一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道通风技术领域，特别涉及一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统。


背景技术：

2.随着我国交通体系的现代化，穿越山体的公路铁路隧道、穿越大江大河的水下铁路公路隧道、城市地下空间的低位地铁(轻轨)隧道等等越来越多，根本改变了人们的交通出行方式和物流模式，根本改变了人们关于城市、城市间距的空间概念。
3.目前，隧道工程越来越多，隧道通风系统作为生命保障系统的重要性随着隧道设计长度越来越长也凸显出来。公路隧道的通风方式，可以分为纵向、半横向和全横向三种基本模式，各有优劣：从隧道内部防火排烟效果和卫生状况看，半横向和全横向的通风系统方案就比较适合，但是这种方案需要建设与隧道洞平行的导洞或者在隧道穹顶安装风管以作为向隧道送风和/或抽风的专门通道，致使在建设施工、通风设备以及运营管理这些环节的成本较高；而纵向通风方案虽然在施工和运营环节的成本较低，但是隧道火灾区段长度就是隧道洞长度，防火排烟效果相对较差。
4.二十年来，全横向和半横向通风方式已经在公路隧道建设中逐渐式微，纵向通风系统已经成为我国公路隧道通风的主流模式。
5.参考图1，射流风机20在公路隧道10内成组分布式吸顶安装，前仆后继，接力输送，推动隧道10内部空气顺向流动。
6.下面是一个公路隧道通风系统的实际案例。
7.据《中南公路工程》2006年2月号介绍，某特长隧道位于连云港－霍尔果斯国道上，隧道左线全长12205m，纵坡为
‑
1.64％的单向坡，最大埋深约489m，最大新风需求量651m3/s，设置2口竖井，采用三段式通风，2口竖井风机房配置4台合计380kw轴流风机，同时沿着隧道方向间隔配置32台合计960kw射流风机，隧道左线平均1m3/s新风需要消耗2kw用电负荷；隧道右线全长12260m，纵坡为+1.62％的单向坡，最大埋深477m，新风需求量962m3/s，设置3口竖井采用四段式通风，3口竖井风机房配置6台合计2490kw轴流风机，同时沿着隧道方向间隔配置30台合计900kw射流风机，隧道右线平均1m3/s新风需要消耗3.5kw用电负荷。
8.该隧道在左右两线合计设置5口通风竖井的技术条件下，隧道各个独立通风区段长度已经降低到不足4km、隧道断面风速已经降低到4m/s(二级风)左右，左右线平均1m3/s新风仍然需要消耗用电负荷分别高达2.5kw、3.5kw，左右线平均1m3/s新风用电负荷3.0kw附近，通风系统总负荷高达4730kw，负荷配置严重超出正常范围；
9.按照隧道气流阻力公式
⊿
p＝(1+ξ+λl/d)
·
ρ/2
·
ν2，公式中括号内的“1”、“ξ”分别是隧道出风洞口、进风洞口局部阻力系数，ξ一般取0.5；“λ”是隧道气流与隧道壁面摩擦系数，通常在0.022－0.025之间，无量纲；“l”“d”是洞口间隧道长度和隧道断面的当量直径，双车道隧道的d值取8；“ρ”、“ν”是隧道内气流的密度和速度；该隧道右线由3口通风竖井分隔出的4个独立通风区段气流阻力＝(1+0.5+0.025
×
3000/8)
×
1.2/2
×
42＝104.4pa，风
量q＝962m3/s/4＝240.5m3/s，风机组克服右线单个独立通风区段气流隧道阻力的有效功率为
⊿
p
×
q＝104.4pa
×
240.5m3/s＝25.1kw；该隧道左右线合计5口竖井7个独立通风区段，取上限计算，总有效功率7
×
25.1＝175.8kw；假定汇总的上述风机总负荷中有50％作为备用负载，实际运行只有一半，该隧道通风能效η＝总有效功率/总负荷＝175.8/4730/2＝7.4％，能效太低，隧道运行成本居高不下，该隧道通风系统方案需要从新的角度进行审视研究。
10.在近二十年的公路隧道分段纵向通风模式研究推广应用的过程中，遇到了许多重大理论和实践问题，主要是：
11.①
如何降低风阻提高隧道通风能效
12.纵向隧道通风系统运行中，整体通风效率如何提高；射流风机的吸风口缩小与出风口扩大所造成的局部阻力如何减小，射流与隧道穹顶的摩擦如何降低，正压出风口与负压吸风口之间的气流短路如何测定和预防；
13.按照隧道气流阻力公式
⊿
p＝(1+ξ+λl/d)
·
ρ/2
·
ν2，ν一般6m/s(三级风)，相当于隧道洞口风量400m3/s左右；如此算来，两组洞口(竖斜井也是洞口)之间的长度为4000m的通风段的总阻力最大值在300pa附近；克服这个总阻力的风机总有效功率n＝
⊿
p
×
q，式中q是通风量，如上所述长度4000m隧道独立通风段新风量q在400m3/s左右，据此可以得出单洞通风总有效功率n(＝
⊿
p
×
q)值在120kw附近，双洞在240kw附近，这还是车流量很大、通风量很大的情形下的测算值，是目前隧道项目实际配置的通风动力的1/6左右。
14.②
如何将双洞四洞口统一组合起来
15.在高速公路单向双洞隧道中，如何对双洞四洞口在隧道通风中的功能作用重新定位，在双洞隧道中隔墙上设置多个横向风机模块，将一条隧道设置为两头洞口进风的进风隧道，另一条隧道设置为两头洞口出风的排风隧道，风机模块在自身出口与进口之间建立“堤坝式”空气压差来驱动气流沿着隧道运动，实施纵横结合、以横驱纵的通风模式；将双洞隧道组合起来，实现“1+1＞2”；等等。
16.公路隧道特别是超长埋深高速公路隧道的通风系统，是降低隧道内车辆排出污染物浓度以及出现火情时实施救援的生命保障系统，在超长隧道投资中的占比达到1/3以上；三十年来，隧洞掘进施工、岩面锚固施工的技术问题工艺问题已经成功解决，隧道通风系统问题成为了高速公路系统设计的一个技术焦点和难点。
17.我国是一个多山国家，公路隧道特别是超长埋深隧道的建设，刚刚起步，任重道远；对高速公路隧道通风系统的理论研究和技术开发，创造新的通风模式，降低通风阻力提高通风效能，将对我国高速交通体系建设提供基础性技术支撑。


技术实现要素：

18.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，所述双洞隧道包括由中隔墙隔开的两条隧道，所述中隔墙上沿长度方向设置若干用于将所述双洞隧道的两条隧道风路导通的横向风机模块，所述风机模块的吸风口所对的一条隧道为进风隧道，所述风机模块的排风口所对的另一条隧道为排风隧道；
19.在通风运行时，所述横向设置的风机模块将所述进风隧道抽成负压，建立该进风隧道两头洞口对所述风机模块的吸入口的压差，使该进风隧道两头洞口的新风气流沿着该
进风隧道连续补入，将所述排风隧道升压成为正压，建立所述风机模块排风口对所述排风隧道两头洞口的压差，使污浊空气沿着所述排风隧道从其两头洞口排出，实现“以横驱纵”。
20.较佳地，从所述双洞隧道的中部分别向两头洞口之间的中隔墙上顺序间隔设置若干所述风机模块，在多个并列的所述风机模块驱动下，在两条隧道中分别建立中部压差大、两头压差小的梯级空气压差分布。
21.较佳地，在通风运行时，新风气流在所述进风隧道的两头洞口与该进风隧道中部的所述风机模块吸入口之间的压差作用下，自所述进风隧道的两头洞口向中部流动过程中，分别顺序经过所述进风隧道中多个并列设置的所述风机模块的吸入口，被吸入升压之后送入所述排风隧道；通风气流在所述排风隧道的中部与两头洞口压差作用下，自所述排风隧道中部开始向两头洞口运动，沿程汇集各个所述风机模块自所述进风隧道送入的气流以降低前端气流污染物浓度，最后作为污浊空气从所述排风隧道的两头洞口排出。
22.较佳地，在通风运行时，靠近所述进风隧道两头洞口的部分新风气流，经过靠近所述进风隧道洞口的风机模块升压，就近输入所述排风隧道，稀释处在所述排风隧道末端的空气中有害成分的浓度；并且该部分新风气流在所述排风隧道中的排入位置也靠近该排风隧道的两头洞口，实现“部分气流洞口超近短路”。
23.较佳地，所述中隔墙的中部设有第一风机模块，从所述第一风机模块到所述双洞隧道的两头洞口的中隔墙上还分别顺序间隔设置第二风机模块、
……
、第n风机模块，n为大于2的整数。
24.较佳地，所述第一风机模块位于所述中隔墙的最中间，所述第一风机模块两侧的风机模块分别一一相对分布。
25.较佳地，所述第一风机模块至所述第n风机模块均包括至少一风机。
26.较佳地，所述第一风机模块两侧的所述第二风机模块至所述第n风机模块的风机个数分别相同。
27.较佳地，所述第一风机模块包括至少两只单向转动的第一风机和至少一可实现正反转的备用风机。
28.较佳地，一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，应用于长度不超过6km、新风需求量在600m3/s以下的双洞隧道。
29.与现有隧道纵向通风技术相比，本实用新型存在以下技术效果：
30.①
通风阻力降低，隧道运行能耗大幅降低
31.传统隧道纵向通风系统，只能通过隧道穹顶射流风机产生的高速气体射流与隧道主体低速气流的相互摩擦、互相扩散渗透的方式来驱动主体低速气流向前加速前进，造成了隧道气流在射流风机吸入口收缩和出风口扩大的局部阻力，产生了隧道中周期性纵向横向交变的速度梯度场，产生了隧道气流雷诺数升高、严重局部紊流状态以及80db以上高强度噪声，导致了不同速度气流层之间的阻力、摩擦、旋涡、相互扩散，而这些现象正是气流输送效率低下的根本原因，也正是流体输送过程中应该尽力避免的；
32.本实用新型由于多只横向风机模块组合设置，使一部分靠近进风隧道两头洞口的通风气流，经过靠近该进风隧道洞口的横向风机模块升压，就近输入排风隧道，稀释排风隧道末端空气中有害成分的浓度，改善排风隧道末端的空气品质，并且该部分通风气流排入排风隧道的位置也靠近该排风隧道的两头排出洞口，大幅度减少了这部分气流的路径长
度，从而进一步降低了进风排风隧道中部空气流量、运行阻力和通风能耗，实现部分气流超近短路的以横驱纵隧道通风模式，不仅相对于传统隧道纵向通风系统大幅节约气流输送动力、大幅节约传统隧道射流风机组通风运行能耗2/3以上；即便相对于单个横向风机模块的以横驱纵公路隧道新风系统，由于部分气流洞口超近短路和双洞隧道中部气流压差降低，仍然节约通风运行能耗1/3以上。
33.②
隧道通风系统基建投入大幅降低
34.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，隧道就是风道，洞口就是进出风口，实现风道隧道一体化。本实用新型对未来单向3车道以上宽大截面隧道，具有更好的契合性。
35.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，应用于长度不超过6km、交通量在24000pcu/d(车辆当量数/天)附近、新风需求量在600m3/s以下的双洞隧道，不需要使用竖井斜井、平行导洞、送风管、排风管等等通风设施，大幅节约隧道通风系统基建投资2/3以上。
36.对于6km以上超长隧道，本实用新型以横驱纵、部分气流洞口抄近短路的双洞隧道通风系统，与竖井斜井组合，分段送排风运行，可以减少竖(斜)井的数量，在投资额、运行经济性等指标上依然具有十分明显的竞争优势。
37.③
稳定节流、界面平推、动力分散
38.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，其横向风机模块在自身出口进口之间、自身进口出口与隧道洞口之间建立“堤坝式”空气压差来驱动气流沿着隧道运动，其多只并列横向风机模块共同驱动纵向细长隧道内空气流动，形成长蛇阵气流型态；由于纵向细长隧道巨大壁面的空间约束和阻力约束对长蛇阵气流产生了连续节流、稳定约束作用，在横向风机模块吸排风口和动态车辆等奇异点之外的任何一个隧道竖向断面处，该断面前后上下位置气流流速均匀，没有显著气流旋涡、没有显著的多股多层不同速度气流之间混合摩擦，呈现出隧道内空气界面膨胀式平行推进的气流流态；
39.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，利用中隔墙建立“堤坝式”空气压差来驱动气流沿着隧道做界面膨胀式平行推进运动，气流阻力和摩擦损失大幅降低，并且对隧道洞口之外可能存在的环境大气交变压力具有很强的抗干扰能力：进风隧道气流在两端洞口大气压和多只并列横向风机模块吸风口负压压差共同作用下，实施界面平推自两端洞口向进风隧道中部做全断面膨胀式推进；排风隧道气流在多只并列横向风机模块出风口正压和两端洞口大气压压差作用下，实施界面平推自隧道中部向两端洞口做全断面膨胀式推进；本实用新型还大幅度降低了纵向通风隧道内射流风机80db以上震耳欲聋噪声，根本改善隧道内声学环境。
40.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，由于在进风隧道和排风隧道之间采用了多只横向风机模块，化大为小，还有利于在狭窄隧道空间布置风机模块和风机进出风口，实现了通风动力布局分散。
41.④
隧道火灾区段长度缩短一半
42.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路以横驱纵风隧合一双洞隧道通风系统，在两头洞口(包括竖井斜井洞口)之间的“隧道区段”上设置多只横向风机模块，将两头洞口进风的进风隧道分成气流相对行进的两段形成进风风路并列关系，将两头洞口排风的排风隧
道分成气流背向行进的两段形成排风风路并列关系，如果火情出现在排风隧道中的任何位置都可以将烟气通过不到“两头洞口之间隧道区段”一半路径排出洞口；如果火情出现在进风隧道任何位置则消防控制系统立即实施所有单向风机停机并风道关闭、所有正反转风机模块(包括竖井斜井风机模块)反转运行将进风隧道与排风隧道功能对调仍可以将烟气通过不到“隧道区段”一半路径排出洞口，从而使隧道“火灾区段”长度缩短一半，火情发生时烟气扩散长度降低一半，非常有利于灾情控制和救援。
43.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，与现有隧道通风设计规范、施工规范、检测规范具有兼容性。
44.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
45.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
46.图1为现有技术中采用射流风机纵向通风的单向隧道的结构示意图；
47.图2为流线型车体的气流阻力示意图；
48.图3为车辆经过一个安装有压力传感器的隧道断面时的空气压力变化曲线图；
49.图4为由射流风机组驱动的隧道纵向气流示意图；
50.图5为隧道内射流风机射出的占比1/10左右35m/s高速射流通过摩擦、扩散方式驱动占比9/10的6m/s主体低速气流示意图；
51.图6为本实用新型的优选实施例1提供的一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的结构与运行压力示意图；
52.图7为本实用新型的优选实施例2提供的一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的结构示意图；
53.图8为本实用新型的优选实施例2提供的一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的气流运行示意图；
54.图9为本实用新型的优选实施例2提供的一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的隧道内部污染物浓度分布图。
具体实施方式
55.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，其技术前提是，现行公路隧道设计规范下超长埋深隧道里车辆行驶产生的交通风，实际上很微弱难以利用；隧道射流风机组不能在自身出口进口之间、出口与隧道洞口之间建立“堤坝式”空气压差来驱动气流向前运动，只能通过风机生产的占比1/10左右高速气体射流与隧道占比9/10主体低速气流的相互摩擦、互相扩散渗透的方式来驱动主体低速气流向前加速前进，大幅度降低了隧道内部气流接力输送的能效。
56.双洞隧道包括由中隔墙隔开的两条隧道，本实用新型提供的一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的技术核心，是在双洞隧道的中隔墙上设置若干横向
风机模块(在工程上，一般较长的方向为纵向，较短的方向为横向，因此，在本实用新型中，双洞隧道的长度方向较长，为纵向；中隔墙的宽度方向较短，为横向，因此，风机模块的设置方向为横向。风机模块的设置方向与双洞隧道的长度方向相垂直)，风机模块用于将双洞隧道的两条隧道风路导通，本实用新型利用中隔墙的“堤坝”作用和风机模块的抽排作用，将风机模块的吸风口所对一条隧道抽成负压，建立该条隧道两头洞口对风机吸入口的压差，使该负压隧道两头洞口的新风沿着该负压隧道纵向连续补入(由于负压隧道用于补新风，因此，负压隧道也称之为进风隧道)，将风机模块的排风口所对的另一条隧道升压成为正压隧道，建立风机模块排风口对该正压隧道的两头洞口的压差，使污浊空气沿着该正压隧道纵向排出两头洞口(由于污浊空气从正压隧道排出，因此，正压隧道也称之为排风隧道)，实施横向风机模块驱动纵向隧道气流的“以横驱纵”的通风模式；在“以横驱纵”通风模式创造的横向风机模块自身的排风口与吸风口之间建立“堤坝式”空气压差并以此压差驱动气流沿着隧道纵向运动基础上，将负压隧道部分靠近两头洞口新风气流通过相应风机模块短路直接注入正压隧道两头靠近洞口位置以稀释该位置的高污染物浓度排风，实施“部分气流洞口抄近短路”，既缩短这部分气流在隧道内的路径长度降低沿程阻力，又降低隧道中段流向两头洞口风量风速从而降低隧道中段气流阻力和隧道中段对隧道两头洞口的压差，实现大幅度降低通风能耗的目标。
57.本实用新型技术前提之一，是现行公路隧道设计规范下深长隧道里车辆行驶产生的交通风很微弱难以利用，可以将隧道通风方向与车流方向脱钩。现行公路隧道设计规范下深长隧道里车辆行驶产生的交通风风力算法公式：
58.△
p
t
＝a
m
/a
r
·
ρ/2
·
n
c
·
(ν
t
－ν
r
)259.式中，a
m
—车辆等效阻抗面积，a
r
—隧道截面积，ρ—空气密度，n
c
—隧道内车辆数，ν
t
—车辆运行速度，ν
r
—隧道内气流速度。
60.表面上看，这个算式综合了隧道内交通风的各种空气动力学因素，其中：a
m
/a
r
反映了运行车辆对隧道内空气的带动系数，ρ反映了空气的惯性，n
c
反映了隧道内车流对气流带动的频度，(ν
t
－ν
r
)2反映了车辆对气流的切向力。然而，这个算式存在很多问题，有的问题是技术性的，有的问题则是根本性的：
①
这个算式，没有涉及空气粘性系数，而粘性系数是空气摩擦特性的表达；
②
这个算式没有考虑运行车辆的车后负压涡对车前正压气流的吸收；
③
最主要的，如图2所示，这个算式没有考虑车辆的流线型设计和车体材料新成果大幅度降低了车辆运行空气阻力的因素，而这个空气阻力的反作用力就是所谓车辆交通风风力；对于绝大多数车辆而言，车辆正面不是一个面积为a
m
的平板而是一个刺入空气的楔子，楔子向前运动挤压空气，车后的负压涡吸收楔子挤压出来挤向四周的空气。以上三点说明，“交通风”概念、模型和算法还不严谨，对现行公路隧道设计规范下隧道通风运行的作用显然被过度夸大；加上交管部门对隧道限速严格，都在80km/h以下，隧道车辆交通风作用已经十分微弱。如图3所示，车辆经过一个安装有压力传感器的隧道断面时的空气压力变化：车头穿越断面时压力突然升高，车尾穿越断面时压力极速降低再快速反弹，证明了车后负压涡的存在以及负压涡对车前正压气流的吸收。
61.在公路短隧道中，由于隧道内廓面积小阻力小、隧道两头对大气开放，车辆交通风效果好并且容易观测到；但是，长隧道、超长隧道不是短隧道的算术累加，长隧道、超长隧道依然和短隧道一样，只有两个洞口对大气环境开放，隧道内部封闭、内廓面积大、气流阻力
大，自身截面积只有隧道断面1/20左右的车体，还是流线型设计，隧道内运行车辆所在若干个动态孤点产生的交通风动力很容易被车后负压涡和隧道吸收掉而不可能发展成为一种持续的整体运动。
62.本实用新型技术前提之二，是隧道纵向通风系统射流风机组只能通过高速气体射流与隧道主体低速气流的相互摩擦、互相扩散渗透的方式来驱动主体低速气流向前加速前进，大幅度降低了隧道内部气流接力输送的能效。
63.隧道内射流风机间隔多在100m以上，并且射流风机叶轮直径多在1000mm左右，风机自身截面积只有隧道截面积(双车道单洞隧道截面积65
㎡
左右)的1/100左右，即便2只射流风机成组设置也只有1/50左右；在实际运行中，隧道65
㎡
左右面积断面上的流量占比1/10左右低速气流被射流风机组吸入加压成为35m/s左右高速射流，高速射流射出后再与隧道占比9/10左右主体低速气流相互摩擦、互相扩散渗透交换能量，驱动主体低速气流加速前进，直到高速射流速度降低到接近主体低速气流速度而驱动力衰竭；之后，再有1/10左右低速气流被下一个射流风机组吸入升压加速射出，开始下一个隧道主体低速气流的驱动加速周期。
64.由于必须保证射流风机组下方隧道主体空间完全畅通而不能设置任何用于实现隧道封闭的横断面，致使射流风机组不能在自身出口进口之间、出口与隧道洞口之间建立“堤坝式”空气压差来驱动气流向前运动，只能通过风机生产的高速气体射流与隧道主体低速气流的相互摩擦、互相扩散渗透交换能量的方式来驱动主体低速气流向前加速前进，造成了隧道气流在射流风机吸入口收缩和出风口扩大的局部阻力，产生了隧道中周期性纵向横向交变的速度梯度场，产生了80db以上震耳欲聋的噪声，导致了不同速度气流层之间的摩擦、旋涡、相互扩散；这些效应叠加起来，射流风机对隧道运行气流增压不多却消耗了大量高速气体射流的机械能，大幅度降低了隧道内部气流接力输送的能效，请参考图4和图5。
65.高速公路隧道射流风机的主力机型是sds
‑№
10，通常2只一组，其主要参数为直径φ1000mm，出口风速33.8m/s，风量26.5m3/s，轴向推力924n，功率30kw，轴功率18.19kw。
66.如果单洞隧道总长4000m，断面面积65
㎡
，所需新风量400m3/s，隧道风速6.1m/s，全程阻力
⊿
p
r
＝(1+ξ+λl/d)
·
1/2
·
ρ
·
ν2＝312.6pa；采用每组2只上述机型为sds
‑№
10的射流风机组成的射流风机组纵向推动，则该射流风机组产生的推动风压由下式计算：
67.δp
j
＝ρ
·
v
j2
·
a
j
/a
r
·
(1－v
r
/v
j
)
·
η
68.式中:ρ—气流密度，1.2kg/m3；v
j
—射流风机出口风速，33.8m/s；
69.vr—隧道设计风速6.1m/s；
70.aj—射流风机出口面积，0.78m2；一组2只，共1.56
㎡
；
71.ar—隧道断面面积，66.0
㎡
；η—射流风机位置摩阻损失折减系数，0.9。
72.带入上述隧道和气流相关数据，算出δp
j
＝24pa。
73.由此得出，全长4000m隧道采用纵向通风方式，新风量400m/s，风速6.1m/s，全程所需射流风机组数量n＝
⊿
p
r
/δp
j
＝312.6/24＝13组，隧道全部射流风机组总功率高达13
×2×
30＝780kw。
74.而如果对隧道通风的动力模块进行改革，不是依靠占比1/10左右35m/s高速射流对占比9/10的6m/s主体低速气流的摩擦、扩散来驱动低速气流，而是在双洞隧道中隔墙上设置横向风机模块，利用中隔墙在双洞隧道之间建立“堤坝式”空气压差来驱动隧道内空气
纵向运动，则采用与上述sds
‑№
10射流风机组同样功率消耗的横向风机动力模块，提供全部新风量400m3/s的静压头和动压头，出风6.1m/s，所产生的推动气流的静压由下式计算：
75.⊿
p＝静压能n/总风量q
76.＝(与射流风机组等量轴功率－气流动能)/总风量
77.＝(2
×
18.19
×
1000－1/2
×
1.2
×
400
×
6.12)w/400m3/s
78.＝68.6pa
79.将这两种通风方式进行对比，即将隧道纵向通风系统采用占比1/10左右的35m/s高速射流与占比9/10的6m/s左右主体低速气流之间摩擦、扩散来驱动低速气流的通风模式，与在双洞隧道中隔墙上设置横向风机模块，利用中隔墙在双洞隧道之间建立“堤坝式”空气压差来驱动隧道内空气纵向运动的模式进行对比，同样轴功率的风机组，后者在自身出口与进口之间、进口出口与隧道洞口之间建立“堤坝式”空气压差来驱动隧道气流向前运动的推动力
⊿
p，是前者纵向通风系统中射流风机组δp
j
的2.86倍；并且，后者在所提供的推动力
⊿
p之外还给全部新风气流提供了6.1m/s的动压头，而前者的高速射流动压头转化为低速气流推动力δp
j
之后归零。
80.基于以上两个技术前提的分析，即对隧道内车辆交通风风力算式没有涉及空气粘性系数、没有考虑运行车辆的车后负压涡对车前正压气流的吸收、没有考虑车辆的流线型设计和车体材料新成果大幅度降低了车辆运行空气阻力因素的分析，以及对现行隧道纵向通风系统只能通过小部分高速射流与隧道主体低速气流的相互摩擦、渗透来驱动主体低速气流向前加速前进低能效通风模式的分析，本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，不再把隧道内通风气流与车辆交通风保持一致作为设计原则，隧道通风气流可以与车流同向，也可以与车流逆向；本实用新型在双洞公路隧道的中隔墙上，设置多个并列横向风机模块，作为双洞隧道通风气流进出的分布式并列动力，驱动双洞隧道内空气自一条隧道两头洞口流入、多点排入另一条隧道后再从该隧道两头洞口排出，实施“以横驱纵”的通风模式；
81.本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，以双洞隧道中隔墙作为阻断通风气流回流的“堤坝”，在多个并列横向风机模块驱动下，在两条隧道中建立梯级空气压差分布，中部压差大而两头压差小，相对于环境大气压力构筑一条引入新风的负压隧道和一条排出污浊空气的正压隧道；从负压隧道的两头洞口吸入新风向该条隧道中部流动，该负压隧道作为双洞隧道通风系统的进风隧道；新风气流在负压隧道洞口与负压隧道中部风机模块吸入口之间压差作用下，自负压进风隧道两头洞口向中部流动过程中，分别顺序经过进风隧道中多个并列横向风机模块的吸入口，被吸入升压之后，再送入中隔墙另一侧的正压隧道，该正压隧道即为双洞隧道通风系统的排风隧道；在排风隧道中，通风气流在排风隧道中部与排风隧道两头洞口压差作用下，自排风隧道中段开始向该排风隧道两头洞口运动，沿程汇集各个风机模块自负压进风隧道送入的气流以降低前端气流污染物浓度，最后作为污浊空气从排风隧道的两头洞口排出。
82.在本实用新型一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统中，靠近进风隧道两头洞口的部分新风气流，经过靠近进风隧道洞口的横向风机模块升压，就近输入排风隧道，稀释处在排风隧道末端的空气中有害成分的浓度，改善排风隧道末端的空气品质，并且该部分新风气流在排风隧道中的排入位置也靠近该排风隧道的两头洞口，大幅
度减少了这部分通风气流的路径长度，从而降低了进风隧道和排风隧道中部及中外部隧道段的空气流速、空气流量和运行阻力，实现“部分气流超近短路、以横驱纵隧道通风模式”。
83.以下将结合附图对本实用新型提供的一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
84.实施例1
85.本实施例一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，其技术前提是现行公路隧道设计规范下，深长隧道里车辆行驶产生的交通风很微弱难以利用、隧道通风气流可与车辆交通风同向也可以反向，以及纵向通风系统射流风机组不能在风机出口与进口之间、出口与隧道洞口之间建立“堤坝式”空气压差来驱动气流运动，只能通过风机生产的占比1/10左右高速气体射流与隧道内9/10主体低速气流的相互摩擦、互相扩散渗透的方式来驱动主体低速气流向前加速前进，大幅度降低了隧道内部气流接力输送的能效。
86.本实施例一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统的技术核心，是在双洞隧道的中隔墙上设置横向风机模块，利用中隔墙的“堤坝”作用和风机模块的抽排作用，将风机模块的吸风口所对的隧道抽成负压，使该负压隧道两头洞口新风沿着该纵向隧道连续补入，将风机模块的排风口所对隧道升压成为正压隧道，使污浊空气沿着该正压隧道纵向排出两头洞口，实施横向风机模块驱动纵向隧道气流的“以横驱纵”通风模式。在“以横驱纵”通风模式创造的横向风机模块自身排风口与吸风口之间、排风口和吸风口分别与隧道洞口之间建立“堤坝式”空气压差并以此压差驱动气流沿着隧道纵向运动基础上，将负压隧道部分靠近两头洞口新风气流通过相应风机模块短路直接注入正压隧道两头靠近洞口位置以稀释该位置的高污染物浓度排风，实施“部分气流洞口抄近短路”，既缩短这部分气流的路径长度降低沿程阻力，又降低隧道中段流向两头洞口风量风速从而降低隧道中段气流阻力和隧道中段对隧道两头洞口的压差，实现大幅度降低通风能耗的目标。
87.在本实施例中，从所述双洞隧道的中部分别向两头洞口之间的中隔墙上顺序间隔设置若干所述风机模块，具体是在中隔墙上设置若干用于将中隔墙两侧的隧道风路连通的通风道，风机模块安装在通风道内。风机模块包括至少一风机，风机设置在通风道内，风机的吸风口所对的一条隧道为进风隧道，风机的排风口所对的另一条隧道为排风隧道。本实施例对中隔墙上的风机模块个数不做具体限制，可根据隧道的实际长度设定。风机模块的个数可以是偶数个，也可以是奇数个；中隔墙从中间到两侧的风机模块，个数可以相等也可以不等，可以对称设置，也可以是不对称设置，本实施例对此不做具体限制，可根据隧道中的交通量以及新风需求量设定。如，所述中隔墙的中部设有第一风机模块，从所述第一风机模块到所述双洞隧道的两头洞口的中隔墙上还分别顺序间隔设置第二风机模块、
……
、第n风机模块。第一风机模块可以在中隔墙的最中间，第一风机模块与中隔墙的两头洞口之间分别顺序间隔设置第二风机模块、
……
、第n风机模块；也可以是第一风机模块不在中隔墙的最中间，而是在中隔墙的最中间的两侧，即中隔墙的最中间的两侧间隔设置第一风机模块，即中隔墙的中部设置两个第一风机模块，第一风机模块与该侧中隔墙的洞口之间顺序间隔设置第二风机模块、
……
、第n风机模块。在本实施例中，n为大于2的整数。所述第一风机模块至所述第n风机模块均包括至少一风机。
88.作为一种实施例请参考图6，以双洞隧道1中隔墙12作为阻断通风气流回流的“堤坝”，在中隔墙12上设置5个横向风机模块，分别为位于中隔墙12中间的第一风机模块2，第一风机模块2至中隔墙12两端分别顺序设置第二风机模块3和第三风机模块4，中隔墙12左右两侧的四个风机模块(两个第二风机模块3和两个第三风机模块4)的风量相等，第一风机模块2的风量是第二风机模块3风量的2倍。本实施例在5个并列横向风机模块驱动下，实施以横驱纵基础上的部分气流洞口超近短路，在两条隧道(中隔墙12两侧的两条单洞隧道，一条为排风隧道11，一条为进风隧道13)中建立梯级空气压差分布，中部压差大而两头压差小，相对于环境大气压力构筑一条引入新风的负压隧道和一条排出污浊空气的正压隧道。
89.本实施例从负压隧道的两头洞口吸入新风向该条隧道中部流动，该负压隧道作为双洞隧道通风系统的进风隧道13；气流自进风隧道13两头洞口向中部流动过程中，顺序经过进风隧道13中5个并列横向风机模块的吸入口，被吸入气流升压之后，再送入中隔墙12另一侧的正压隧道，该正压隧道即为双洞隧道通风系统的排风隧道11；在排风隧道11中，通风气流向该条隧道两头洞口运动，沿程汇集各个横向风机模块自负压进风隧道13送入的气流以降低前端气流污染物浓度，最后作为污浊空气从排风隧道11的两头洞口排出。
90.如图6所示，图中部是双洞隧道1中隔墙12上5个横向风机模块的布置结构示意，本实施例5个风机模块将进风隧道13和排风隧道11等分为6个通风小段，这6个通风小段以风机模块3为中点在两侧对称分布。
91.图6下部是进风隧道13的空气压力分布，由方块点组成的2条低位斜线是所有横向风机模块全部集中在隧道中点的情形，进风隧道13左右两段对称进风，各个断面的风速风量相等，6个通风小段上的气流压力降也相同，6个通风小段气流压力线连成两条直线段，以洞口外大气压为零则进风隧道13各点为负压，中点风机模块位置压力最低；由圆点组成的关于隧道中点对称分布的折线，是5个横向风机模块在隧道中隔墙12均匀分布将隧道划分为6个通风小段的情形，进风隧道13左右两个洞口对称进风，进风在隧道行进中被5个横向风机模块部分吸入，实施“部分气流洞口超近短路”，两侧对称的3个通风小段断面的风速风量逐段递减，因为隧道通风阻力与风速2次方成正比，所以关于隧道中点两侧对称的3个通风小段气流压力降也相应加速递减，由两头洞口向中点分别为
⊿
p、4/9
⊿
p、1/9
⊿
p，进风隧道13的6个通风小段气流压力线连成一条对称平缓折线段。
92.图6上部是排风隧道11的空气压力分布，由方块点组成的2条高位斜线是所有横向风机模块全部集中在隧道中点的情形，排风隧道11左右两段对称排风，各个断面的风速风量相等，6个通风小段上的气流压力降也相同，6个通风小段气流压力线连成两条直线段，以洞口外大气压为零则排风隧道11各点为正压，中点风机模块位置压力最高；由圆点组成的关于隧道中点对称分布的折线，是5个横向风机模块在隧道中隔墙12均匀分布将隧道划分为6个通风小段的情形，排风隧道11左右两个洞口对称排风，排风在隧道行进中汇入由5个横向风机模块排入气流，两侧对称的3个通风小段断面的风速风量自内而外逐段增加，实施“部分气流洞口超近短路”，因为隧道通风阻力与风速2次方成正比所以关于隧道中点两侧对称的3个通风小段气流压力降也相应加速增加，由中点向两头洞口分别为1/9
⊿
p、4/9
⊿
p、
⊿
p，排风隧道11的6个通风小段气流压力线连成一条对称平缓折线段。
93.本实施例一种部分气流洞口抄近短路的以横驱纵双洞隧道通风系统，其靠近进风隧道13两头洞口的部分新风气流，经过靠近进风隧道13洞口的横向风机模块升压，就近输
入排风隧道11，稀释处在排风隧道11末端的空气中有害成分的浓度，改善排风隧道11末端的空气品质，并且该部分新风气流在排风隧道11中的注入位置也靠近该排风隧道11的两头洞口，大幅度减少了这部分通风气流的路径长度，从而降低了进风隧道13和排风隧道11中部及中外部隧道段的空气流速、空气流量和运行阻力。
94.实施例2
95.本实施例与实施例1，都是贯彻“以横驱纵”“界面平推”“部分气流洞口抄近短路”理念的隧道通风系统，本实施例具有实施例1的全部优点。
96.本实施例与实施例1的不同之处在于，横向风机模块更多，达到9只，分别为中隔墙12从中间到两侧顺序间隔设置的第一风机模块2、第二风机模块3、第三风机模块4、第四风机模块5和第五风机模块6，第一风机模块2位于中隔墙12的中间，这9只风机模块将隧道均分为10个通风小段，如图7所示；中间位置的第一风机模块2由3只风机组成，即包括居中设置的备用风机22和位于所述备用风机两侧的第一风机21，备用风机22可以正反向运行，解决两条隧道发生火情时的排烟问题；第一风机模块2正常运行的是左右两只单向转动的第一风机21。第二风机模块3至第五风机模块6均包括一只第二风机，两只第一风机21的总风量是外侧8只第二风机总和风量的1.5倍，即第一风机模块2运行风量占隧道通风总风量60％，而第二风机模块3至第五风机模块6这8个风机模块的每个风机模块风量相同，每个风机模块的风量占隧道总风量的5％。
97.本实施例对纵向隧道内气流路径，段落划分更为细致，通风运行更平稳，如图8所示，并且由于中点第一风机模块2风量占隧道通风总风量60％，全隧道污染物浓度控制更可靠，尤其适合于总风量控制在污染物浓度临界水平附近的隧道通风项目。
98.在车流量稳定、左线右线隧道内污染物排放连续均衡的条件下，本实施例隧道内污染物浓度变化如图9所示。
99.由于实施了部分气流洞口超近短路，本实施例进风隧道13自两头洞口开始向中点通风风量逐段递减，每一小段风量递减5％，污染物浓度逐段加速抬升，到达中点第一风机模块2吸风口，风量递减到60％，污染物浓度达到最高值；之后，这占比60％的污染物浓度达到进风隧道13最高值的气流进入排风隧道11，自中点向外侧两个洞口运行，逐段接入吸收该段洞口超近短路的5％部分气流，风量逐段增加5％，直到最外侧洞口风量达到100％；在排风隧道11中，排风污染物浓度在每一个通风小段都连续上升，到达两个相邻通风小段连接处时再被该段洞口超近短路的气流所稀释，浓度降低，之后再进入下一个通风小段吸收污染物，直到最后从最外侧两个洞口排出。