公路隧道分段重点排烟系统以及排烟方法与流程

本发明属于交通运输与设备技术领域，具体涉及一种公路隧道分段重点排烟系统以及排烟方法。

背景技术：

对于水下隧道和城市隧道，由于考虑到火灾工况下的烟雾控制需求，一般采用重点排烟系统，如图1所示，为传统重点排烟系统示意图，其采用的方案为：在行车主洞的顶部沿纵向方向设置主排烟道，在主排烟道的两端各安装排烟风机6，其中，纵向方向即为行车方向；在主排烟道上，为达到一定的排烟效果，需要设置密集的电动排烟口1，一般60m左右设置一处；并且，排烟口尺寸较小，电动排烟口的面积约6m²。因此，火灾工况下，开启对应位置的电动排烟口，实现对火灾区域的重点排烟。该方案相对于纵向通风系统而言，烟雾蔓延区域能够得到有效控制，人员疏散安全性大大提高。

但是，上述重点排烟系统存在以下不足：

(1)由于设置数量众多的电动排烟口，因此，该系统控制复杂，增加了后期维护工作量；

(2)由于主排烟道设置于行车主洞的顶部，因此，主排烟道占用了行车主洞的空间，导致行车主洞的空间变小，风量不变的情况下，风速变大，使正常运营通风工况下风机的耗能增加。若风速增加1.2倍，则耗电量增加72.8％，耗电量惊人；

(3)对于设置于行车主洞顶部的主排烟道，主排烟道沿纵向方向的长度通常与行车主洞的长度相近似，因此，主排烟道的长度较长，为保证建筑结构的整体稳定性，由此导致单个电动排烟口面积受限，单个电动排烟口排烟能力受限；因此，当行车主洞某个位置发生火灾时，为实现所需的排烟效果，由于单个电动排烟口面积受限，所以，需要将邻近火源点的多组电动排烟口打开通常为4-5组，由于距离风机距离不同，单个电动排烟口排烟量很难控制，例如，距离风机近的电动排烟口排烟量较大，而距离风机远的电动排烟口排烟量较小，因此，降低了整个系统排烟效果和排烟效率；此外，电动排烟口数量多造成沿程电动排烟口漏风量不易控制，系统后期维护量大；只有在系统得到良好维护，且运营人员操作水平很高的情况下，才能实现较好的排烟效果。

因此，如何能研究一种既能满足排烟需求，又具有系统简单、维护量小、控制方案简化的通风排烟方案，是行业发展的一个需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种公路隧道分段重点排烟系统以及排烟方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种公路隧道分段重点排烟系统，在第1行车主洞(5)的顶部，沿纵向按一定间隔设置若干个吊顶风道(9)，每个所述吊顶风道(9)为独立的结构，每个所述吊顶风道(9)的底部开设有电动排烟口(1)，当电动排烟口(1)打开时，第1行车主洞(5)内的气流通过电动排烟口(1)进入到所述吊顶风道(9)的内部；

设置与第1行车主洞(5)平行的服务隧道(3)，所述服务隧道(3)的顶部设置主排烟道(4)，所述主排烟道(4)的长度与所述服务隧道(3)的长度相同，所述主排烟道(4)的前后两端各设置有排烟风机(6)；

每个所述吊顶风道(9)均对应设置一个横向联络烟道(2)，所述横向联络烟道(2)的一端与所述吊顶风道(9)连通，所述横向联络烟道(2)的另一端与所述主排烟道(4)连通。

优选的，所述电动排烟口(1)的排烟口面积为40m²～60m²；相邻所述电动排烟口(1)的纵向间距为1000m～2000m。

优选的，每个所述吊顶风道(9)的底部开设的电动排烟口(1)的数量为1组。

优选的，所述主排烟道(4)的高度低于所述吊顶风道(9)的高度；所述横向联络烟道(2)为四面体结构，包括：顶面、底面、前侧面和后侧面；所述顶面的两端分别与所述吊顶风道(9)的顶部和所述主排烟道(4)的顶部相连接；所述底面的两端分别与所述吊顶风道(9)的底部和所述主排烟道(4)的底部相连接，由此使所述横向联络烟道(2)形成横截面积从吊顶风道(9)到主排烟道(4)的方向逐渐变大的结构构造。

优选的，对于布置有连通所述第1行车主洞(5)和所述服务隧道(3)的逃生通道的情况，将所述横向联络烟道(2)布置于所述逃生通道的正上方且进行合并设置，结构上进行统一处理。

优选的，在所述第1行车主洞(5)的内部，沿纵向设置若干个火灾探测器，风速风向检测仪以及若干台可双向可逆的转动的射流风机(7)；所述火灾探测器、所述射流风机(7)、所述电动排烟口(1)、所述风速风向检测仪和所述排烟风机(6)均与控制中心相连接。

优选的，还包括第2行车主洞(8)；所述第2行车主洞(8)和所述第1行车主洞(5)分别设置于所述服务隧道(3)的两侧；所述第2行车主洞(8)设置与所述第1行车主洞(5)对称的公路隧道分段重点排烟系统。

本发明还提供一种基于公路隧道分段重点排烟系统的公路隧道分段重点排烟方法，包括以下步骤：

步骤1，第1行车主洞(5)内不同位置的火灾探测器实时探测对应位置是否发生火灾，当探测到发生火灾时，将火源点位置信息以及火灾灾情信息发送给控制中心；

步骤2，控制中心根据火源点位置，定位到距离火源点位置最近的一组电动排烟口(1)；并同时执行以下三个操作：

操作1，打开定位到的电动排烟口(1)；

操作2，启动位于定位到的电动排烟口(1)上游，且在火源点200m以外的上游区段的射流风机(7)，根据该上游区段风速风向检测仪的风速风向检测数据，调节射流风机(7)开启台数，进而调节该上游区段纵向风速，使上游的射流风机(7)朝向火源点位置方向送风，进行吹向火源点纵向风速，阻止烟雾发生逆流；

启动位于定位到的电动排烟口(1)下游，且在火源点200m以外的下游区段的射流风机(7)，反向运转，根据该下游区段风速风向检测仪的风速风向检测数据，调节射流风机(7)开启台数，进而调节该下游区段的纵向风速，使下游的射流风机(7)反向转动，将烟雾控制在距火源点一定距离内，限制烟雾蔓延范围；

操作3，判断火源点位置是否位于第1行车主洞(5)的纵向中心位置，如果是，同时启动两端的排烟风机(6)进行两端集中排烟；否则，启动距离火源点位置近的排烟风机进行单侧排烟；

步骤3，因此，火源点位置上游的烟雾和火源点位置下游的烟雾均朝向火源点位置流动聚集，并通过定位到的电动排烟口(1)排入到对应的吊顶风道(9)，再进一步通过对应的横向联络烟道(2)而排入到主排烟道(4)，最终在排烟风机(6)的作用下排向外部环境。

本发明提供的公路隧道分段重点排烟系统以及排烟方法具有以下优点：

由于本发明在行车主洞的顶部设置若干个独立结构的吊顶风道，吊顶风道承载力较强，所以，吊顶风道底部设置的电动排烟口的面积可扩大到50m²左右，而电动排烟口的纵向间距可达到1000m左右，由此明显降低了电动排烟口的设置数量，因此，本发明简化了传统的重点排烟方案，工程造价更低、系统操作更为简单、后期维护量更小。

附图说明

图1为现有技术中公路隧道重点排烟系统的示意图；

图2为本发明提供的一种公路隧道分段重点排烟系统的三维示意图；

图3为本发明提供的一种公路隧道分段重点排烟系统的正视图；

图4为向图3中加上火源点位置以及气流流向的示意图；

其中：

1-电动排烟口、2-横向联络烟道、3-服务隧道、4-主排烟道、5-第1行车主洞、6-排烟风机、7-射流风机、8-第2行车主洞、9-吊顶风道、10-火源点。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种公路隧道分段重点排烟系统，主要包括纵向设置于服务隧道顶部的主排烟道、设置于主排烟道和行车主洞顶部的吊顶风道之间的横向联络烟道，每个吊顶风道的底部开设电动排烟口；因此，火灾工况下通过开启主排烟道两端的排烟风机以及对应火灾区域横向联络烟道的电动排烟口，实现对火灾区域的分段重点排烟，保证人员疏散安全性。传统重点排烟方案中，电动排烟口设置在行车主洞顶部的主排烟道，为保证通风效果且为保证主排烟道建筑结构的稳定性，电动排烟口的尺寸较小，一般为6m²，并且，电动排烟口设置密集，一般约60m间距设置一个电动排烟口，由此具有诸多不足。而本发明中，在行车主洞的顶部设置若干个独立结构的吊顶风道，吊顶风道沿纵向长度较短，因此承载力较强，所以，吊顶风道底部设置的电动排烟口的面积可扩大到50m²左右，而电动排烟口的纵向间距可达到1000m左右，排烟效果基本类似。该方案具有工程造价低、系统构成简单、控制灵活，后期维护量小等突出优点。该方案能够有效控制烟雾扩散距离，提高隧道排烟系统应对事故的能力，可应用于城市隧道、水下隧道等对隧道运营安全要求较高的公路隧道工程。

结合图2和图3，本发明提供一种公路隧道分段重点排烟系统，在第1行车主洞5的顶部，沿纵向按一定间隔设置若干个吊顶风道9，每个吊顶风道9为独立的结构，吊顶风道沿纵向长度较短，因此，吊顶风道的承载力较强，每个吊顶风道9的底部开设有电动排烟口1，具体为1个，由于本发明采用吊顶风道，且吊顶风道的承载力强，所以，电动排烟口1的排烟口面积可增加到40m²～60m²；相邻电动排烟口1的纵向间距为1000m～2000m，因此，电动排烟口的布置数量远低于传统布置方案，从而减化系统控制复杂度，方便系统进行后期维护。当电动排烟口1打开时，第1行车主洞5内的气流通过电动排烟口1进入到吊顶风道9的内部；

设置与第1行车主洞5平行的服务隧道3，服务隧道3的顶部设置主排烟道4，主排烟道面积根据集中排烟量以及排烟风速计算得到，主排烟道排烟风速一般不大于15m/s，排烟量可根据不同的烟雾扩散模型计算得到。主排烟道4的长度与服务隧道3的长度相同，主排烟道4的前后两端各设置一台或多台排烟风机6，排烟风机6可采用轴流排烟风机。

每个吊顶风道9均对应设置一个横向联络烟道2，横向联络烟道2的一端与吊顶风道9连通，横向联络烟道2的另一端与主排烟道4连通。横向联络风道每隔一定间距与主排烟道相连接，一般间距在1000m左右。可根据人员疏散安全性评价结论进行调整。实际工程中，由于行车主洞和服务隧道之间通常需要设置若干个逃生通道，例如，人行横洞或车行横洞，此时，可结合逃生通道位置布置横向联络烟道，即：将横向联络烟道布置于逃生通道的正上方且进行合并设置，结构上进行统一处理，降低了施工难度，也进一步降低了土建造价。

实际应用中，主排烟道4的高度低于吊顶风道9的高度；横向联络烟道2为四面体结构，包括：顶面、底面、前侧面和后侧面；顶面的两端分别与吊顶风道9的顶部和主排烟道4的顶部相连接；底面的两端分别与吊顶风道9的底部和主排烟道4的底部相连接，由此使横向联络烟道2形成横截面积从吊顶风道9到主排烟道4的方向逐渐变大的结构构造。采用此种结构形式的横向联络烟道，实现联络烟道的横向风道面积最大，风速最低，耗能最小。

在第1行车主洞5的内部，沿纵向设置若干个火灾探测器，风速风向检测仪以及若干台可双向可逆的转动的射流风机7；火灾探测器、射流风机7、电动排烟口1、风速风向检测仪和排烟风机6均连接到控制中心，由此实现远程控制。火灾工况下，通过plc以及硬线连接等方案实现对火灾区域的电动排烟口的开启，从而可以对该区域进行重点排烟。电动排烟口面积根据排烟量和排烟风速确定。电动排烟口排烟风速一般不大于15m/s。由于电动排烟口数量大大减少，可以很好的规避结构的不利区域。

设置射流风机的意义为：火灾工况下需要同时控制火源点上、下游的射流风机，对隧道纵向风速进行控制。在人员疏散阶段，一般上游风速在1.5m/s，下游反向风速在0.5～1m/s，具体数值需要计算分析得到。

上面描述的公路隧道分段重点排烟系统，应用于涉及一个行车主洞和1个服务隧道的布置方式。实现应用中，通常平行设置两个行车主洞，而服务隧道设置于两个行车主洞之间，即：还包括第2行车主洞8；第2行车主洞8和第1行车主洞5分别设置于服务隧道3的两侧；第2行车主洞8设置与第1行车主洞5对称的公路隧道分段重点排烟系统。此时，两个行车主洞共用同一个设置于服务隧道的主排烟道，减少了主排烟道的设置数量，降低了系统的造价。而采用传统的排烟系统时，当有两个行车主洞时，每个行车主洞的顶部均需要设置一个主排烟道。由此也体现了本发明的创新性。

如图4所示，本发明还提供一种基于公路隧道分段重点排烟系统的公路隧道分段重点排烟方法，包括以下步骤：

步骤1，第1行车主洞5内不同位置的火灾探测器实时探测对应位置是否发生火灾，当探测到发生火灾时，将火源点位置信息以及火灾灾情信息发送给控制中心；

步骤2，控制中心根据火源点位置，定位到距离火源点位置最近的一组电动排烟口1；并同时执行以下三个操作：

操作1，打开定位到的电动排烟口1；

操作2，启动位于定位到的电动排烟口1上游的，且在火源点200m以外的上游区段的射流风机7，，根据该上游区段风速风向检测仪反馈的风速风向检测数据，调节射流风机开启台数，进而调节该上游区段纵向风速，使上游的射流风机朝向火源点位置方向送风，进行吹向火源点纵向风速，阻止烟雾发生逆流，保证火源点后方人员的安全；

启动位于定位到的电动排烟口1下游，且在火源点200m以外的下游区段的射流风机7，反向运转，根据该下游区段风速风向检测仪的风速风向检测数据，调节射流风机7开启台数，进而调节该下游区段的纵向风速，使下游的射流风机7反向转动，将烟雾控制在距火源点一定距离内，限制烟雾往下游蔓延的范围，提高重点排烟效果；

操作3，判断火源点位置是否位于第1行车主洞5的纵向中心位置，如果是，同时启动两端的排烟风机6，进行两端集中排烟；否则，启动距离火源点位置近的排烟风机，进行单侧排烟；

步骤3，因此，火源点位置上游的烟雾和火源点位置下游的烟雾均朝向火源点位置流动聚集，并通过定位到的电动排烟口1排入到对应的吊顶风道9，再进一步通过对应的横向联络烟道2而排入到主排烟道4，最终在排烟风机6的作用下排向外部环境。

可见，火灾工况下，仅打开最靠近火源点位置的一个电动排烟口，而其他区域电动排烟口保持关闭状态，同时通过开启火源上下游射流风机，使下游射流风机反向转动，进而将行车主洞的烟雾集聚到最靠近火源点位置的电动排烟口，再通过横向联络烟道将烟道排入到主排烟道，再集中排出到外部，提高排烟效果。由于本发明设置的电动排烟口的面积较大，因此，只需要开启一个电动排烟口，就能满足行车主洞的排烟需求，解决了传统方案需开设多个电动排烟口所带来的不利影响，以及控制预案复杂的问题，简化了控制流程。

由此可见，本发明提供的公路隧道分段重点排烟系统以及排烟方法具有以下优点：

(1)由于本发明在行车主洞的顶部设置若干个独立结构的吊顶风道，吊顶风道承载力较强，所以，吊顶风道底部设置的电动排烟口的面积可扩大到50m²左右，而电动排烟口的纵向间距可达到1000m左右，由此明显降低了电动排烟口的设置数量和控制点数，因此，本发明简化了传统的重点排烟方案，工程造价更低、系统操作更为简单、后期维护量更小；

(2)将主排烟道设置于服务隧道的顶部，因此，主排烟道没有占用行车主洞的空间，与传统方案相比，风量不变的情况下，风速变小，使风机的耗能显著降低；

(3)本发明火灾工况下只需要开启火源点最终的一组电动排烟口进行排烟即可，相对与传统重点排烟方案开启火源点4-5组电动排烟口(火源点上下游开启组数也会根据隧道坡度不同有所变化)，控制方案简单明了，提高了运营人员的反应速度和专业素养的需求。

(4)本发明主排烟道可以左、右线共用，减少了一处主排烟道，降低了工程造价和后期的维护量；对于3000m左右隧道，减低费用在2000万左右。

(5)由于本发明设置的电动排烟口的面积较大，因此，只需要开启一个电动排烟口，就能满足行车主洞的排烟需求，解决了传统方案距离火源点不同纵向距离所带来的不同位置电动排烟口排烟量不同而导致排烟效率低的问题；

(6)本发明提高了单个电动排烟口的排烟能力，对于纵向风速较大的情况以及火灾失控情况下，排烟能力更强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。