CN106677823A - 一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置，即在竖井下部与隧道顶棚连接的部位(竖井底部开口两侧)分别增加一个可升降的固体帘幕，并在隧道顶棚设置启动帘幕的烟气探测装置。本发明操作简单，经济投入少，可以显著提高隧道内发生火灾后竖井的自然排烟效果。在火灾发生时，本发明可将隧道内火灾烟气阻挡在竖井附近区域，使烟气不会向竖井下游扩散，有利于在隧道内的人员进行逃生；同时由于帘幕的作用，烟气在竖井附近形成更大厚度的高温烟气层,并形成更大的热压，使烟气从竖井内迅速排出，能有效抑制吸穿效应的影响。
Description
技术领域
本发明属于火灾安全技术领域，具体涉及一种抑制隧道竖井吸穿效应的装置。
背景技术
近年来，城市化进程不断加快，越来越多的隧道在建设当中。然而，隧道为狭长受限结构，其内部通风能力较差。如果发生火灾，烟气将迅速蔓延到整个隧道，不易排出，而过多的有毒气体在隧道范围内聚集将严重影响隧道内部人群的疏散和消防人员的救援工作。
目前，隧道中发生火灾时主要的排烟方式有两种，分别为自然排烟和机械排烟。机械排烟是采用机械设备将隧道内的烟气排出，但用于隧道通风排烟的各种机械设备耗能大、初期投资及养护维修费用均较高，并且需要在隧道开挖时预留安装空间增大了隧道的建设成本。
而采用竖井的自然排烟方式，则更为经济有效。近年来，有越来越多的科研人员和工程技术人员对竖井自然排烟模式进行研究。虽然竖井自然排烟方式具有经济有效，节能环保的优点，但这种排烟方式仍有一些问题亟待解决。其中，“吸穿效应”就是影响竖井排烟效果的关键问题。
竖井自然排烟的主要驱动力是竖井内部与外界环境存在的温度差形成的烟囱效应，其大小主要与竖井高度以及竖井内热烟气和环境中冷空气的密度差有关。隧道内烟气温度越高，进入竖井后形成的烟囱效应就越强，在竖井下方形成的排烟速度就越大，有利于排出烟气。当火灾烟气在竖井内形成的烟囱效应较强且竖井下方的烟气层较薄时，就会发生吸穿现象。吸穿效应会使竖井下部开口附近的烟气层发生凹陷，原本(没有竖井排烟时)存在的烟气会被隧道下部的空气填充。这说明一部分处于烟气层下方的冷空气被直接吸入竖井排出，这显然会造成排烟效果的降低。
根据申请人先前的研究，在一定工况下，竖井排烟量中的空气部分占2/3左右，而竖井排出和卷吸进入下游烟气中的空气量之和与竖井排烟量的比值在70％-92％之间。根据以上数据可以发现，竖井自然排烟方式有可能将隧道内大量空气排出，同时一部分烟气会继续向下游扩散从而影响下游的人员疏散和救援工作。因此，在本发明中，我们提出在竖井下方增加帘幕的方法使烟气层在竖井下方积聚，形成厚度更大、温度更高的烟气层，从而减小吸穿效应的不利影响，使竖井排出尽量多的热烟气，而不是冷空气；竖井下方烟气层温度和厚度的增加还有利于增强烟囱效应，进而提高排烟效果。此外，帘幕的存在还可以阻止烟气越过竖井继续向下游扩散。
发明内容
本发明的目的在于设置一种挡烟帘幕，以减小隧道火灾中竖井排烟的吸穿效应，阻止烟气继续向竖井下游扩散，提高竖井自然排烟效果。
本发明采用的技术方案为：一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置，该竖井上游和下游均设有可升降的固体帘幕，隧道顶部设有烟气探测装置，在火灾未发生时，软帘幕卷起，放置在在隧道顶部；当火灾发生时，隧道顶部的感烟装置进行探测，通过联动控制，选择竖井上游或者下游的帘幕，使帘幕沿墙体预定轨道靠重力自然下落，形成固体阻隔，阻挡烟气向帘幕下游扩散，同时利用竖井中产生的烟囱效应进行排烟。
其中，可升降的固体软帘幕，其材料为陶瓷纤维纺织品等防火耐高温材料。
其中，可升降的固体软帘幕设置于竖井上下游两侧，与竖井上下游的边缘平齐(也可保持0-1m的较小距离)，打开状态时，帘幕与地面夹角为90°，垂直于隧道侧壁；帘幕宽度比隧道内部净宽大20-50cm；帘幕下端距离地面2-3m，以便行人疏散；帘幕厚度为3-15mm。
其中，竖井上游和下游均设置烟气探测装置，其设置于距离竖井底面开口5m的位置；根据火灾烟气运动的方向，基于烟气探测装置联动开启相应的帘幕。
本发明的原理在于：在城市道路隧道的竖井下部附近的顶棚衬砌处设置可升降的软帘幕。当城市道路隧道正常通行时，使用竖井进行正常通风，帘幕处于卷起状态，置于不占用隧道内净空的收纳盒中，不影响车辆的正常通行。当火灾发生时，隧道顶部的烟气探测装置(竖井上游一侧)感应到隧道内火灾所产生的烟气，控制竖井下游的帘幕打开，帘幕在重力的作用下沿着预定的轨道下落。当帘幕完全展开后形成挡烟墙，阻隔烟气向竖井下游扩散，使得烟气只能由竖井排出；同时将烟气聚集在竖井下方，增加竖井下方烟气厚度和温度，增强烟囱效应，并抑制吸穿现象的发生，提高竖井排烟的效率。进一步的，防烟帘幕采用陶瓷纤维纺织品等耐火柔性材料，厚度范围为3mm到15mm。帘幕设置于竖井上下游两侧的竖井下方与隧道顶棚连接处。当帘幕处于打开状态时，帘幕宽度比隧道内部净宽大20-50cm，高度随隧道高度而定，给隧道内行人留出2m到3m的高度以便火灾发生时人员的撤离。防火帘幕打开状态下与地面垂直，同时也可以使用不同角度的轨道使帘幕的角度改变，但经研究，不同角度的防火帘幕对于隧道排烟效果的优化作用相近。所以仅采用最便于设置的垂直于地面的防火帘幕。进一步的，在竖井两侧距离竖井5m的地方各设置一个烟气探测装置，以便于选择竖井上下游的帘幕进行开启。进一步的，由于采用此发明的隧道内竖井排烟效率远高于一般竖井隧道，且几乎完全隔绝了下游的烟气，所以对于多竖井的隧道，视情况间隔布置。
本发明的优点和积极效果为：
(1)在实用性方面，通过在城市道路隧道竖井下方设置挡烟帘幕来阻挡火灾产生的烟气继续向下游扩散，同时提高了竖井排烟效率，有助于人员的疏散与救援工作的进行；
(2)在安全性和环境友好方面，本发明不会额外在隧道内增加动力系统，也不会对隧道竖井结构进行改造和影响隧道结构安全，不会对隧道环境带来负面影响。
(3)在施工操作和经济成本方面，本发明不仅可使用于未修建或正在修建的隧道，也可适用于已经修建完毕的隧道。同时，对于以上两种隧道，在隧道竖井附近增加矩形空间(帘幕收纳盒)和帘幕轨道对于总工程预算也是可以接受的，也不会对原有的主体施工产生明显的影响，易于实现。
本发明在原有竖井的下方增加挡烟帘幕，阻止烟气继续向下游扩散，提高竖井排烟效率，易于实现，对工程造价的负担小，安全性高，也利于运营管理。对于城市道路隧道而言，道路上行驶车辆一般为小汽车或公交车，若发生火灾事故，火源功率一般在3-10MW，根据研究，使用本发明，可以将竖井排出烟气的质量流量提高30％。
附图说明
图1为顶棚上方设置竖井和帘幕的隧道结构示意图，此时帘幕为收起状态；
图2为顶棚上方设置竖井和帘幕的隧道结构示意图，此时帘幕为打开状态；
图3为未使用本发明的工况下，排烟时竖井内部烟气浓度场(侧视图)；
图4为使用本发明的工况下，排烟时竖井内部烟气浓度场(侧视图)；
图5为未使用本发明的工况下，排烟时隧道内烟气浓度场(由隧道底部向上看)；
图6为使用本发明的工况下，排烟时隧道内部烟气浓度场(由隧道底部向上看)；
图中标号：1-采用竖井自然排烟的隧道主体；2-竖井；3-软帘幕；4-帘幕下降时的预定轨道；5-烟气探测装置；6-火源；7-竖井内烟气。
具体实施方式
下面结合附图，以设置有竖井的隧道的纵向某一段结构为例，对本发明进一步说明：
参见图1，顶棚上方设置竖井的隧道包括隧道主体和竖井。隧道主体长度为500m以上，隧道内部高度为5m，宽度为10m，竖井高度为5m(在实际工程中，竖井高度与隧道上方的土层厚度有关)，竖井横截面尺寸为2m(长度)*2m(宽度)。挡烟帘幕未打开时，不占用隧道内净空，帘幕宽度比隧道宽度大20-50cm。
参见图2，当帘幕处于打开状态时，帘幕高度为3m，为下方行人通行预留2m的高度，2m的高度足够人员疏散的需求。帘幕沿轨道下降，轨道置于隧道两侧衬砌中，高度为3m，与帘幕高度一致，轨道宽度为0.2m。帘幕打开状态厚度为5mm。隧道内烟气探测装置距离竖井距离为5m。
参见图3和5，对于未采取本发明的隧道，当发生火灾后，将有一部分烟气越过竖井继续向下游蔓延。同时，竖井内排放的烟气也较为稀疏，竖井底部烟气浓度较小，有部分烟气被吸入竖井，发生了明显的吸穿现象。
参见图4和6，对于采用了本发明的隧道，当火灾发生时，在竖井后方降下的挡烟帘幕将完全阻隔烟气继续向下游扩散。同时，竖井内的烟气较图3更加浓厚，这说明加上帘幕后，烟囱效应增强，同时减弱了吸穿效应，竖井的排烟效率大大提高，根据计算，火源距离竖井24m，火源功率为3MW的时候，竖井排出烟气的质量流量提高了30％。
Claims (4)
1.一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置，其特征在于：该竖井上游和下游均设有可升降的固体帘幕，隧道顶部设有烟气探测装置，在火灾未发生时，软帘幕卷起，放置在在隧道顶部；当火灾发生时，隧道顶部的感烟装置进行探测，通过联动控制，选择竖井上游或者下游的帘幕，使帘幕沿墙体预定轨道靠重力自然下落，形成固体阻隔，阻挡烟气向帘幕下游扩散，同时利用竖井中产生的烟囱效应进行排烟。
2.根据权利要求1所述的一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置，其特征在于：可升降的固体软帘幕，其材料为陶瓷纤维纺织品等防火耐高温材料。
3.根据权利要求1所述的一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置，其特征在于：可升降的固体软帘幕设置于竖井上下游两侧，与竖井上下游的边缘平齐，也可保持0-1m的较小距离，打开状态时，帘幕与地面夹角为90°，垂直于隧道侧壁；帘幕宽度比隧道内部净宽大20-50cm；帘幕下端距离地面2-3m，以便行人疏散；帘幕厚度为3-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种抑制城市道路隧道火灾中自然排烟竖井吸穿效应的装置，其特征在于：竖井上游和下游均设置烟气探测装置，其设置于距离竖井底面开口5m的位置；根据火灾烟气运动的方向，基于烟气探测装置联动开启相应的帘幕。
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