具有上下层排烟道的双层盾构隧道及排烟道设置方法与流程

本发明属于排烟道技术领域，更具体地，涉及具有上下层排烟道的双层盾构隧道及排烟道设置方法。

背景技术：

随着城市地下空间的开发，大直径、长距离盾构法隧道在城市快速路的建设中得到了大量的应用。对于大直径、长距离隧道，由于交通量的不断增长以及行车速度、密度的加大，隧道中极易造成交通事故并诱发火灾等事故。隧道火灾往往伴随着高温、烟气窒息、能见度下降等问题，其中烟气未能及时分离排出造成人员窒息是导致人员逃生困难及外部救援进入实施救助难度大的重要因素。由于隧道内部空间相对封闭，排烟路径有限，火灾时如何有效解决排烟问题，成为减少人员伤亡及财产损失的关键点。我国《公路隧道通风设计细则》(jtg/td70/2-02-2014)也明确提出：“长度l＞1000m的高速公路和一级公路隧道、长度l＞2000m的二、三、四级公路隧道应设置火灾机械防烟与排烟系统”。

现有技术中，当隧道封闭段较长时，通常会在隧道上方设置重点排烟道来解决火灾排烟问题,但双层盾构隧道因为受到断面布置的限制，难以布置出符合要求的排烟道。若将烟道设置于顶部，采用上下层隧道共用顶部排烟道方式，其缺点有：1)下层隧道排烟口与顶部烟道的距离大，排烟支管截面面积小，宽高比大，风流阻力大，气流组织和排烟效果差；2)下层车道的烟气流动方向与人员疏散方向相同，人烟无法分离，对安全疏散影响大；3)为满足顶部烟道的面积要求，顶部烟道高度较高，导致上下层车道的标高需要下移，影响底部廊道的高度，不利于运营期维护人员的使用；4)当隧道长度较大时，烟道内的风速相应增加，为了保证隧道排烟效果，需将特长隧道分为多个排烟区段，需要设置中间排烟竖井，增加了工程占地、施工难度与造价。

专利201510640875.4公开了一种公铁共用盾构隧道火灾通风排烟模拟实验装置，设置了上层集中排烟通道和下层排烟通道，但上层集中排烟通道和下层排烟通道分开设置，下层排烟通道的烟不能直接与外界连通，需要传输较远的距离后从另外的通道排出，因此，下层排烟通道的排烟效果较差。

专利200910062074.7公开了一种双层盾构隧道，在隧道两侧通过左隔墙和右隔墙分别与隧道衬砌之间形成的空间中，其中一个设置联系上下层行车道空间的疏散楼梯，另一个设置分别与上、下层行车道空间连通的排烟专用风道。该专利采用上下层隧道共用排烟道方式，上层隧道排烟口位置偏低，当发生火灾时，烟雾因温度高而往上升，不利于有害烟气排出和人员疏散。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供具有上下层排烟道的双层盾构隧道及排烟道设置方法，采用在双层盾构隧道的侧部和顶部分别设置侧部排烟道和顶部排烟道，分别用于排出下层行车空间和上层行车空间中的烟，且二者通过联络风道连通，间隔设置的联络风道实现顶部排烟道和侧部排烟道的连通和高效排烟。

为了实现上述目的，本发明提供具有上下层排烟道的双层盾构隧道，包括上层行车道空间和下层行车道空间，上层行车道空间的顶部设有顶部排烟道，且双层隧道的一侧设有疏散楼梯和疏散通道，所述双层隧道的另一侧设有侧部排烟道；

所述顶部排烟道与所述上层行车道空间、所述侧部排烟道和所述下层行车道空间均相应设有排烟口，以分别将上层行车道空间和下层行车道空间的烟排出；

所述顶部排烟道和所述侧部排烟道之间设有若干联络风道，所述联络风道为弯曲管状结构设于隧道的外壁，其一端与所述顶部排烟道连通，另一端与所述侧部排烟道连通，实现顶部排烟道和侧部排烟道的连通，提高排烟效率。

进一步地，单个联络风道的风道面积大于或等于所述顶部排烟道或侧部排烟道的面积。

进一步地，若干所述联络风道设置的间距为1.0km～1.5km。

优选地，所述联络风道的长度为25m～50m，实际长度根据上下层排烟口位置及排烟效果确定。

进一步地，所述联络风道与上层行车道空间和下层行车道空间的连接处位于不同的隧道横截面上。

进一步地，所述排烟口处设有排烟阀。

作为本发明的另一个方面，提供一种双层盾构隧道的排烟道的设置方法，其特征在于，步骤如下:

s1确定排烟道总面积，根据火灾规模、隧道横断面、隧道长度确定排烟道的总面积；

s2施工下层行车道空间、上层行车道空间、顶部排烟道和侧部排烟道，在顶部排烟道和侧部排烟道分别与联络风道连接的位置采用可穿透或可拆卸的管片进行拼装；

s3在顶部排烟道和侧部排烟道之间施工若干置于隧道外壁的联络风道。

进一步地，步骤s3包括：

s31确定联络风道的个数、单个联络风道的面积以及联络风道之间的间隔，联络风道的面积不应小于顶部排烟道或侧部排烟道的面积；

s32按照s31的尺寸标准和数量施工联络风道，使得所述联络风道与上层行车道空间和下层行车道空间的连接处位于不同的隧道横截面上；

s33在联络风道端口设置通风排烟控制结构。

进一步地，步骤s32中，在基岩地层，采用矿山法从侧部排烟道所在隧道衬砌外部围岩斜向上开挖至隧道顶部连接顶部排烟道；在软土地层，采用水平定向钻管道穿越技术、小型盾构机等机械开挖法施作联络风道。

进一步地，步骤s1具体为：根据火灾规模、隧道高度计算火灾产烟量，考虑风道和排烟口漏风得到上下层隧道所需排烟量，计算烟道风速，并根据排烟区段长度和风道阻力确定上下层排烟道总面积。

进一步地，步骤s1中，所述顶部排烟道和侧部排烟道各自的面积为排烟道总面积的60％～70％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明具有上下层排烟道的双层盾构隧道，采用在双层盾构隧道的侧部和顶部分别设置侧部排烟道和顶部排烟道，分别用于排出下层行车空间和上层行车空间中的烟，通过将连通顶部排烟道和侧部排烟道的联络风道设置在隧道断面外部，与设置在断面内相比，不需要增大盾构隧道断面以及不用下移上下层车道标高，通过上下层排烟道共同排烟实现了盾构隧道断面的经济性和高效排烟。

(2)本发明具有上下层排烟道的双层盾构隧道，单个联络风道的面积大于或等于顶部排烟道或侧部排烟道的面积，以使得顶部排烟道和侧部排烟道之间排烟通畅，排烟道排烟避免烟聚集在下层行车道空间或上层行车道空间中，致使人员不能及时逃出导致伤亡。

(3)本发明双层盾构隧道的排烟道的设置方法，根据火灾规模、隧道断面等，确定上下层隧道排烟道面积，使得顶部排烟道和侧部排烟道满足排烟要求，根据顶部排烟道和侧部排烟道的面积、排烟区段长度确定联络风道的面积和间距，并在隧道外部围岩中设置联络风道，相比传统排烟道布置具有更大的面积，提升了盾构隧道排烟道及联络风道设置的适应性和可靠性。

(4)本发明双层盾构隧道的排烟道的设置方法，根据围岩地质情况相应采用矿山法或者“水平定向钻管道穿越技术”机械开挖法施作联络风道，使火灾情况下侧部和顶部的双烟道能同时进行排烟，提高排烟效率；且由于双烟道同时排烟，可减小排烟风速，加大排烟段长度，减少排烟竖井的数量。

附图说明

图1为本发明实施例中具有上下层排烟道的双层盾构隧道的断面示意图；

图2为本发明实施例中双层盾构隧道排烟道中两层排烟道之间的联络风道的结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-隧道衬砌；2-左隔墙；3-右隔墙；4-车道板；5-疏散通道；6-疏散楼梯；7-管线廊道；8-隧道建筑限界；9-排烟阀；10-烟道隔板；11-顶部排烟道；12-上层行车道空间；13-下层行车道空间；14-侧部排烟道；15-联络风道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例中具有上下层排烟道的双层盾构隧道的断面示意图。如图1所示，本发明的双层盾构隧道包括外周的隧道衬砌1、左隔墙2、右隔墙3、车道板4、疏散通道5、疏散楼梯6、管线廊道7、烟道隔板10，其中，隧道内包括两层行车道，分别为上层行车道空间12和下层行车道空间13，且上层行车道空间12和下层行车道空间13之间设有车道板4，通过车道板4将隧道分成上下两层可供行车的空间，上层行车道空间12的顶部设有顶部排烟道11、下层行车道空间13的底部设有管线廊道7，管线廊道7用于隧道内管线的铺设，顶部排烟道11作为上层行车道空间12的专用排烟道，上层行车道空间12和顶部排烟道11之间设有排烟通孔，并在排烟通孔处设有排烟风机，将上层行车道空间12中的烟抽入排烟道11中并通过排烟道排出。

优选地，上层行车道空间12和顶部排烟道11之间的排烟通孔处设有排烟阀9，通过排烟阀9控制排烟通孔的打开和关闭。进一步地上层行车道空间12的顶部靠近排烟通孔处设有排烟风机，以将上层车道空间12内的烟抽到顶部排烟道11中。

优选地，下层行车道空间12和侧部排烟道14之间设有排烟通孔，该排烟通孔处同样设有排烟阀，以将下层车道空间13内的烟抽到侧部排烟道14中。

左隔墙2和右隔墙3垂直烟道隔板和车道板4设置，设于隧道的两侧，将隧道隔离形成两侧的独立空间，侧部排烟道14、疏散楼梯6和疏散通道5分设在两侧的独立空间内，疏散楼梯6设于下层行车道空间13和上层行车道空间12之间，且疏散楼梯6的底部与下层行车道空间13连通，用于下层行车道空间13的人员从疏散楼梯6进入上层行车道空间；疏散通道5设在疏散楼梯6的顶部，通过疏散通道5到达安全区域。

侧部排烟道14设置在疏散楼梯6和疏散通道5的对侧，以避免烟气流动方向与人员疏散方向相同，保证人员疏散的安全性。

图2为本发明实施例中双层盾构隧道排烟道中两层排烟道之间的联络风道的结构示意图。如图2所示，顶部排烟道11和侧部排烟道14之间设有若干联络风道15，火灾时利用双烟道同时对火灾隧道进行排烟，并通过联络风道15连通顶部排烟道11和侧部排烟道14，实现下层行车道空间13和上层行车道空间12之间排烟道的连接，便于下层的烟顺利排出，提高排烟效率，特别是下层行车道空间13的排烟效率。若干联络风道15的风道面积总和大于或等于顶部排烟道11或侧部排烟道14的面积，以使得顶部排烟道11和侧部排烟道14之间的流通顺畅，避免因联络风道15的风道面积的约束导致侧部排烟道14中的烟不能及时排到顶部排烟道11中，或顶部排烟道11中的烟不能及时排到侧部排烟道中，使得烟聚集在下层行车道空间13或上层行车道空间12中，致使人员不能及时逃出导致伤亡。

联络风道15的一端与顶部排烟道11连通，另一端与侧部排烟道14连通，且联络风道15为弯曲管状结构，设于隧道外部，其两端与隧道管片连接。优选地，联络风道15与上层行车道空间12和下层行车道空间13的连接处位于不同的隧道横截面上，通过设置联络风道15的长度，便于侧部排烟道14与顶部排烟道连通，提高排烟的效果。

优选地，联络风道15设于隧道外部围岩中，避免占用隧道内部的区域，减少断面布置对其面积的限制，以进一步提高排烟效率。

联络风道15的数量和间距根据排烟区段的长度以及上下层排烟道面积确定。优选地，联络风道15设置的间距为1.0km～1.5km，间距太长，则导致侧部排烟通道14很长范围内的烟聚集在一处，不利于排入顶部排烟通道11中，侧部排烟通道14通过联络风道15排入顶部排烟通道11的难度加大，效率低；间距太短，工程施工量大，1.0km～1.5km在合适的施工量上保证顶部排烟通道11和侧部排烟通道14之间的高效排烟。

联络风道15的长度优选为25m～50m，联络风道15的长度太长则导致其排烟风速需要增大，排烟设备功率过大；联络风道15长度太短，则排烟有效长度减小，远处排烟效果差

其中，顶部排烟道11和侧部排烟道14的总面积为排烟道总面积，根据火灾情况下的排烟量标准来确定，顶部排烟道11和侧部排烟道14的面积均为排烟道总面积的60％～70％，以解决排烟道可能存在的漏风问题以及联络烟道的风阻问题，保证两层排烟道能够及时将隧道中上下两层行车道空间中的烟排出，在不增大盾构隧道断面和不下移上下层车道标高的前提下，使火灾情况下侧部和顶部的双烟道能同时对火灾隧道进行排烟，提高排烟效率；且由于双烟道同时排烟，可减小排烟风速，加大排烟段长度，减少排烟竖井的数量。

一种双层盾构隧道的排烟道的设置方法，步骤如下：

s1确定排烟道的面积，根据火灾规模、隧道横断面、隧道长度确定排烟道的总面积；

首先，根据火灾规模(此处的火灾规模为隧道设置可以应对火灾的规模，具有相应的火灾等级规定)、隧道高度计算火灾产烟量，考虑风道和排烟口漏风可得到上下层隧道所需排烟量，排烟量对应排烟道的总面积；

另外，计算烟道风速，并根据排烟区段长度和风道阻力分别确定上下层烟道面积，其中顶部排烟道11和侧部排烟道14的面积为排烟道总面积的60％～70％；

s2施工下层行车道空间13、上层行车道空间12、顶部排烟道11和侧部排烟道14，在顶部排烟道11和侧部排烟道14预留与联络风道15连接的位置采用可穿透或可拆卸的管片进行拼装，便于联络风道15施工时穿透分别与顶部排烟道11和侧部排烟道14连通，从而实现侧部排烟道14与顶部排烟道11的连通；

s3在顶部排烟道11和侧部排烟道14之间施工若干置于隧道外壁的联络风道15；

s31确定联络风道15的个数、单个联络风道14的面积以及联络风道15之间的间隔，联络风道15的总面积不应小于顶部排烟道11或侧部排烟道14的面积；

其中，所述联络风道的结构型式有多种，例如当采用单个联络风道连通上下层排烟道时，联络风道面积较大；当采用2个联络风道为一组时，单个联络风道面积可适当减小，一组内联络风道的间距根据其自身的面积和施工工艺确定。

所述联络风道的数量和间距应根据排烟区段长度、上下层排烟道面积确定。设置联络风道数量越多、间距越小，则上下层隧道各自排烟道的面积可以越小，一般情况下，排烟区段长度小于1km时，可不设置联络风道，其他按照1.0～1.5km间距设置联络风道。

所述联络风道的长度根据上下层排烟口位置及排烟效果确定，一般为25m～50m。

s32按照s31的尺寸标准和数量施工联络风道15，联络风道15与上层行车道空间12和下层行车道空间13的连接处位于不同的隧道横截面上，通过设置联络风道15的长度，便于侧部排烟道14与顶部排烟道连通，提高排烟的效果。；

优选地，在基岩地层，顶部排烟道采用矿山法从隧道侧部围岩斜向上开挖至隧道顶部，其可修建的联络风道15的净空面积较大；在软土地层，采用“水平定向钻管道穿越技术”、小型盾构机等机械开挖法施作联络风道15；

s33在联络风道15端口设置通风排烟控制结构；优选地，通风排烟控制结构为排烟阀，通过排烟阀实现通风排烟的控制；

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。