双洞单行隧道短平行导洞压排式通风的方法及模型与流程

本发明涉及隧道通风技术领域，具体涉及一种双洞单行隧道短平行导洞压排式通风的方法及模型。

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。

纵观各国公路隧道通风方式的演变，通风方式在上世纪中后期经历了由横向通风向纵向通风的发展历程。现代的长大隧道多采用双洞单向行驶，通风方式常采用全射流机、竖(斜)井、轴流风机等多种组合的纵向通风方式。而且，探索解决隧道与横通道连接处的风速变化的控制以及将风机的能耗控制在最小也是业内技术人员所关注的热点。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种双洞单行隧道短平行导洞压排式通风的方法及模型。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种双洞单行隧道短平行导洞压排式通风的方法，其特征在于，该方法在双洞隧道的隧道主洞进出口外侧各开设与隧道主洞相互平行的短平行导洞，该短平行导洞的入口位于隧道主洞进出口的三分一处，在短平行导洞内放置有可逆轴流式风机；同时，在双洞隧道之间的车行横通道和人行横通道也放置可逆轴流式风机，在保证两条主隧道、车行横通道和人行横通道内的需风量之和不大于其最大允许通风量之和的前提下，通过调节可逆轴流式风机通风量大小而使得隧道内各处风流稳定，并由双洞隧道主洞的出口处的平行导洞排风口处将隧道内的风排出。

根据本发明，所述隧道主洞内的气流方向和车流方向一致，且存在活塞风，隧道主洞的车行横通道或人行横通道与平行导洞之间存在气流交换，经过车行横通道或人行横通道后风量减小或增大，流速相应降低或增大，此时就调节可逆轴流式风机来补充或减少风量使隧道主洞内风速不至于变化太大，使得整个双洞隧道内的风量保持平衡。

所述活塞风是由隧道内车辆运动产生的气流，活塞风风量大小根据实测来确定。

所述隧道主洞进口处的短平行导洞内的可逆轴流式风机起排气作用，所述隧道主洞出口处的短平行导洞内的可逆轴流式风机起压气作用，所述车行横通道和人行横通道内的可逆轴流式风机则是调节车行横通道和人行横通道的风量大小；根据隧道主洞内通风的具体情况，按隧道主洞内各段风速的大小方向，通过调节可逆轴流式风机压入或者排出风量的大小来改变隧道主洞内通风状况。

所述可逆轴流式风机采用带绕组式同步电机，或采用带液压伺服式叶片动态调节装置的轴流式风机。

所述可逆轴流式风机的不间断换气频率不低于每小时5次；对于交通量较小或特长隧道，采用每小时3～4次，在火灾情况下增加换气次数，同时用纵向通风的隧道，隧道内换气风速不低于2.5m/s，最大风速不高于15m/s。

隧道主洞与车行横通道或人行横通道交汇处设置集尘机。

上述方法建立的双洞单行隧道短平行导洞压排式通风模型，包括平行的双洞隧道，双洞隧道主洞之间有车行横通道和人行横通道，其特征在于，在双洞隧道的隧道主洞进出口外侧各开设与隧道主洞相互平行的短平行导洞，该短平行导洞的入口位于隧道主洞进出口的三分一处，在短平行导洞内放置有可逆轴流式风机；同时，在双洞隧道之间的车行横通道和人行横通道也放置可逆轴流式风机。

与现有技术相比，本发明的双洞单行隧道短平行导洞压排式通风的方法及其建立的模型带来的技术效果是：

(1)施工时不仅有辅助主洞施工，如施工截排水等作用；同时可以起到超前地质预报和开辟主隧道第二施工面进行平行作业，加快施工进度的作用，大大提高了工作效率。

(2)在发生火灾或紧急事故的情况下，由于短平行导洞的电力照明系统独立于主隧道又能够提供的可靠的新鲜空气，故短平行导洞可以作为一条单车道复线使用，成为人员、车辆的紧急疏散通道及救援通道。另外，可以通过手动或自动控制车行横通道或的人行横通道风口的开关，以保证人员在逃生或救援时的生命财产安全。

(3)由于短平行导洞的洞口设置有可逆轴流式风机，不仅相对节省了风机控制房场地及通风设备安装费用，而且可逆轴流式风机的管理及供电也更加集中和方便，这样也就节省了便道投资以及日后养护的费用，同时也使工作人员的生活和工作更加方便。

(4)有利于隧道远期的规划和扩建，随着隧道附近地区经济水平的发展，交通量的增大，短平行导洞可以扩大为第二线隧道。

附图说明

图1为本发明的双洞单行隧道短平行导洞压排式通风模型结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为图1中B处放大图。

图4为图1中C处放大图；

图5为图1中D处放大图；

图1中括号的标记分别表示：Ⅰ、第一隧道主洞，Ⅱ、第二隧道主洞，1、第一可逆轴流式风机，2、第二可逆轴流式风机，3、第三可逆轴流式风机，4、第四可逆轴流式风机，5、第五可逆轴流式风机，6、第六可逆轴流式风机，7、第一平行导洞，8、第二平行导洞，9、第三平行导洞，10、第四平行导洞，11、车行横通道，12、人行横通道；

A、第一隧道主洞Ⅰ与车行横通道11交点，B、第一隧道主洞Ⅰ与人行横通道12交点，C、第二隧道主洞Ⅱ与人行横通道12交点，D、第二隧道主洞Ⅱ与车行横通道11交点；

图2至图5中，Q₀₁、Q₀₂分别为第一隧道主洞Ⅰ、第二隧道主洞Ⅱ的活塞风量，其余字母为各通道中风量。

具体实施方式

参见图1至图5，本实施例给出一种双洞单行隧道短平行导洞压排式通风的方法，该方法在双洞隧道的进出口外侧各开设与隧道主洞相互平行的短平行导洞，该短平行导洞的入口位于隧道主洞进出口的三分一处，在短平行导洞放置有可逆轴流式风机；同时，在双洞隧道之间的车行横通道和人行横通道也放置可逆轴流式风机，在保证两条主隧道、车行横通道和人行横通道内的需风量之和不大于其最大允许通风量之和的前提下，通过调节可逆轴流式风机通风量大小而使得隧道内各处风流稳定，并由双洞隧道主洞的出口处的平行导洞排风口处将隧道内的风排出。

所述隧道主洞内的气流方向和车流方向一致，且存在活塞风，隧道主洞的车行横通道或人行横通道与平行导洞之间存在气流交换，经过车行横通道或人行横通道后风量减小或增大，流速相应降低或增大，此时就调节可逆轴流式风机来补充或减少风量使隧道主洞内风速不至于变化太大，使得整个双洞隧道内的风量保持平衡。

所述活塞风是由隧道内车辆运动产生的气流，活塞风风量大小根据实测来确定。

所述隧道主洞进口处的短平行导洞内的可逆轴流式风机起排气作用，所述隧道主洞出口处的短平行导洞内的可逆轴流式风机起压气作用，所述车行横通道和人行横通道内的可逆轴流式风机则是调节车行横通道和人行横通道的风量大小；根据隧道主洞内通风的具体情况，按隧道主洞内各段风速的大小方向，通过调节可逆轴流式风机压入或者排出风量的大小来改变隧道主洞内通风状况。

上述方法建立的双洞单行隧道短平行导洞压排式通风模型，包括平行的双洞隧道，双洞隧道主洞之间有车行横通道和人行横通道，在双洞隧道的隧道主洞进出口外侧各开设与隧道主洞相互平行的短平行导洞，该短平行导洞的入口位于隧道主洞进出口的三分一处，在短平行导洞内放置有可逆轴流式风机；同时，在双洞隧道之间的车行横通道和人行横通道也放置可逆轴流式风机。

本实施例中，第二平行导洞8出口处放置第二可逆轴流式风机2，第三平行导洞9进口处放置第三可逆轴流式风机3，第四平行导洞10进口处放置第四可逆轴流式风机4，车行横通道11放置第五可逆轴流式风机5，人行横通道12放置第六可逆轴流式风机6。隧道主洞与横通道以及平行导洞之间存在气流交换，经过车行横通道或人行横通道后风量减小(或增大)，流速相应降低(或增大)，此时就可以用可逆轴流式调节风机来补充(或减少)风量使隧道主洞内风速不至于变化太大。

在双洞单行隧道短平行导洞压排式通风模型中，整个双洞隧道内的风量保持平衡。其中，第一可逆轴流式风机1将车行横道11内流入第一隧道主洞Ⅰ内的气体抽走排出，第二可逆轴流式风机2将补充由第一隧道主洞Ⅰ流入人行横通道12内的气体。第三可逆轴流式风机3将人行横通道内12第二隧道主洞Ⅱ内的气体抽走排出。第四可逆轴流式风机4将补充由主第二隧道主洞Ⅱ流入车行横道11内的气体。

根据附图1至附图4由风量平衡原理可得：

对于A点：q_a1＝q_a3，q_a2＝Q₁+Q₀₁；

即第一可逆轴流式风机1将车行横通道11内流入第一隧道主洞Ⅰ内的气体抽走排出。

对于B点：q_b1＝q_b2，qa₂＝Q₂+Q₀₁；

即第二可逆轴流式风机2将补充由第一隧道主洞Ⅰ流入人行横通道12内的气体。

对于C点：q_c2＝q_b2，q_c2＝Q₃+Q₀₂；

即第三可逆轴流式风机3将人行横通道12内流入第二隧道主洞Ⅱ内的气体抽走排出。

对于D点：q_a3＝q_d1，q_c2＝Q₄+Q₀₂。

即第四可逆轴流式风机4将补充由第二隧道主洞Ⅱ流入车行横道12内的气体。

对整个双洞隧道有(进出风量相等)：

Q₁+Q₃+Q₀₁+q_b1+q_d1＝Q₂+Q₄+Q₀₂+q_a1+q_c1

其中：Q₀₁、Q₀₂分别为第一隧道主洞Ⅰ、第二隧道主洞Ⅱ的活塞风量，其余字母为各通道中风量。

上述双洞单行隧道短平行导洞压排式通风模型中的活塞风是由隧道内车辆运动产生的气流，活塞风风量大小根据实测来确定。

本实施例中，第一至第六可逆轴流式风机(1、2、3、4、5、6)采用带绕组式同步电机调节转速，或采用带液压伺服式叶片动态调节装置的轴流式风机。工作时调节风机叶片安装角度调节供风量。

第一至第六可逆轴流式风机(1、2、3、4、5、6)的功率应该按照《公路隧道通风照明设计规范确定》，即隧道空间不间断换气频率，不宜低于每小时5次；对于交通量较小或特长隧道，可采用每小时3～4次，火灾情况下可以适当增加换气次数，同时用纵向通风的隧道，隧道内换气风速不低于2.5m/s。

第一隧道主洞Ⅰ、第二隧道主洞Ⅱ与车行横通道11或人行横通道12交汇处(A、B、C、D)处可以设置集尘机，对交汇处(A、B、C、D)的空气进行过滤净化，这样可以在一定程度上提高隧道主洞内的空气质量。

鉴于所述可逆轴流式风机功率有一定的限制，所以隧道的长度需控制在允许范围内。

在发生火灾或紧急事故的情况下，由于平行导洞的电力照明系统独立于隧道主洞，又能够提供的可靠的新鲜空气，故平行导洞可以作为一条单车道复线使用，成为人员、车辆的紧急疏散通道及救援通道。另外，可以通过手动或自动控制车行横通道11、人行横通道12的风口开关，以保证人员在逃生或救援时的生命财产安全。