雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風的方法及模型與流程
2023-05-27 21:38:46
本發明涉及隧道通風技術領域，具體涉及一種雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風的方法及模型。
背景技術：
進入到20世紀的中後期，隨著科學技術理念和工業製造水平的不斷進步，隧道通風技術也得到了快速發展，先後出現了全橫向通風、半橫向通風、射流風機縱向通風方式、洞口集中送入式、集中排出式、豎井送排式等諸多機械通風方式，基本上滿足了稀釋汽車尾氣，提高衛生標準的需要。
隨著各方面標準的提高，不同問題也隨即而來，隧道的通風規模逐漸影響了隧道的主體建設，其投入與損耗也越來越大，設置產生了公路隧道通風系統「修得起，用不起」的矛盾，已經成為了公路業界的一個難點，現階段，長大公路隧道的通風工程耗資較大，一定程度上成為了制約公路隧道發展的瓶頸。特長公路隧道通風多採用豎井網絡通風，其中設備和土建費用佔總造價的比例較大，所需費用往往與隧道長度的平方成正比，而隧道建成通車後的運營費用也開支巨大，因而探索隧道通風的節能優化問題極具經濟價值和社會意義。在滿足公路隧道安全要求的前提下，儘量減少相關機電購置與運營支出費用，或者力爭在兩者間找到最佳的平衡點，努力做到安全、科學、綠色，這將是未來公路隧道建設需長期面對的探索方向。
縱觀各國公路隧道通風方式的演變，通風方式在上世紀中後期經歷了由橫向通風向縱向通風的發展歷程。現代的長大隧道多採用雙洞單向行駛，通風方式常採用全射流機、豎(斜)井、軸流風機等多種組合的縱向通風方式。而且，探索解決隧道與橫通道連接處的風速變化的控制以及將風機的能耗控制在最小也是業內技術人員所關注的熱點。
技術實現要素：
針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風的方法及模型。
為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案：
一種雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風的方法，其特徵在於，該方法在雙洞隧道的隧道主洞進出口外側各開設與隧道主洞相互平行的短平行導洞，該短平行導洞的入口位於隧道主洞進出口的三分一處，在短平行導洞內放置有可逆軸流式風機；同時，在雙洞隧道之間的車行橫通道和人行橫通道也放置可逆軸流式風機，在保證兩條主隧道、車行橫通道和人行橫通道內的需風量之和不大於其最大允許通風量之和的前提下，通過調節可逆軸流式風機通風量大小而使得隧道內各處風流穩定，並由雙洞隧道主洞的出口處的平行導洞排風口處將隧道內的風排出。
根據本發明，所述隧道主洞內的氣流方向和車流方向一致，且存在活塞風，隧道主洞的車行橫通道或人行橫通道與平行導洞之間存在氣流交換，經過車行橫通道或人行橫通道後風量減小或增大，流速相應降低或增大，此時就調節可逆軸流式風機來補充或減少風量使隧道主洞內風速不至於變化太大，使得整個雙洞隧道內的風量保持平衡。
所述活塞風是由隧道內車輛運動產生的氣流，活塞風風量大小根據實測來確定。
所述隧道主洞進口處的短平行導洞內的可逆軸流式風機起排氣作用，所述隧道主洞出口處的短平行導洞內的可逆軸流式風機起壓氣作用，所述車行橫通道和人行橫通道內的可逆軸流式風機則是調節車行橫通道和人行橫通道的風量大小；根據隧道主洞內通風的具體情況，按隧道主洞內各段風速的大小方向，通過調節可逆軸流式風機壓入或者排出風量的大小來改變隧道主洞內通風狀況。
所述可逆軸流式風機採用帶繞組式同步電機，或採用帶液壓伺服式葉片動態調節裝置的軸流式風機。
所述可逆軸流式風機的不間斷換氣頻率不低於每小時5次；對於交通量較小或特長隧道，採用每小時3～4次，在火災情況下增加換氣次數，同時用縱向通風的隧道，隧道內換氣風速不低於2.5m/s，最大風速不高於15m/s。
隧道主洞與車行橫通道或人行橫通道交匯處設置集塵機。
上述方法建立的雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風模型，包括平行的雙洞隧道，雙洞隧道主洞之間有車行橫通道和人行橫通道，其特徵在於，在雙洞隧道的隧道主洞進出口外側各開設與隧道主洞相互平行的短平行導洞，該短平行導洞的入口位於隧道主洞進出口的三分一處，在短平行導洞內放置有可逆軸流式風機；同時，在雙洞隧道之間的車行橫通道和人行橫通道也放置可逆軸流式風機。
與現有技術相比，本發明的雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風的方法及其建立的模型帶來的技術效果是：
(1)施工時不僅有輔助主洞施工，如施工截排水等作用；同時可以起到超前地質預報和開闢主隧道第二施工面進行平行作業，加快施工進度的作用，大大提高了工作效率。
(2)在發生火災或緊急事故的情況下，由於短平行導洞的電力照明系統獨立於主隧道又能夠提供的可靠的新鮮空氣，故短平行導洞可以作為一條單車道複線使用，成為人員、車輛的緊急疏散通道及救援通道。另外，可以通過手動或自動控制車行橫通道或的人行橫通道風口的開關，以保證人員在逃生或救援時的生命財產安全。
(3)由於短平行導洞的洞口設置有可逆軸流式風機，不僅相對節省了風機控制房場地及通風設備安裝費用，而且可逆軸流式風機的管理及供電也更加集中和方便，這樣也就節省了便道投資以及日後養護的費用，同時也使工作人員的生活和工作更加方便。
(4)有利於隧道遠期的規劃和擴建，隨著隧道附近地區經濟水平的發展，交通量的增大，短平行導洞可以擴大為第二線隧道。
附圖說明
圖1為本發明的雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風模型結構示意圖；
圖2為圖1中A處放大圖；
圖3為圖1中B處放大圖。
圖4為圖1中C處放大圖；
圖5為圖1中D處放大圖；
圖1中括號的標記分別表示：Ⅰ、第一隧道主洞，Ⅱ、第二隧道主洞，1、第一可逆軸流式風機，2、第二可逆軸流式風機，3、第三可逆軸流式風機，4、第四可逆軸流式風機，5、第五可逆軸流式風機，6、第六可逆軸流式風機，7、第一平行導洞，8、第二平行導洞，9、第三平行導洞，10、第四平行導洞，11、車行橫通道，12、人行橫通道；
A、第一隧道主洞Ⅰ與車行橫通道11交點，B、第一隧道主洞Ⅰ與人行橫通道12交點，C、第二隧道主洞Ⅱ與人行橫通道12交點，D、第二隧道主洞Ⅱ與車行橫通道11交點；
圖2至圖5中，Q01、Q02分別為第一隧道主洞Ⅰ、第二隧道主洞Ⅱ的活塞風量，其餘字母為各通道中風量。
具體實施方式
參見圖1至圖5，本實施例給出一種雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風的方法，該方法在雙洞隧道的進出口外側各開設與隧道主洞相互平行的短平行導洞，該短平行導洞的入口位於隧道主洞進出口的三分一處，在短平行導洞放置有可逆軸流式風機；同時，在雙洞隧道之間的車行橫通道和人行橫通道也放置可逆軸流式風機，在保證兩條主隧道、車行橫通道和人行橫通道內的需風量之和不大於其最大允許通風量之和的前提下，通過調節可逆軸流式風機通風量大小而使得隧道內各處風流穩定，並由雙洞隧道主洞的出口處的平行導洞排風口處將隧道內的風排出。
所述隧道主洞內的氣流方向和車流方向一致，且存在活塞風，隧道主洞的車行橫通道或人行橫通道與平行導洞之間存在氣流交換，經過車行橫通道或人行橫通道後風量減小或增大，流速相應降低或增大，此時就調節可逆軸流式風機來補充或減少風量使隧道主洞內風速不至於變化太大，使得整個雙洞隧道內的風量保持平衡。
所述活塞風是由隧道內車輛運動產生的氣流，活塞風風量大小根據實測來確定。
所述隧道主洞進口處的短平行導洞內的可逆軸流式風機起排氣作用，所述隧道主洞出口處的短平行導洞內的可逆軸流式風機起壓氣作用，所述車行橫通道和人行橫通道內的可逆軸流式風機則是調節車行橫通道和人行橫通道的風量大小；根據隧道主洞內通風的具體情況，按隧道主洞內各段風速的大小方向，通過調節可逆軸流式風機壓入或者排出風量的大小來改變隧道主洞內通風狀況。
上述方法建立的雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風模型，包括平行的雙洞隧道，雙洞隧道主洞之間有車行橫通道和人行橫通道，在雙洞隧道的隧道主洞進出口外側各開設與隧道主洞相互平行的短平行導洞，該短平行導洞的入口位於隧道主洞進出口的三分一處，在短平行導洞內放置有可逆軸流式風機；同時，在雙洞隧道之間的車行橫通道和人行橫通道也放置可逆軸流式風機。
本實施例中，第二平行導洞8出口處放置第二可逆軸流式風機2，第三平行導洞9進口處放置第三可逆軸流式風機3，第四平行導洞10進口處放置第四可逆軸流式風機4，車行橫通道11放置第五可逆軸流式風機5，人行橫通道12放置第六可逆軸流式風機6。隧道主洞與橫通道以及平行導洞之間存在氣流交換，經過車行橫通道或人行橫通道後風量減小(或增大)，流速相應降低(或增大)，此時就可以用可逆軸流式調節風機來補充(或減少)風量使隧道主洞內風速不至於變化太大。
在雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風模型中，整個雙洞隧道內的風量保持平衡。其中，第一可逆軸流式風機1將車行橫道11內流入第一隧道主洞Ⅰ內的氣體抽走排出，第二可逆軸流式風機2將補充由第一隧道主洞Ⅰ流入人行橫通道12內的氣體。第三可逆軸流式風機3將人行橫通道內12第二隧道主洞Ⅱ內的氣體抽走排出。第四可逆軸流式風機4將補充由主第二隧道主洞Ⅱ流入車行橫道11內的氣體。
根據附圖1至附圖4由風量平衡原理可得：
對於A點：qa1＝qa3，qa2＝Q1+Q01；
即第一可逆軸流式風機1將車行橫通道11內流入第一隧道主洞Ⅰ內的氣體抽走排出。
對於B點：qb1＝qb2，qa2＝Q2+Q01；
即第二可逆軸流式風機2將補充由第一隧道主洞Ⅰ流入人行橫通道12內的氣體。
對於C點：qc2＝qb2，qc2＝Q3+Q02；
即第三可逆軸流式風機3將人行橫通道12內流入第二隧道主洞Ⅱ內的氣體抽走排出。
對於D點：qa3＝qd1，qc2＝Q4+Q02。
即第四可逆軸流式風機4將補充由第二隧道主洞Ⅱ流入車行橫道12內的氣體。
對整個雙洞隧道有(進出風量相等)：
Q1+Q3+Q01+qb1+qd1＝Q2+Q4+Q02+qa1+qc1
其中：Q01、Q02分別為第一隧道主洞Ⅰ、第二隧道主洞Ⅱ的活塞風量，其餘字母為各通道中風量。
上述雙洞單行隧道短平行導洞壓排式通風模型中的活塞風是由隧道內車輛運動產生的氣流，活塞風風量大小根據實測來確定。
本實施例中，第一至第六可逆軸流式風機(1、2、3、4、5、6)採用帶繞組式同步電機調節轉速，或採用帶液壓伺服式葉片動態調節裝置的軸流式風機。工作時調節風機葉片安裝角度調節供風量。
第一至第六可逆軸流式風機(1、2、3、4、5、6)的功率應該按照《公路隧道通風照明設計規範確定》，即隧道空間不間斷換氣頻率，不宜低於每小時5次；對於交通量較小或特長隧道，可採用每小時3～4次，火災情況下可以適當增加換氣次數，同時用縱向通風的隧道，隧道內換氣風速不低於2.5m/s。
第一隧道主洞Ⅰ、第二隧道主洞Ⅱ與車行橫通道11或人行橫通道12交匯處(A、B、C、D)處可以設置集塵機，對交匯處(A、B、C、D)的空氣進行過濾淨化，這樣可以在一定程度上提高隧道主洞內的空氣品質。
鑑於所述可逆軸流式風機功率有一定的限制，所以隧道的長度需控制在允許範圍內。
在發生火災或緊急事故的情況下，由於平行導洞的電力照明系統獨立於隧道主洞，又能夠提供的可靠的新鮮空氣，故平行導洞可以作為一條單車道複線使用，成為人員、車輛的緊急疏散通道及救援通道。另外，可以通過手動或自動控制車行橫通道11、人行橫通道12的風口開關，以保證人員在逃生或救援時的生命財產安全。