉及一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，适用于水下超大断面的隧道火灾事故。

背景技术

伴随着交通事业的迅猛发展，隧道技术不断进步，各种隧道也不断建成。数量繁多的交通隧道满足了各类地形下的交通需求，带来了巨大的便利。在隧道的建设、维护工作中，火灾是必须要慎重考虑，并构建预防和应对措施的紧急事件。隧道火灾虽然是小概率事件，但是一旦发生且得不到及时有效的控制，会造成惨痛的人员伤亡和巨大的经济损失。目前，随着现代化交通的日益发展，越来越多的交通隧道被修建并投入使用，隧道火灾的防治与救援工作日益受到重视。隧道火灾较于其他形式的火灾，具有一定的特殊性。首先，起火原因复杂多变；第二，烟气浓度大、温度高；第三，火灾容易快速蔓延；第四，可发生着火点的移动；第五，人员疏散极其困难；第六，灭火救援难度大；第七，火灾损失大。

因隧道火灾的种种特殊性，交通隧道的通风排烟系统与人员疏散系统在隧道火灾救援中将扮演十分重要的角色。现在，双层盾构隧道作为一种新的隧道结构，开始频繁出现在实际工程中。而且，为了达到更大的交通运输能力，增大盾构隧道断面、修建双层盾构隧道、加大各层交通流量成为盾构隧道的发展趋势。双层盾构隧道除了具有一般隧道空间相对封闭、烟气容易积聚的特征之外，因每层的净空面积相对较小，排烟疏散存在更大的难度。

现在较常用的隧道通风排烟系统包括以下几种：纵向通风排烟系统，全横向通风排烟系统，半横向通风排烟系统。在特长隧道的通风系统建设中，为保证通风排烟质量，一般需要修建专门的排烟道，也有一些隧道不修建排烟道，而是运用隧道上部进行排烟。如巴黎A86隧道，是分别利用隧道上、下层空间作为排烟道。国内的双层隧道，如上海复兴东路隧道、上中路隧道、外滩隧道及军工路隧道等，是通过纵向通风，结合风塔进行火灾情况下的排烟工作。由于双层盾构隧道是在有限的盾构隧道内构建上下层车道，隧道内净空高度较低，如最低的复兴东路隧道的净空高度仅2.6m，比一般隧道的行车限界还低。较低的净空高度决定了火灾时车道顶部储烟空间体量较小，烟气层下降速度快，容易造成隧道内烟气迅速蔓延，对人员逃生和急救都造成很大困难。由于净空高度较低，也导致隧道内车道高度较低，其交通运输能力也受到影响。例如复兴东路隧道和上中路隧道，受层高限制，上层均只能通行小客车，大、中型客车只能从下层通过。

现有的城市水底隧道人员疏散方式包含以下几种，基本上都是针对双管隧道：1、双孔隧道横向联络通道疏散方式，如丹麦大海峡隧道、荷兰Westerschelde隧道都采用此种疏散方式；2、水平辅助通道疏散方式，英法海峡隧道与日本青函海底隧道均是采用此种方式；3、内部纵向通道疏散方式，如巴黎A86 隧道。A86作为一座双层隧道，采用的是如下具体方式：隧道内每层每隔200m设有一个庇护所，每隔1000m设有通向地面的安全井，隧道内人员可以通过安全井撤离事故现场，同时救援人员也可以通过安全井抵达事故现场。在此种逃生方式中，庇护所与逃生竖井的间距都相隔较远，逃生速度受到逃生通道数量的限制，且开设安全井对于水下隧道来说，难以实施。在国内，上海复兴东路水下隧道采用了数种疏散方式组合的逃生方式。复兴东路水下隧道是双管双层隧道结构，在单条隧道中安全出口有14处，其中2处是联接上下层车道的联接通道，4处是联接两条隧道的横向联络通道，8处联接用于隧道养护的水平辅助通道。在以上三种疏散方式中，双孔隧道横向联络通道疏散方式和水平辅助通道疏散方式的疏散能力好，但存在一定的施工风险，且在横向通道接口处易产生局部应力和变形，可能造成开裂、水涌入隧道等事故。上下层联通的内部纵向通道疏散方式基本上不存在施工风险，主隧道也不开口，不会产生附加应力和变形，是一种较为经济的疏散方案，但疏散能力受到逃生口间距的制约，且火灾烟气容易通过上下层的联接通道在上、下层之间相互扩散而危及人员疏散。目前已授权的专利“一种双层盾构隧道”（申请号：200910062074.7）只对双层隧道排烟和疏散方式理念做了说明，未对双层隧道断面尺寸、长度、排烟组织形式做具体介绍，最为重要的是尚未考虑烟气会在上、下层疏散通道之间相互扩散蔓延情况，火灾烟气会侵袭相邻未着火层隧道，造成更大灾害。

综上所述，隧道火灾，拥有与一般火灾相区别的特征和严重危害性，在相对狭小、封闭的隧道环境中会对其中的设施、被困人员造成相当大的破坏与威胁。而单管双层盾构隧道因上下层空间受限，其排烟与人员逃生疏散设计面临更大的困难。水下超大断面单管双层盾构隧道，是隧道工程今后的发展方向之一；超大断面、上下层均有通行大型车辆的通行能力、合理的结构安排，是单管双层盾构隧道的发展趋势。因此，整合现有单层与双层隧道排烟与疏散的技术，进行优化改进，以适应于超大断面单管双层盾构隧道火灾情况下的排烟与人员疏散，是现在隧道建设急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种适用于水下超大断面单管双层盾构隧道火灾情况下的排烟与人员疏散系统，充分利用超大断面单管盾构隧道的较大断面结构空间，上下层均有通行大型车辆的通行能力，排烟通风经济迅速，疏散人员高效，结构合理。

为实现上述目的，具体技术解决方案如下：

一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，包括上层车道、下层车道、射流风机及风塔，风塔内设置轴流风机，隧道的圆形盾构段一侧面的扇形空间为独立排烟通道，另一侧空间内设置扇形逃生通道，扇形逃生通道内设置连接上下层的楼梯间，楼梯间的第一级阶梯（自下而上）与下层车道侧壁上的下层逃生门间预留一段距离（2m-4m），与墙体形成一个空间作为下层前室，楼梯间的最后一级阶梯与下层车道侧壁上的上层逃生门间设置上层前室，上层前室、下层前室分别与楼梯间共用的墙壁上各安装有正压风机，隧道的上层车道侧壁上端沿纵向每隔25m-40m设置一个上层排烟口，隧道的下层车道侧壁上端沿纵向每隔25m-40m设置一个下层排烟口，上层排烟口和下层排烟口均安装有自动排烟防火阀。

所述的隧道圆形盾构段横截面的面积为：138m²-175m²，即圆形盾构段直径为：13.3m-14.9m；

所述的扇形独立排烟通道横截面积为：6.5m²-7.5m²；

所述的扇形逃生通道横截面积为：10m²-12.5m²；

所述的楼梯间内的逃生楼梯分为两段，两段楼梯高度之和略低于上下层车道高度，两段楼梯由水平平台连接，沿隧道纵向每个楼梯间的间距为30m-40m。

所述的隧道的上层逃生门、下层逃生门沿隧道纵向设置的个数，同楼梯间的设置相适配；

所述的上层排烟口下边沿与上层车道行车地面的垂直距离为：3.8m-4.1m，上层排烟口的尺寸为：宽度2m-3m, 高度0.8m-1.5m；

所述的下层排烟口下边沿与下层车道行车地面的垂直距离为：3.8m-4.1m，下层排烟口的尺寸为：宽度2m-3m, 高度0.8m-1.5m；

所述的正压风机提供的隧道断面平均风速为：2-2.5m/s；

所述的自动排烟防火阀通过管理控制中心的中央计算机控制系统远程控制，按照火灾位置打开电动组合风阀，将烟气通过就近的排烟口排入侧壁排烟通道，再由风塔排出隧道外，由此，形成独立排烟道的重点排烟模式。此种模式下，利用现有隧道空间形成了独立、高效的排烟通道，不需重新布置排烟通道，不仅节省了隧道内空间，而且保证了了烟气的迅速排出，十分有利于控制烟气蔓延，为人员逃生和消防急救创造良好环境。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明充分发挥了超大断面水下双层盾构隧道的结构特点，利用合理的技术措施，且经济性较好，能有效服务于水下交通隧道的通风排烟、人员疏散与救援需要。

（1）人员疏散方面，在上下层逃生楼梯设置前室，并安置正压风机，发生火灾后，风机对上、下层前室送风，保证前室处于正压状态，防止烟气进入前室和楼梯间，形成准安全区，也保证了火灾烟气不会在上、下层之间相互扩散蔓延。保证了逃生环境的能见度良好、不被烟气侵袭等必要条件，一旦某一层发生火灾，能运用另一层未发生火灾的通道，高效、快速地疏散人员，大大缩短逃生时间，减少人员的伤亡，消防救援车辆能通过未起火一层迅速接近起火点进行救援，不易造成交通堵塞。与目前已授权的专利“一种双层盾构隧道”（申请号：200910062074.7）相比，专利（申请号：200910062074.7）只对双层隧道排烟和疏散方式理念做了说明，未对双层隧道断面尺寸、长度、排烟组织形式以及适用范围做具体介绍，最为重要的是尚未考虑烟气会在上、下层疏散通道之间相互扩散蔓延情况，火灾烟气会侵袭相邻未着火层隧道，造成更大灾害。

（2）隧道通风排烟方面，本发明专利针对水下超大断面双层盾构隧道内发生火灾情况，选择最合理有效的方式进行通风排烟。合理且经济地运用隧道有限而特殊的空间结构设置排烟系统，使得火灾发生时隧道内火灾烟气蔓延得到一定的控制。经过大量的仿真模拟结果表明，该排烟模式对该类型结构的隧道具有较良好的适用性，最大程度上控制了火灾烟气的蔓延，为阻滞人员提供了最为充足的逃生时间。同时，在纵向风流的作用下，隧道内烟气温度得到了一定的控制，有效避免了火灾发生前期火焰对排烟道，隧道顶部和隔墙壁面的炙烤，保证排烟道能稳定工作。通过及时控制火灾附近的排烟阀，能有效排烟并将烟气控制在起火点附近，为人员疏散与救援行动提供充足的时间；与目前已授权的专利“一种双层盾构隧道（申请号：200910062074.7）相比，本专利主要针对水下超大断面双层盾构交通隧道火灾情况下（火灾设计规模为20MW）通风排烟设计，在上下层逃生楼梯设置前室，并安置正压风机，发生火灾后，风机对上、下层前室送风，保证前室处于正压状态，防止烟气进入前室和楼梯间，形成准安全区，也保证了火灾烟气不会在上、下层之间相互扩散蔓延，保证了逃生环境的能见度良好、不被烟气侵袭等必要条件，有利于被困人员迅速离开火灾影响范围。

（3）施工方面，隧道内没有横向连接通道，因此主隧道不会因主隧道与连接横通道间的不均匀沉降，或者因地震作用或其他原因在连接通道接口处产生应力集中，因而从根本上杜绝了开裂和透水事故。另外，施工全部在一条隧道内进行，无须穿越横通道，几乎不存在施工风险；

（4）经济性方面，只需修建一条单管主隧道，不需附加修建水平辅助通道或者同时修建两条隧道，大大降低了工程投资。从经济角度讲，连续的施工长度不小于350m。而且，在后期易于维护，具有不可比拟的经济性。

因此，本发明对我国改进水下单管双层盾构隧道建设方式，提高隧道防范火灾的能力，推进我国现代化交通事业的全面发展，具有重要的意义。

附图说明

图1为一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统的横截面图。

图2为一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统的纵剖面局部示意图。

图3为一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统的楼梯间示意图。

图4为实施例1中火灾情况下排烟组织图。

其中：1—扇形逃生通道， 2—射流风机，3—上层车道，4—排烟通道，5—下层车道，6—上层排烟口，7—下层排烟口，8—楼梯间，9—正压风机，10—下层前室，11—风塔，12—下层逃生门，13—火源，14—上层前室，15—自动排烟防火阀，16—轴流风机，17-上层逃生门。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，它包括上层车道3、下层车道5、射流风机2及风塔11，风塔11内设置轴流风机16，隧道的圆形盾构段一侧面的扇形空间为独立排烟通道4，另一侧空间内设置扇形逃生通道1，逃生通道1内设置连接上下层的逃生楼梯间8，楼梯间8的第一级阶梯与下层车道5侧壁上的下层逃生门12间预留一段距离（2m-4m），与墙体形成一个空间作为下层前室10，楼梯间8的最后一级阶梯与下层车道5侧壁上的上层逃生门17间设置上层前室14，上层前室10、下层前室14分别与楼梯间8共用的墙壁上各安装有正压风机9，隧道的上层车道3侧壁上端沿纵向每隔25m或28m或30m或33m或35m或38m或40m设置一个上层排烟口6，下层车道5侧壁上端沿纵向每隔25m或28m或30m或33m或35m或38m或40m设置一个的下层排烟口7，上层排烟口6和下层排烟口7均安装有自动排烟防火阀15。

所述的隧道圆形盾构段横断面的面积为138m²或140m²或145m²或150m²或155m²或160m²或165m²或170m²或175m²，即盾构段直径为13.26m或13.35m或13.59m或13.82m或14.05m或14.28m或14.50m或14.72m或14.93m，上层车道3和下层车道5高均为4.5m。

所述的扇形逃生通道1横截面积为：10m²-12.5m²；

所述的扇形独立排烟通道4横截面积为6.5m²-7.5m²，约占双层隧道限界内断面面积的4.6%-5.3%。

优选地，所述的扇形独立排烟通道4横截面积为7.4m²，约占双层隧道限界内断面面积的5.3%

如图2所示，所述的上层排烟口6下边沿与上层车道3行车地面的垂直距离为3.8m-4.1m，上层排烟口的尺寸为宽度2m-3m，高度0.8m-1.5m；所述的下层排烟口7下边沿与下层车道5行车地面的垂直距离为3.8m-4.1m，下层排烟口的尺寸为宽度2m-3m, 高度0.8m-1.5m；

优选地，所述的上层排烟口6下边沿与上层车道3行车地面的垂直距离为4m，上层排烟口的尺寸为1.5×2m；所述的下层排烟口7下边沿与下层车道5行车地面的垂直距离为3.8m，下层排烟口的尺寸为0.8×3m

如图3所示，所述的隧道的上层逃生门、下层逃生门沿隧道纵向设置的个数，同楼梯间的设置相适配；所述的楼梯间8内的逃生楼梯分为两段，两段楼梯高度之和略低于上下层车道高度。优选地，楼梯净高4.2m，第一段净高2.7m，由18级高0.15m的楼梯构成；第二段净高1.5m，由10级高0.15m的楼梯构成，宽度均为0.85m。两段楼梯间由长度为1.2m的水平平台连接，考虑到隧道运营后的客流量，沿隧道纵向每个楼梯间的间距为30m或33m或36m或38m或40m，以保证疏散能力。

所述的正压风机9提供的隧道断面平均风速的风速为：2-2.5m/s，发生火灾排烟时的烟气走向如图4所示；

所述的自动排烟防火阀15管理控制中心的中央计算机控制系统远程控制，发生火灾后可按照控制要求单独开关。

所述的风塔11内配置轴流风机16三台，并排在一起，平时都可作为排风机使用，根据隧道内不同地点的正常或火灾情况，可以调整工作状态。这样既减少了风机配置数量，也缩小了风机房面积要求。

在上下层楼梯间前均设置前室，上下两层前室靠近楼梯的墙壁上均安装正压风机。火灾情况下，正压风机自动开启，对楼梯间前室送风，使楼梯间前室形成正压，阻止烟气进入楼梯间。

火灾设计规模为20MW，火灾发烟量为90 m³/s，排烟量取110m³/s。

根据隧道内起火位置的不同，通风气流组织方式分为三种情况：

1、当着火点位于隧道进口时，火灾下游车辆继续前行驶出隧道，隧道进入火灾事故通风阶段，控制隧道内断面平均风速为2.0 m/s以上，并开启下游最近的5个排烟风阀，烟气经排烟通道从风塔排出；

2、当火灾点发生在出口段时，该段位于隧道出口，车辆可顺利地脱离危险区域。发生火灾时，将隧道内射流风机2由正常运营通风转为火灾事故通风，控制隧道内风速为临界风速3 m/s以上，烟雾由洞口直接排出；

3、如图4所示，当着火点位于盾构部分，火灾下游车辆继续前行驶出隧道，被困人员从逃生楼梯进入未着火层隧道撤离，隧道进入火灾事故通风阶段，控制隧道内风速为2.0 m/s左右，并开启下游最近的5个排烟风阀，烟气经排烟通道从风塔排出。

根据隧道内起火位置的不同，人员疏散逃生方式分为两种情况：

1、双层上层车道中段发生火灾，隧道内火灾自动报警系统探测到火灾后，将信息反馈到指挥中心。指挥中心启动火灾应急模式。首先切断进入隧道的交通，火源下游的交通车辆继续前进，离开隧道进入安全区域。如图4所示，火源后方车辆发生拥堵，被困人员就近从联接两层隧道的逃生楼梯进入到下层未发生火灾的车道。此时楼梯间风机开启，保证楼梯间前室达到正压状态，烟气无法进入楼梯间，楼梯间内形成一个准安全区。人员通过楼梯间到达下层车道后，再及时由下层车道疏散到隧道外；同时，消防救援车辆与救援人员利用下层未受火灾影响的车道，迅速进入隧道并到达火灾点附近，通过疏散楼梯到达火源附近，展开救援抢险工作。

2、双层下层车道中段发生火灾，隧道内火灾自动报警系统探测到火灾后，指挥中心启动火灾应急模式。人员逃生方向为从下层车道进入上层车道，消防救援车辆也由上层车道到达火灾点附近。

Claims (6)

1.一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，包括上层车道（3）、下层车道（5）、射流风机（2）及风塔（11），风塔（11）内设置轴流风机（16），隧道的圆形盾构段一侧面的扇形空间为独立排烟通道（4），另一侧空间内设置扇形逃生通道（1），扇形逃生通道（1）内设置连接上下层的逃生楼梯间（8），其特征在于：楼梯间（8）的第一级阶梯与下层车道（5）侧壁上的下层逃生门（12）间预留2m-4m的距离，与墙体形成一个空间作为下层前室（10），楼梯间（8）的最后一级阶梯与下层车道（5）侧壁上的上层逃生门（17）间设置上层前室（14），上层前室（10）、下层前室（14）分别与楼梯间（8）共用的墙壁上各安装有正压风机（9），隧道的上层车道（3）侧壁上端沿纵向每隔25m-40m设置一个上层排烟口（6），下层车道（5）侧壁上端沿纵向每隔25m-40m设置一个的下层排烟口（7），上层排烟口（6）和下层排烟口（7）均安装有自动排烟防火阀（15）。

2.根据权利要求1所述的一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，其特征在于：所述的隧道圆形盾构段横断面的面积为：138m²-175m^2，所述的扇形逃生通道（1）横截面积为：10m²-12.5m²，所述的独立排烟通道（4）面积为6.5m²-7.5m²。

3.根据权利要求1所述的一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，其特征在于：所述的楼梯间（8）内的逃生楼梯分为两段，两段楼梯由水平平台连接，沿隧道纵向每个楼梯间的间距为30m-40m。

4.根据权利要求1所述的一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，其特征在于：所述的上层排烟口（6）下边沿与上层车道行车地面的垂直距离为：3.8m-4.1m，上层排烟口（6）的尺寸为：宽度2m-3m，高度0.8m-1.5m，所述的下层排烟口（7）下边沿与下层车道行车地面的垂直距离为：3.8m-4.1m，下层排烟口的尺寸为：宽度2m-3m，高度0.8m-1.5m。

5.根据权利要求1所述的一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，其特征在于：所述的正压风机（9）提供的隧道断面平均风速为：2-2.5m/s。

6.根据权利要求1所述的一种水下单管双层盾构交通隧道通风排烟与疏散系统，其特征在于：所述的自动排烟防火阀（15）通过管理控制中心的中央计算机控制系统远程控制。