CN105971626A - 一种具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道，包括双线隧道以及设于双线隧道之间的互补联络风道及排烟竖井；联络风道内设有轴流风机用于双线隧道之间的气流组织；排烟竖井内设置轴流风机；竖井底部设置风道与上下行隧道连通且风道内设置一对电动风阀；非火灾时竖井底部风道的电动风阀全开，用于自然通风；火灾时关闭非火灾侧隧道的竖井底部风道电动风阀以及互补联络风道中的风阀和轴流风机，开启排烟竖井内的轴流风机用于火灾排烟。本发明双线隧道通过联络风道进行互补通风，能够降低通风系统及供配电系统的工程量，排烟竖井用于火灾时排烟和非火灾时的自然通风，从而减少相应的竖井规模和工程造价，提高营运节能和防灾能力。
Description
技术领域
本发明属于公路隧道通风设计技术领域，具体涉及一种具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道。
背景技术
高速公路、一级公路隧道为双管上下行单向行车隧道，汽车在隧道内行驶排放CO、NOx、烟雾等尾气，对人体健康及行车安全带来危险，因此，在公路隧道中通风系统是必不可少的附属工程之一，直接影响建设投资以及隧道内环境和运营安全。
根据隧道长度、坡度和交通量等，国内公路隧道常规的通风方式有自然通风、全射流纵向通风、竖/斜井分段式纵向通风几种。竖/斜井分段式纵向通风一般适用于长度大于5km的隧道，随着隧道长度的增加，可能需要2座、3座甚至更多的竖/斜井来进行空气交换分段通风，以满足隧道内通风卫生标准。当设置竖/斜井时，一般需要设置地下或地面机房，并设置送风、排风轴流风机，竖/斜井和地下机房的土建工程量及轴流风机的功率均较大，工程造价及运营费用高。当受地形限制竖/斜井位置选择不合理时，更容易造成通风设备的大量增加。
为克服越岭高差，长大公路隧道大多设计为单向坡，上坡隧道的需风量较大，常规设计是设置竖/斜井进行分段式纵向通风，而下坡隧道的需风量较小，对5～7km的隧道往往全射流纵向通风或汽车交通活塞风就能满足要求。针对上、下坡隧道通风负荷不均匀的情况，瑞士学者Bemer&Day提出了一种互补通风方式，即通过左、右洞之间的换气联络风道，用下坡隧道内富余的新风去稀释上坡隧道内的污浊空气，从而可以减少或取消竖/斜井的设置。由于互补风道设置在两隧道之间的山体内，可以完全不受山体地形影响，因而互补风道可以根据通风需要设置在最佳位置，从而减少通风设备的配置；同时，由于互补风道短，风道损失小，互补风道内的轴流风机功率可以较小，进一步节约了运营费用。但该互补通风方式的缺点是：互补风道只能实现隧道两管间的空气交换，不能用于火灾时的排烟，因而火灾烟雾流经的路径较长，对隧道运营安全不利。
发明内容
针对现有隧道通风技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道，能够降低通风系统及相应供配电系统的工程量及工程造价，提高隧道的防灾能力。
一种具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道，包括分离式的上行隧道和下行隧道；上行隧道与下行隧道之间设有多处联络风道和一处排烟竖井，这些联络风道至少包括一处用于上行隧道向下行隧道导风的联络风道和一处用于下行隧道向上行隧道导风的联络风道；上下行隧道通过这些联络风道形成通风回路，以平衡双线隧道内的通风负荷；所述的排烟竖井底部设有风道与上行隧道和下行隧道连通，用于火灾时排烟，平时可用于自然通风。
进一步地，所述的联络风道内设有轴流风机和风阀，联络风道的进风口和出风口均位于隧道行车建筑限界之外，风阀设置于联络风道内靠进风口的一侧。
进一步地，对于上行隧道向下行隧道导风的联络风道，其进风口位于上行隧道内侧墙，出风口位于下行隧道拱顶；对于下行隧道向上行隧道导风的联络风道，其进风口位于下行隧道内侧墙，出风口位于上行隧道拱顶。
进一步地，所述联络风道的断面尺寸需满足轴流风机的安装尺寸及维修工艺要求，且风道的进风口断面风速不大于8m/s。
进一步地，上下行隧道的顶部均设有若干射流风机，其作用主要是提供隧道通风所需气压，并在火灾时控制烟气流向。
进一步地，所述联络风道内的轴流风机配备有独立的风机房用于安置，风机房两端分别通过逃生通道和搬运通道与上行隧道或下行隧道连通；方便检修人员进入风机房进行检修工作，发生紧急情况时，能够及时疏散。
进一步地，所述的排烟竖井顶部或底部设有轴流风机且底部风道两侧分别设有风阀，用于火灾时排烟，也可以用于隧道内污染物浓度超标时排风。
进一步地，所述排烟竖井内的轴流风机配备有独立的风机房用于安置；若轴流风机设置于排烟竖井底部，则其风机房两端分别通过逃生通道和搬运通道与上行隧道或下行隧道连通，方便检修人员进入风机房进行检修工作，发生紧急情况时，能够及时疏散。
本发明通过设置竖井可以将火灾烟雾流经的路径长度大幅降低，从而提高隧道的防灾能力，同时竖井还具有利用其“烟囱效应”进行自然通风，从而减少运营中通风设备开启，改善下游隧道的空气质量，进一步降低隧道能耗，从而实现节能的优点。同时本发明通过设置上下行隧道之间的互补通风道，不但可以平衡两隧道正常营运时负荷不均的问题，而且可以满足任意一座隧道出现车速缓慢通行等不利工况时的通风需求，从而实现减少设备配置和节能的目的。
由此，本发明充分利用了互补通风和设置竖/斜井的优点，可以解决日常的正常营运通风需求，减少规模庞大的地下风机房或地面风机房；对于5～7km长度的特长隧道，当采用互补通风时，竖井不需按照机械送、排风的空气交换功能设计，竖井断面仅需满足火灾排烟的需求，竖井规模和建设费用大幅减少。因此，本发明将具有很高的工程经济价值。
附图说明
图1为本发明双线隧道的结构示意图。
图2为图1沿A-A'方向的断面图。
图3为图1沿B-B'方向的断面图。
图4为图1沿C-C'方向的断面图。
图5为图1沿D-D'方向的断面图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面以5～7km的双线公路隧道为例结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
首先对上下行隧道的需风量进行计算分析，考虑以下几种工况：①正常的营运工况，即上下行隧道工况车速均为设计行车速度；②缓慢通行工况，某一隧道出现缓慢通行情况，工况车速30～50km/h；③阻滞工况，某一隧道因故出现交通阻滞，工况车速10km/h，阻滞段长度为1km；④火灾工况，根据临界速度要求确定排烟风量。需风量计算按照现行规范和细则执行。
如图1所示，本发明具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道，包括：上行隧道1、下行隧道2，一对设置于两隧道之间的联络风道31、32以及一处设置于两隧道之间的排烟竖井33；上行隧道1和下行隧道2均有两个端口(进洞口和出洞口)；在实际应用中即使隧道有多个端口、或者有匝道的情况，本实施方式依然适用。
如图2所示，联络风道31通常是一个独立结构，设置于上、下行隧道之间，用于上行隧道1向下行隧道2导风。联络风道与上行隧道交叉口设置吸风口61，气流通过组合风阀81及轴流风机41升压后，通过下行隧道的吹风口51送入下行隧道。联络风道31视互补风量大小及土建实施的难易程度可以分为若干处设置。轴流风机41可以有若干台串联或并联运行。吹风口51通常设置于隧道拱顶建筑限界上部，隧道断面可适当加高。联络风道内的互补风量可根据需风量计算结果确定，原则是使上下行隧道的CO和烟雾浓度均能满足规范要求。联络风道的断面尺寸取决于两个因素：①风道进风口的断面风速不宜大于8m/s；②满足可逆式轴流风机的安装尺寸及维修工艺要求。
类似地如图3所示，联络风道32通常也是一个独立结构，设置于上、下行隧道之间，用于下行隧道2向上行隧道1导风。联络风道与下行隧道交叉口设置吸风口62，气流通过组合风阀82及轴流风机42升压后，通过上行隧道的吹风口52送入上行隧道。联络风道32的断面积确定方法类似于联络风道31。
如图4所示，排烟竖井33通常是一个独立结构，为了缩短排烟的路径长度和减少风阻，通常设置于上、下行隧道之间，竖井断面积满足排烟风量要求，竖井风道风速宜13～20m/s。排烟竖井33内设置轴流排烟风机43，用于火灾时抽排烟气。排烟竖井底部设置风道与上、下行隧道联通，并在风道内设置一对电动组合风阀83。平时电动组合风阀83全开，用于自然通风；火灾时则保持火灾侧隧道的电动组合风阀开启，关闭另一侧风阀，同时开启轴流排烟风机进行排烟。
如图5所示，上行隧道1和下行隧道2的顶部均并行设有若干射流风机10；射流风机10可正、反转，其作用主要是提供隧道通风所需升压力，并在火灾时控制烟气流向，射流风机10的数量由本区段的空气压力平衡要求确定。
如图1所示，火灾发生在隧道入口至竖井段时，以上行隧道1发生火灾为例，迅速关闭联络风道31、32内的轴流风机41、42、组合风阀81、82及下行隧道2侧的组合风阀83，并开启排烟竖井33内的轴流排烟风机43，结合射流风机10的调压左右，使火灾烟气72通过排烟竖井33排放出地面。当火灾发生在下行隧道2入口至竖井段时，烟气的组织方式类似。
本实施方式的双线隧道通过联络风道进行互补通风，能够降低通风系统及供配电系统的工程量，排烟竖井用于火灾时排烟和非火灾时的自然通风，从而减少相应的竖井规模和工程造价，提高营运节能和防灾能力。根据初步测算，对于6～9km长度的特长隧道，采用本实施方式可以减少通风设备30～40％，每公里隧道可节约通风设备及相应的供配电设备约100～200万，竖井内直径可以由7～9m减小到5m。因此，如果公路隧道能够采用基于本实施方式隧道的通风模式，将具有很高的工程经济价值。
上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有竖井排烟结合互补通风系统的双线隧道，包括分离式的上行隧道和下行隧道；其特征在于：上行隧道与下行隧道之间设有多处联络风道和一处排烟竖井，这些联络风道至少包括一处用于上行隧道向下行隧道导风的联络风道和一处用于下行隧道向上行隧道导风的联络风道；上下行隧道通过这些联络风道形成通风回路，以平衡双线隧道内的通风负荷；所述的排烟竖井底部设有风道与上行隧道和下行隧道连通，用于火灾时排烟，平时可用于自然通风。
2.根据权利要求1所述的双线隧道，其特征在于：所述的联络风道内设有轴流风机和风阀，联络风道的进风口和出风口均位于隧道行车建筑限界之外，风阀设置于联络风道内靠进风口的一侧。
3.根据权利要求2所述的双线隧道，其特征在于：对于上行隧道向下行隧道导风的联络风道，其进风口位于上行隧道内侧墙，出风口位于下行隧道拱顶；对于下行隧道向上行隧道导风的联络风道，其进风口位于下行隧道内侧墙，出风口位于上行隧道拱顶。
4.根据权利要求2所述的双线隧道，其特征在于：所述联络风道的断面尺寸需满足轴流风机的安装尺寸及维修工艺要求，且风道的进风口断面风速不大于8m/s。
5.根据权利要求1所述的双线隧道，其特征在于：上下行隧道的顶部均设有若干射流风机。
6.根据权利要求2所述的双线隧道，其特征在于：所述联络风道内的轴流风机配备有独立的风机房用于安置，风机房两端分别通过逃生通道和搬运通道与上行隧道或下行隧道连通。
7.根据权利要求1所述的双线隧道，其特征在于：所述的排烟竖井顶部或底部设有轴流风机且底部风道两侧分别设有风阀。
8.根据权利要求7所述的双线隧道，其特征在于：所述排烟竖井内的轴流风机配备有独立的风机房用于安置；若轴流风机设置于排烟竖井底部，则其风机房两端分别通过逃生通道和搬运通道与上行隧道或下行隧道连通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160928 |