CN111101993A - 具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下隧道领域，提供了一种具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井及系统，所述具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井包括竖井本体和支护结构，所述竖井本体为柔性可弯曲结构，所述竖井本体的底部与水下隧道的风道连通，所述支护结构固定在水底、并与所述竖井本体连接，以使所述竖井本体的顶部伸出水面；所述竖井本体内设有检修逃生梯。该具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井。这种竖井本体的设置方式对海洋环境影响较小，降低了工程造价、运行成本、实施难度、施工风险及运行风险，避免了建设人工岛所造成水生态环境破坏。

Description

具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井及系统

技术领域

本发明涉及水下隧道技术领域，具体涉及一种具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井及系统。

背景技术

海底隧道、跨江地铁隧道等市政工程是当前非常重要的交通建筑，由于隧道封闭的环境内，汽车尾气的热效应、有害气体，以及火灾烟尘等直接影响着司乘人员的生命安全。因此，隧道通风是隧道建设必须要解决的安全问题。目前虽然相关研究较多，但水下隧道通风基本是将通风口设置在两端岸侧，通风管的长度越长、对通风能耗损失越大，所以通风效率会随着隧道的长度的增加而降低，对于长度较长的隧道难以有效完成通风。目前，对于这种水下超长隧道，一般采用建设人工岛的方式设置通风竖井，然而人工岛的建设对海洋生态环境破坏较大，尤其是隧道位于水深较深位置的情况，生态环境影响更大。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井及系统，以解决水下隧道逃生以及竖井对生态环境影响大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，包括竖井本体和支护结构，所述竖井本体为柔性可弯曲结构，所述竖井本体的底部与水下隧道的风道连通，所述支护结构固定在水底、并与所述竖井本体连接，以使所述竖井本体的顶部伸出水面；所述竖井本体内设有检修逃生梯。

可选的，所述支护结构包括围设连接在所述竖井本体外的钢桁架，所述钢桁架的底部与水底连接，所述钢桁架的顶部高出水面，所述钢桁架的顶部设有水上平台。

可选的，所述支护结构包括漂浮平台和多条第一锚缆，所述漂浮平台与所述竖井本体的顶部连接，所述第一锚缆的一端与水底连接，另一端与所述漂浮平台连接，多个所述第一锚缆在所述漂浮平台的周向上均有分布。

可选的，还包括多条第二锚缆，所述第二锚缆的一端连接在所述竖井本体的中部，另一端连接在水底，多个所述第二锚缆在所述竖井本体的周向上均匀分布。

可选的，所述竖井本体包括柔性防护层以及设置在所述柔性防护层内的多组环状支撑结构和多条纵向钢缆，多个所述环状支撑结构沿所述柔性防护层的长度方向间隔分布，多个所述纵向钢缆沿所述柔性防护层的长度方向延伸、并沿所述柔性防护层的周向间隔分布，所述纵向钢缆与所述环状支撑结构。

可选的，所述环状支撑结构为形成于所述柔性防护层上的环状波纹。

可选的，所述环状支撑结构为金属环。

可选的，所述检修逃生梯包括呈闭环状的悬梯本体，所述悬梯本体在动力机构的带动下循环转动；所述悬梯本体的横向梯杆上设有安全带挂钩，所述安全带挂钩包括挂钩本体和防脱组件，所述挂钩本体的中部与所述横向梯杆铰接，所述防脱组件与所述横向梯杆固定连接，所述防脱组件用于与所述挂钩本体形成可开闭配合，在所述悬梯本体的上方设有挡块，所述挡块用于在所述悬梯本体循环转动的过程中与所述挂钩本体上部的外侧形成抵触，在所述悬梯本体的内侧、并位于所述挡块的下方设有救援平台。

本发明另一方面提供一种水下隧道通风系统，包括多个本发明提供的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，多个所述具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井沿水下隧道的长度方向间隔分布。

可选的，在所述竖井本体或所述风道内设有双向风机。

通过上述技术方案，水下隧道的通风可直接通过竖井本体完成，而且竖井本体可在第一锚缆的牵制下稳定的连接在风道上；此外，竖井本体的设置方式对海洋环境影响较小，降低了工程造价、运行成本、实施难度、施工风险及运行风险，避免了建设人工岛所造成水生态环境破坏，特别适合较长距离的海底隧道的应用。

附图说明

图1是本发明一实施方式提供的水下隧道通风系统的示意图；

图2是本发明一实施方式提供的水下隧道通风竖井的示意图；

图3是本发明另一实施方式中水下隧道通风竖井的示意图；

图4是本发明实施方式中竖井本体的截面示意图；

图5是本发明一实施方式中检修逃生梯的侧面示意图；

图6是图5中检修逃生梯的正面示意图；

图7A是本发明一实施方式中安全带挂钩的主视结构示意图；

图7B是本发明另一实施方式中安全带挂钩的主视结构示意图；

图8是图7A中安全带挂钩的右视图；

图9A-图9D是安全带挂钩与挡块配合自动解锁过程的示意图。

附图标记说明

10-水下隧道；11-车辆形走通道；12-风道；

20-竖井本体；21-漂浮平台；22-防护罩；23-支架；24-套筒；25- 水上平台；

201-柔性防护层；202-纵向钢缆；203-环状支撑结构；204-加强钢丝网；

30-牵引装置；31-第一锚缆；32-第二锚缆；

40-钢桁架；

50-悬梯本体；51-纵向缆；52-横向梯杆；

60-轮组；

70-挡块；

80-安全带挂钩；81-挂钩本体；811-钩部；812-凸轮状结构；

82-防脱组件；821-转动臂；822-转动腕；

84-限位块；

90-救援平台；91-安全带。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本实施方式中水下隧道通风系统的示意图，其中包括多个水下隧道通风竖井，主要用于水下隧道通风，也可以兼具逃生检修的功能。参阅图2，本实施方式提供一种水下隧道通风竖井，包括竖井本体20和支护结构，竖井本体20为柔性可弯曲结构，并呈管状，竖井本体20的底部与水下隧道10的风道12连通，支护结构固定在水底、并与竖井本体20连接，以使竖井本体20的顶部伸出水面。

其中，支护结构可以包括柔性的第一锚缆31(如图2所示)，那么水下隧道通风竖井就可以包括漂浮平台21、竖井本体20和多条第一锚缆31，竖井本体20为柔性可弯曲结构，竖井本体20的底部与水下隧道10的风道12连通，竖井本体20的顶部伸出水面、并与漂浮平台21 连接；第一锚缆31的一端与水底固定连接，另一端与漂浮平台21连接，多个第一锚缆在漂浮平台21的周向上均有分布。通过上述技术方案，水下隧道的通风可直接通过竖井本体20完成，而且竖井本体20 可在第一锚缆31的牵制下稳定的连接在风道12上；此外，竖井本体 20的设置方式对海洋环境影响较小，降低了工程造价、运行成本、实施难度、施工风险及运行风险，避免了建设人工岛所造成水生态环境破坏，特别适合较长距离的海底隧道的应用。

支护结构还可以是围设连接在竖井本体20外的钢桁架40(如图3 所示)，钢桁架40的底部与水底连接，钢桁架40的顶部高出水面，钢桁架40的顶部设有水上平台25。钢桁架40通过若干套筒24与竖井本体20连接；采用钢桁架40的结构后，将漂浮平台21换成了水上平台 25，这里的水上平台25的位置高度不会随着水位的变化而变化，而漂浮平台21的位置高度会随着水位的变化而变化。对于支护结构的其他形式在此不再赘述。

在本实施方式中，水下隧道10具有车辆形走通道11和与车辆形走通道11连通的风道12，车辆形走通道11用于行走车辆，风道12通常设置于车辆形走通道11的顶部。

进一步，由于竖井本体20为柔性可弯曲结构，所以会在水中随着水的流动而发生一定幅度的移动，为了避免竖井本体20过度移动，保证竖井本体20和风道12的有效连接，本实施方式中的支护结构还包括多条第二锚缆32，第二锚缆32的一端连接在竖井本体20的中部，另一端连接在水底，多个第二锚缆32在竖井本体20的周向上均匀分布。需要说明的是，这里的竖井本体20的中部为一个长度区间，并不能仅仅理解为风竖井本体20的正中间的一个固定位置。具体地，第二锚缆32可通过套筒24连接在竖井本体20的中部。对于第二锚缆32，可根据竖井本体20的实际长度，在竖井本体20的中部的不同高度位置设置多组，每组第二锚缆32连接在竖井本体20的一个固定位置，并沿竖井本体20的周向均匀分布。其中，第一锚缆31和第二锚缆32 都属于牵引装置30，都起到对竖井本体20牵引的作用。

对于竖井本体20的顶部通风，可设置防护罩22，防护罩22可设置在竖井本体20的顶部通风口位置。防护罩22用于遮蔽雨水或杂物，避免雨水或杂物进入竖井本体20内，竖井本体20的通风口距离水面的高度至少一倍波高。

其中，漂浮平台21和防护罩22之间设置有支架23，支架23支撑在漂浮平台21和防护罩22之间，以使防护罩22距离水面预设的距离。支架23可以采用钢架结构或者其它任意可以支撑防护罩22的结构部件。

为了保证竖井本体20在不同深度的水中具有足够的结构强度，竖井本体20可采取以下结构：

竖井本体20包括筒状的柔性防护层201以及设置在柔性防护层 201内的多组环状支撑结构203和多条纵向钢缆202，多个环状支撑结构203沿柔性防护层201的长度方向间隔分布，多个纵向钢缆202沿柔性防护层201的长度方向延伸、并沿柔性防护层201的周向间隔分布。纵向钢缆202可保证竖井本体20在纵向上的抗拉强度，环状支撑结构203可保证竖井本体20在径向上足够的支撑力，柔性防护层201 将多组环状支撑结构203和多条纵向钢缆202包覆在内，起到柔性连接的作用，采用这种结构的竖井本体20可以使用较深水域隧道的通风。为了提高竖井本体20的强度，还可以在柔性防护层201内设置加强钢丝网。

具体地，环状支撑结构203为形成于柔性防护层201上的环状波纹，也可以是金属环。当然也可以采用环状的钢结构支架。本领域技术人员可以根据设计需求适应性的选择不同的方案。

进一步，本实施方式提供的水下隧道通风竖井还可以用于逃生、检修等功能，具体地，可在竖井本体20内设有检修逃生梯。

参阅图5-6，检修逃生梯包括呈闭环状的悬梯本体50，悬梯本体 50在动力机构的带动下循环转动；悬梯本体50的横向梯杆52上设有安全带挂钩80，安全带挂钩80包括挂钩本体81和防脱组件，挂钩本体81的中部与横向梯杆52铰接，防脱组件与横向梯杆52固定连接，防脱组件用于与挂钩本体81形成可开闭配合，在悬梯本体50的上方设有挡块70，挡块70用于在悬梯本体50循环转动的过程中与挂钩本体81上部的外侧形成抵触，从而使挂钩本体81旋转一定角度，将安全带自动释放。在悬梯本体50的内侧、并位于挡块70的下方设有救援平台90。

通过上述技术方案，该悬梯通过呈闭环状的悬梯本体50实现了持续旋转，持续救援的作用，大大提高了救援的速度，特别适用于被救援人员较多，情况较紧急的救援场景；而且，该悬梯上还设置了安全带挂钩80，以及位于悬梯本体50上方的挡块70，通过挡块70与安全带挂钩80的配合使用，使得安全带挂钩80能够实现自动释放安全带的目的，避免了被救援人员在紧急情况下由于紧张无法打开安全带的问题，这种能够自动解锁的安全带挂钩80也进一步提高了救援速度，避免救援过程中因安全带挂钩无法打开造成的救援场景混乱的问题。

参阅图7A和图8，在一些实施例中，挂钩本体81与防脱组件82 轴向间隔设置。也就是说挂钩本体81和防脱组件82可以只在轴向上不干涉。

在上述方案中，的动力机构具体可包括多个轮组60，具体可参阅图5-6，至少一个轮组由动力装置(图中未示出)带动旋转，每个轮组 60可包括轴向间隔分布的第一滚轮和第二滚轮，第一滚轮和第二滚轮分别与悬梯本体两侧的纵向缆51滚动配合。

对于动力装置的驱动方式可以采用如下两种实施例：

实施例一，第一滚轮和/或第二滚轮与其中一条纵向缆51为链轮与链条配合的结构。也就是说，可以在并排的第一滚轮和第二滚轮上均设置链轮结构，同样，两条纵向缆51也均设置链条结构，从而通过动力装置同步驱动第一滚轮和第二滚轮转动，进一步带动两条纵向缆51 同时转动，也可以仅在第一滚轮设置链轮结构，相应的，在一条纵向缆51上设置链条结构，从而进行单边驱动。为了保证悬梯的同步性，优选为在第一滚轮和第二滚轮都设置链轮结构的技术方案。

实施例二，具有安全带自动解锁功能的悬梯还包括压紧轮(图中未示出)，第一滚轮和第二滚轮均为滑轮，纵向缆为皮带，压紧轮用于与第一滚轮和/或第二滚轮配合，以夹紧纵向缆。该实施例与实施例一的方案相似，只是改变了传动形式，对于本领域技术人员来说只需根据实际的应用环境做出与之符合选择即可。

在本实施方式中，挡块70朝向挂钩本体81上部外侧的一侧为斜面或弧面结构。从而有利于挂钩本体81与挡块70可以平滑的摩擦，也使挂钩本体81转动地更平稳。具体地，挂钩本体81的顶部为凸轮状结构812，挂钩本体81的底部为钩部811。钩部811的主要作用是钩住安全带91，凸轮状结构812的主要作用是与挡块70配合，并在挡块70的推动下转动。

在悬梯本体的内侧、并位于挡块的下方设有救援平台90。被救援的人员在救援平台90上被安全带挂钩80释放。救援平台90可设置防滑结构。

参阅图9A-图9D，首先，由于防脱组件82与横向梯杆52时固定连接的，所以，当自动安全带挂钩80由悬垂位置旋转到水平位置后，会发生大致90°的向上旋转(具体参阅图9A-图9D中的防脱组件82)，这时候，挂钩本体81的开口已经在一定程度上打开。然后随着悬梯本体50的继续旋转，挂钩本体81至少依次经过9A至图9D四个过程，图9A是凸轮状结构812刚开始碰到解锁装置70的状态，图9B是随着悬梯本体50的旋转，挂钩本体81开始旋转的某一状态，图9C是随着悬梯本体50的旋转，挂钩本体81继续旋转并释放安全带91的某一状态，图9D是自动安全带挂钩80释放安全带91后，远离解锁装置 70的状态。

进一步，防脱组件82包括转动臂821和转动腕822，转动臂821 的一端与横向梯杆52固定连接，转动臂821的另一端与转动腕822的一端铰接，转动臂821与转动腕822之间连接有复原弹簧(图中未示出)，复原弹簧用于驱动转动腕822相对于转动臂821朝向远离挂钩本体81的方向转动，转动臂821与转动腕822之间设有转动限位结构，转动限位结构用于限制转动腕822相对于转动臂821向远离挂钩本体 81方向转动的范围。其中，转动腕822起到便于安全带91挂在挂钩本体81上，又避免安全带91滑出的作用。

参阅图7B，为了更好的避免安全带91滑出，还可以在挂钩本体 81的底部末端设置限位部84，在转动腕822相对于转动臂821朝向远离挂钩本体81转动的方向上，限位部84对转动腕822的另一端形成阻挡。安全带挂钩80在悬梯的竖直位置，其防脱组件82未发生转动，转动臂821与转动腕822大致在同一方向上，当安全带挂钩80转动到悬梯的水平位置的过程中，防脱组件82随着横向梯杆52逐渐转动，在限位部84的干涉下，转动臂821与转动腕822发生相对转动，随着转动角度的逐渐增大，转动腕822逐渐远离限位部84，直至从限位部84脱离，从而使防脱组件82相对挂钩本体81处于打开状态。

根据上述水下隧道通风竖井的描述，本实施方式进一步提供一种水下隧道通风系统，参阅图1，水下隧道通风系统包括多个本实施方式所提供的水下隧道通风竖井，多个水下隧道通风竖井沿水下隧道的长度方向间隔分布。具体水下隧道通风竖井的数量可根据水下隧道的长度而定。

进一步，在竖井本体20和/或风道12内设有双向风机。双向风机既可以实现竖井本体20排风，又可以控制竖井本体20进风，由此，可以将不同竖井本体20内的双向风机之间的配合，实现一个水下隧道区间与外界的气流循环，从而保证隧道内空气的新鲜。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，包括竖井本体和支护结构，所述竖井本体为柔性可弯曲结构，所述竖井本体的底部与水下隧道的风道连通，所述支护结构固定在水底、并与所述竖井本体连接，以使所述竖井本体的顶部伸出水面；所述竖井本体内设有检修逃生梯。

2.根据权利要求1所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，所述支护结构包括围设连接在所述竖井本体外的钢桁架，所述钢桁架的底部与水底连接，所述钢桁架的顶部高出水面，所述钢桁架的顶部设有水上平台。

3.根据权利要求1所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，所述支护结构包括漂浮平台和多条第一锚缆，所述漂浮平台与所述竖井本体的顶部连接，所述第一锚缆的一端与水底连接，另一端与所述漂浮平台连接，多个所述第一锚缆在所述漂浮平台的周向上均有分布。

4.根据权利要求3所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，还包括多条第二锚缆，所述第二锚缆的一端连接在所述竖井本体的中部，另一端连接在水底，多个所述第二锚缆在所述竖井本体的周向上均匀分布。

5.根据权利要求1所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，所述竖井本体包括柔性防护层以及设置在所述柔性防护层内的多组环状支撑结构和多条纵向钢缆，多个所述环状支撑结构沿所述柔性防护层的长度方向间隔分布，多个所述纵向钢缆沿所述柔性防护层的长度方向延伸、并沿所述柔性防护层的周向间隔分布，所述纵向钢缆与所述环状支撑结构。

6.根据权利要求5所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，所述环状支撑结构为形成于所述柔性防护层上的环状波纹。

7.根据权利要求5所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，所述环状支撑结构为金属环。

8.根据权利要求1至7任一项所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，其特征在于，所述检修逃生梯包括呈闭环状的悬梯本体，所述悬梯本体在动力机构的带动下循环转动；所述悬梯本体的横向梯杆上设有安全带挂钩，所述安全带挂钩包括挂钩本体和防脱组件，所述挂钩本体的中部与所述横向梯杆铰接，所述防脱组件与所述横向梯杆固定连接，所述防脱组件用于与所述挂钩本体形成可开闭配合，在所述悬梯本体的上方设有挡块，所述挡块用于在所述悬梯本体循环转动的过程中与所述挂钩本体上部的外侧形成抵触，在所述悬梯本体的内侧、并位于所述挡块的下方设有救援平台。

9.一种水下隧道通风系统，其特征在于，包括多个如权利要求1至8任一项所述的具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井，多个所述具有检修、逃生功能的水下隧道通风竖井沿水下隧道的长度方向间隔分布。

10.根据权利要求9所述的水下隧道通风系统，其特征在于，在所述竖井本体或所述风道内设有双向风机。

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