CN108716419B - 一种城市公路隧道匝道协同通风方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市公路隧道匝道协同通风方法，包括至少一个出口型隧道单元或入口型隧道单元，所述出口型隧道单元包括出口匝道i，出口匝道i将主线隧道划分为主隧道i‑1、主隧道i，所述出口型隧道单元的主线隧道内的污染物经出口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制，所述入口型隧道单元包括入口匝道i，入口匝道i将主线隧道划分为主隧道i‑1、主隧道i，所述入口型隧道单元的主线隧道内的污染物经入口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制。本发明是考虑利用出入口匝道的送排风作用，提出了城市隧道匝道协同通风策略和计算方法，解决城市匝道隧道需风量计算问题，降低和优化城市匝道隧道的总体需风量，减少风机配置，节约工程造价。

Description

一种城市公路隧道匝道协同通风方法

技术领域

本发明涉及一种通风技术，特别涉及是一种城市公路隧道匝道协同通风方法。

背景技术

进入到20世纪的中后期，随着科学技术理念和工业制造水平的不断进步，隧道通风技术也得到了快速发展，先后出现了全横向通风、半横向通风、射流风机纵向通风方式、洞口集中送入式、集中排出式、竖井送排式等诸多机械通风方式，基本上满足了稀释汽车尾气，提高卫生标准的需要。

随着各方面标准的提高，不同问题也随即而来，隧道的通风规模逐渐影响了隧道的主体建设，其投入与损耗也越来越大，设置产生了公路隧道通风系统“修得起，用不起”的矛盾，已经成为了公路业界的一个难点，现阶段，长大公路隧道的通风工程耗资较大，一定程度上成为了制约公路隧道发展的瓶颈。特长公路隧道通风多采用竖井网络通风，其中设备和土建费用占总造价的比例较大，所需费用往往与隧道长度的平方成正比，而隧道建成通车后的运营费用也开支巨大，因而探索隧道通风的节能优化问题极具经济价值和社会意义。在满足公路隧道安全要求的前提下，尽量减少相关机电购置与运营支出费用，或者力争在两者间找到最佳的平衡点，努力做到安全、科学、绿色，这将是未来公路隧道建设需长期面对的探索方向。

综观现有隧道通风方式，主要考虑主线隧道污染物稀释的需风量计算，通风辅助设施，如通风竖井、横向送风排风口等只作为通风送风排风的通道，不需要考虑污染物的稀释问题，故主线隧道如被通风辅助设施分隔为几段时，如通风井送排式通风，其主线总需风量，为各段分别需风量的总和。

而城市长大隧道中，由于隧道内部可能存在通向不同区域的多出入匝道，匝道通行车辆，需要考虑污染物稀释。由于匝道需风量的要求，隧道总体的需风量不能像通风井送排式通风方式那样对主线隧道各段需风量简单相加。而现在隧道通风需风量的计算方法中，都没有涉及如何计算存在匝道的城市公路隧道的总体需风量，也没有提出如何有效的通风策略，来减少和优化城市匝道隧道的总体需风量。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种城市公路隧道匝道协同通风方法，包括城市公路隧道包括至少一个出口型(或入口型)隧道单元，所述出口型隧道单元包括出口匝道i，出口匝道i将主线隧道划分为主隧道i-1、主隧道i，所述出口型隧道单元的出口匝道i的排风风量在满足下述公式时，所述出口型隧道单元的主线隧道内的污染物经出口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制；

其中：QTW(i-1)为主隧道i-1所需的稀释污染物风量；QTW(i)为主隧道i所需的稀释污染物风量；CPW(i)为匝道i所需的稀释污染物风量；CPz(i)为匝道i排风量。

在一较佳实施例中，所述出口型隧道单元的主线入口i进入的新风量在满足下述公式时，所述出口型隧道单元的主线隧道内的污染物经出口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制；QTg(i)＝QTW(i-1)+QTW(i)+CPW(i)其中：QTg(i)为出口型隧道单元的主线入口i进入的新风量；QTW(i-1)为主隧道i-1所需的稀释污染物风量；QTW(i)为主隧道i所需的稀释污染物风量为；CPW(i)为匝道i所需的稀释污染物风量。

在一较佳实施例中，从主线入口i进入的新风量QTg(i)，经过与主隧道i的污染物混合后，从匝道排走的风量中的新鲜风应满足匝道i匝道i所需的稀释污染物风量CPW(i)要求，即：

在一较佳实施例中，从主线入口i进入的新风量，除被匝道i排走的新风量，应满足主隧道i和i-1段污染物需风量的要求，即：

在一较佳实施例中，所述城市公路隧道包括至少一个入口型隧道单元，所述入口型隧道单元包括入口匝道k，入口匝道k将主线隧道划分为主隧道k-1、主隧道k，所述入口型隧道单元的入口匝道k的排风风量在满足下述公式时，所述入口型隧道单元的主线隧道内的污染物经入口匝道k及主线隧道进行来协同通风控制；CRZ(k)≥CRW(k)；其中，CRz(k)为匝道k的送风量；CRW(k)为匝道k所需的稀释污染物风量；

同时所述入口型隧道单元的主线入口k进入的新风量在满足下述公式时，所述入口型隧道单元的主线隧道内的污染物经入口匝道k及主线隧道进行来协同通风控制；QTg(k)＝QTW(k)+QTW(k-1)-(CRZ(k)-CRW(k))，其中，QTg(k)为入口型隧道单元的主线入口k进入的新风量；QTW(k)为主隧道k所需的稀释污染物风量；QTW(k-1)为主隧道k-1所需的稀释污染物风量；同时匝道多增加的供风量应不大于主隧道k-1的污染物需风量：CRZ(k)-CRW(k)≤QTW(k-1)。

在一较佳实施例中，所述城市公路隧道为多匝道隧道包括n个隧道单元，所述隧道单元包括至少一个出口型隧道单元及至少一个入口型隧道单元，从隧道出口端开始，当第一个隧道单元为出口型隧道单元时，按如上的出口型匝道隧道协同通风方法，计算i为1时的新鲜风供风量QTg(i)和匝道排风量CPz(i)，当第一个隧道单元为入口型隧道单元时，按如权利要求5入口型匝道隧道协同通风方法，计算相应的新鲜风供风量QTg(1)和匝道送风量CRZ(1)；计算完第一个隧道单元后，从第二个隧道单元开始，将第一个隧道单元所需的新鲜风供风量QTg(1)设定为第二个隧道单元所需的稀释污染物风量QTW(1)，当第二个隧道单元即i为2时的匝道是入口型匝道时计算第二个隧道单元的所需的新鲜风供风量QTg(i)、匝道排风量CPz(i)；当第二个隧道单元的匝道是出口型匝道时计算第二个隧道单元的所需的新鲜风供风量QTg(2)及匝道送风量CRZ(2)，依次从隧道出口到隧道入口方向类推，计算出隧道入口处的新鲜风供风量QTg(n)，并确定出各隧道单元的排风量QTg(n)和送风量CRZ(n)。

在一较佳实施例中，完成上述所有步骤后，从隧道入口开始，即由n隧道单元开始，如n隧道单元是出口型匝道，由隧道入口进风量QTg(n)减去匝道排风CPz(n)，得主线隧道n-1的运行风量QTY(n-1)＝QTg(n)-Cpz(n)；如n隧道单元是入口型匝道，由隧道入口进风量QTg(n)加上匝道送风量CRZ(n)，得主线隧道n-1的运行风量：QTY(n-1)＝QTg(n)+CRZ(n)。

在一较佳实施例中，计算完n隧道单元，分别计算n-1隧道单元、n-2隧道单元、...、1隧道单元的各段运行风量QTY(n-2)、QTY(n-3)、...、QTY(0)，得到多匝道隧道协同通风时各出入口的送排风风量和隧道各段的运行风量。

综上，本发明至少包括以下技术效果：

本发明是考虑利用出入口匝道的送排风作用，提出了城市隧道匝道协同通风策略和计算方法，解决城市匝道隧道需风量计算问题，降低和优化城市匝道隧道的总体需风量，减少风机配置，节约工程造价。

附图说明

图1为本发明的城市公路隧道出口型匝道隧道的结构示意图。

图2为本发明的城市公路隧道入口型匝道隧道的结构示意图。

图3为本发明的城市公路隧道多出入口型匝道隧道的结构示意图。

具体实施例

在下文的细节描述中，组件符号会标示在随附的图示中成为其中的一部份，并且以可实行该实施例的特定范例描述方式来表示。这类实施例会说明足够的细节俾使该领域的一般技艺人士得以具以实施。阅者须了解到本发明中亦可利用其他的实施例或是在不悖离所述实施例的前提下作出结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述将不欲被视为是一种限定，反的，其中所包含的实施例将由权利要求范围来加以界定。

如图1所示，本发明提供了一种用于出口型匝道隧道的城市公路隧道匝道协同通风方法，所述城市公路隧道包括至少一个出口型隧道单元，所述出口型隧道单元包括出口匝道i，出口匝道i将主线隧道划分为主隧道i-1、主隧道i，所述出口型隧道单元的出口匝道i的排风风量在满足下述公式时，所述出口型隧道单元的主线隧道内的污染物经出口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制；分别设主隧道i-1、主隧道i、匝道i各段所需的稀释污染物风量为QTW(i-1)、QTW(i)、CPW(i)；主线入口i进入的新风量为QTg(i)和匝道i排风量为CPz(i)。

满足匝道i的需风量需求：从主线入口i进入的新风量，经过与主隧道i的污染物混合后，从匝道排走的风量中的新鲜风应满足匝道i的污染物需风量要求，即：

满足主隧道i-1的需风量需求：从主线入口i进入的新风量，除被匝道i排走的新风量，应满足主隧道i和i-1段污染物需风量的要求，即：

基于式(1)和(2)可得新鲜风供应量：

QTg(i)＝QTW(i-1)+QTW(i)+CPW(i) (3)

匝道的排风风量：

出口匝道协同通风：为降低主线隧道污染物水平，可进一步通过增加出口匝道的排风风量CPz(i)来协同通风控制，这时主线的新鲜风供应量，可由式(2)来计算：

即：

如图2所示，本发明提供了一种用于入口型匝道隧道的城市公路隧道匝道协同通风方法，所述城市公路隧道包括至少一个入口型隧道单元，所述入口型隧道单元包括入口匝道k，入口匝道k将主线隧道划分为主隧道k-1、主隧道k，所述入口型隧道单元的入口匝道k的排风风量在满足下述公式时，所述入口型隧道单元的主线隧道内的污染物经入口匝道k及主线隧道进行来协同通风控制；分别设主隧道k-1、主隧道k、匝道k各段所需的稀释污染物风量为QTW(k-1)、QTW(k)、CRW(k)。

设主线入口k进入的新风量为QTg(k)、匝道送风量为CRz(k)，其风量需满足主隧道k、主隧道k-1、匝道k各段的稀释污染物的需求：

满足入口匝道k的需风量：在入口匝道中，匝道送风量的最低风量即为稀释匝道污染物的风量：

CRZ(k)＝CRW(k) (8)

满足主线隧道的需风量：

QTg(k)＝QTW(k)+QTW(k-1) (9)

入口匝道的协同通风：为有效利用入口匝道进行协同通风，通过增加入口匝道的新鲜风的供风量，减少主线隧道的供风风量实现协同通风。

即CRZ(k)≥CRW(k) (10)

QTg(k)＝QTW(k)+QTW(k-1)-(CRZ(k)-CRW(k)) (11)

同时匝道多增加的供风量应不大于主隧道k-1的污染物需风量：

CRZ(k)-CRW(k)≤QTW(k-1) (12)

如图3所示，本发明提供了一种用于多出入口型匝道隧道的城市公路隧道匝道协同通风方法，所述城市公路隧道为多匝道隧道包括n个隧道单元，所述隧道单元包括多个出口型隧道单元及多个入口型隧道单元，多出入口匝道将隧道分成了多段，同时隧道各段和匝道各段都需相应新鲜风稀释污染物，总体隧道的供风排风需整体考虑。具体方法：

(1)以各匝道为依据，如有匝道i，将匝道i、主线隧道i-1和主线隧道i各部分确定为一个匝道型隧道单元i。那么假设隧道有n个匝道，将隧道确定为n个隧道单元。

(2)从隧道出口端开始，首先由匝道1、主线隧道0、主线隧道1组成的1隧道单元开始，如匝道是出口型匝道，按出口型匝道隧道协同通风计算方法(式6、7)，计算i为1时的新鲜风供风量QTg(i)和匝道排风量CPz(i)，如匝道是入口型匝道，按入口型匝道隧道协同通风计算方法(式11、12)计算相应的新鲜风供风量QTg(1)和匝道送风量CRZ(1)。

(3)计算完1隧道单元后，从2隧道单元开始，将1隧道单元所需的新鲜风供风量QTg(1)设定为2隧道单元所需的稀释污染物风量QTW(1)，按2隧道单元的匝道是入口型匝道还是出口型匝道，分别计算2隧道单元的所需的新鲜风供风量QTg(2)、匝道排风量CPz(2)或匝道送风量CRZ(2)

(4)基于第2步和第3步的方法，依次从隧道出口到隧道入口方向类推，计算出隧道入口处的新鲜风供风量QTg(n)，并确定出各匝道的排风量和送风量。

(5)完成步骤1-4后，从隧道入口开始，即由n隧道单元开始，基于质量守恒定律，如n是出口型匝道，由隧道入口进风量QTg(n)减去匝道排风CPz(n)，可得主线隧道n-1的运行风量QTY(n-1)＝QTg(n)-Cpz(n)；如n隧道单元是入口型匝道，由隧道入口进风量QTg(n)加上匝道送风量CRZ(n)，可得主线隧道n-1的运行风量QTY(n-1)＝QTg(n)+CRZ(n)；

(6)计算完n隧道单元，基于第5步的原理，分别计算n-1隧道单元、n-2隧道单元、...、1隧道单元的各段运行风量QTY(n-2)、QTY(n-3)、...、QTY(0)，至此，可得到多隧道协同通风时各出入口的送排风风量和隧道各段的运行风量，实现了利用匝道进行隧道的协同通风，并提出了匝道隧道协同通风的计算方法。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以限定本发明的专利保护范围。任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神与范围内，所作的更动及润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，所述城市公路隧道包括至少一个出口型隧道单元,所述出口型隧道单元包括出口匝道i，出口匝道i将主线隧道划分为主隧道i-1、主隧道i,所述出口型隧道单元的出口匝道i的排风风量在满足下述公式时，所述出口型隧道单元的主线隧道内的污染物经出口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制；

其中:QTW(i-1)为主隧道i-1所需的稀释污染物风量；

QTW(i)为主隧道i所需的稀释污染物风量；

CPW(i)为匝道i所需的稀释污染物风量；

CPz(i)为匝道i排风量。

2.根据权利要求1所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，同时所述出口型隧道单元的主线入口i进入的新风量在满足下述公式时，所述出口型隧道单元的主线隧道内的污染物经出口匝道i及主线隧道进行来协同通风控制；

QTg(i)＝QTW(i-1)+QTW(i)+CPW(i)

其中:QTg(i)为出口型隧道单元的主线入口i进入的新风量；

QTW(i-1)为主隧道i-1所需的稀释污染物风量；

CPW(i)为匝道i所需的稀释污染物风量。

3.根据权利要求2所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，从主线入口i进入的新风量QTg(i)，经过与主隧道i的污染物混合后，从匝道排走的风量中的新鲜风应满足匝道i所需的稀释污染物风量CPW(i)要求，即：

4.根据权利要求3所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，从主线入口i进入的新风量，除被匝道i排走的新风量，应满足主隧道i和i-1段污染物需风量的要求，即：

5.根据权利要求4所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，所述城市公路隧道包括至少一个入口型隧道单元,所述入口型隧道单元包括入口匝道k，入口匝道k将主线隧道划分为主隧道k-1、主隧道k,所述入口型隧道单元的入口匝道k的排风风量在满足下述公式时，所述入口型隧道单元的主线隧道内的污染物经入口匝道k及主线隧道进行来协同通风控制；

CRZ(k)≥CRW(k)；

其中，CRz(k)为匝道k的送风量；

CRW(k)为匝道k所需的稀释污染物风量；

同时所述入口型隧道单元的主线入口k进入的新风量在满足下述公式时，所述入口型隧道单元的主线隧道内的污染物经入口匝道k及主线隧道进行来协同通风控制；

QTg(k)＝QTW(k)+QTW(k-1)-(CRZ(k)-CRW(k))

其中，QTg(k)为入口型隧道单元的主线入口k进入的新风量；

QTW(k)为主隧道k所需的稀释污染物风量；

QTW(k-1)为主隧道k-1所需的稀释污染物风量；

同时匝道多增加的供风量应不大于主隧道k-1的污染物需风量：

CRZ(k)-CRW(k)≤QTW(k-1)。

6.根据权利要求5所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，所述城市公路隧道为多匝道隧道包括n个隧道单元，所述隧道单元包括至少一个出口型隧道单元及至少一个入口型隧道单元,从隧道出口端开始，当第一个隧道单元为出口型隧道单元时，按如权利要求2-4中任一的出口型匝道隧道协同通风方法，计算i为1时的新鲜风供风量QTg(i)和匝道排风量CPz(i)，当第一个隧道单元为入口型隧道单元时，按如权利要求5入口型匝道隧道协同通风方法，计算相应的新鲜风供风量QTg(1)和匝道送风量CRZ(1)；计算完第一个隧道单元后，从第二个隧道单元开始，将第一个隧道单元所需的新鲜风供风量QTg(1)设定为第二个隧道单元所需的稀释污染物风量QTW(1)，当第二个隧道单元即i为2时的匝道是入口型匝道时计算第二个隧道单元的所需的新鲜风供风量QTg(i)、匝道排风量CPz(i)；当第二个隧道单元的匝道是出口型匝道时计算第二个隧道单元的所需的新鲜风供风量QTg(2)及匝道送风量CRZ(2)，依次从隧道出口到隧道入口方向类推，计算出隧道入口处的新鲜风供风量QTg(n)，并确定出各隧道单元的排风量QTg(n)和送风量CRZ(n)。

7.根据权利要求6所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，进一步包括以下步骤，从隧道入口开始，即由n隧道单元开始，如n隧道单元是出口型匝道，由隧道入口进风量QTg(n)减去匝道排风CPz(n)，得主线隧道n-1的运行风量QTY(n-1)＝QTg(n)-Cpz(n)；如n隧道单元是入口型匝道，由隧道入口进风量QTg(n)加上匝道送风量CRZ(n)，得主线隧道n-1的运行风量：QTY(n-1)＝QTg(n)+CRZ(n)。

8.根据权利要求7所述的城市公路隧道匝道协同通风方法,其特征在于，计算完n隧道单元，分别计算n-1隧道单元、n-2隧道单元、…、1隧道单元的各段运行风量QTY(n-2)、QTY(n-3)、…、QTY(0)，得到多匝道隧道协同通风时各出入口的送排风风量和隧道各段的运行风量。