一种用于双线隧道的可调节智能化送排式通风系统

1.本发明涉及隧道通风结构技术领域，具体涉及一种用于双线隧道的可调节智能化送排式通风系统。


背景技术：

2.随着我国公路建设的飞速发展，隧道设计和施工技术已经取得了巨大的进步，并出现了一批长度大于5km的特长隧道。在特长公路隧道中设置通风竖井或斜井以增加纵向通风的适用长度已经成为一种共识，这种施工斜井可用于运营期间的通风，排除车辆行驶过程中产生的尾气及烟雾，同时向隧道提供新风，在火灾时还可以用来排烟，缩短火灾烟气在隧道中的行程。然而如何以相对较低的能耗提供必要的新鲜空气，是特长隧道安全经济运行的关键问题，而通风方式的选择与防灾系统的设计也是极为关键的技术问题，诸如此类问题一直是各国隧道专业人员十分关注的研究课题，它不仅直接影响隧道的建设投资，而且在很大程度上影响着隧道内的环境与运营安全。
3.对于双线隧道的传统通风方式有以下两点劣势：(1)由于风机的运行费用较高，一般情况下，风机的正常运作功率都只满足隧道内基本的环境安全条件；(2)在某些情况下两条隧道的环境条件不一样，需要相应的送排风功率，但由于双线隧道之间送排风相对独立的关系和送排风量比例固定的劣势，风机无法进行相互补偿送排风，在上、下行某条隧道发生灾情或者其他特殊情况时，无法有效利用另一条隧道的风机进行送排风以增加隧道通风的安全与稳定。因此，如果能够采用双线隧道共用送风风道，向上下行隧道可调节送风比例的方式进行通风，采用双线隧道共用排风兼排烟道，向上下行隧道可调节排风比例的方式进行排风，在双线隧道的某条隧道内发生灾情时，通过智能化调节送排风量的方式，增加双线隧道通风的安全与稳定，并且利用此种可调节送风的方式对紧急避险空间进行通风，也有利于保障隧道内受灾人员的生命财产安全。
4.并且对于双线隧道的传统通风方式，要实现对双线隧道同时送排风，均设置了两处斜井或竖井，工程投资浪费巨大，例如陕西省18.2km长的秦岭终南山隧道设置3处地下风机房和通风竖井，甘肃省12.3km长的大坪里隧道下行设置了2处通风竖井、上行设置了3处竖井。因此，国内外一些相关专家为节省斜井工程造价，双线隧道的排风系统共用一处风道，送风系统利用两条风道进行送风，节省了很大工程量，然而有关双线隧道送风风道和排风风道上的设置仍然还有极大的提升空间，比如本发明双线隧道的送排风风道尽量多地全程利用一处通风斜井，可节省很大的工程费用，将具有很高的工程经济价值。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足，提供了一种可以通过调节送排风挡板来监测送排风量的共用通风斜井的双线隧道，充分利用风能，实现双线隧道的智能调风与高效利用风能，且在相同的风机功率下，有效促进双线隧道内部通风系统的安全与稳定，同时能够降低通风系统土建结构的工程量及造价，并以所述通风方式为基础提出了一
种为紧急避险空间供给强力风的通风方式。
6.本发明的技术方案如下：一种用于双线隧道的可调节智能化送排式通风系统，应用于双线隧道即下行隧道(1)和上行隧道(2)中，所述通风系统包括上下行隧道共用送风孔(9)、上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)、上下行隧道共用送风风道(5)、上下行隧道共用排风兼排烟道(4)、送风调节挡板(11)及排风调节挡板(12)；
7.所述上下行隧道共用排风兼排烟道(4)向上跨越下行隧道(1)后，一端通过上行排风兼排烟口(17)与上行隧道(2)连通，另一端与上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)连通，上下行隧道共用排风兼排烟道(4)的中部通过下行排风短巷(25)连接至下行排风兼排烟口(13)；上行隧道(2)内的烟气与乏风则依次通过上行排风兼排烟口(17)、上下行隧道共用排风兼排烟道(4)、上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)排到外界环境中；下行隧道(1)内的烟气与乏风则依次通过下行排风兼排烟口(13)、下行排风短巷(25)、上下行隧道共用排风兼排烟道(4)、上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)排到外界环境中；通过安装于上下行隧道共用排风兼排烟道(4)和下行排风短巷(25)内壁的风量检测仪(28)对上下行排风风量进行监测，对排风调节挡板(12)进行智能化联动调节，风流动力由位于风机房(29)与上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)连接的上下行隧道共用排风兼排烟机(6)提供；所述排风调节挡板(12)安设于下行排风短巷(25)与上下行隧道共用排风兼排烟道(4)的连接之处；
8.所述上下行隧道共用送风风道(5)向上跨越下行隧道(1)后，一端通过上行隧道送风洞(18)与上行送风连接管道(19)连接至上行隧道出风口(20)，另一端与上下行隧道共用送风孔(9)连通，上下行隧道共用送风风道(5)的中部位置通过下行送风短巷(26)与下行送风连接管道(15)连接至下行隧道出风口(16)；送至上行隧道(2)的新鲜风流依次经过上下行隧道共用送风孔(9)、上下行隧道共用送风风道(5)、上行隧道送风洞(18)、上行送风连接管道(19)、上行隧道出风口(20)；送至下行隧道(1)的新鲜风流依次经过上下行隧道共用送风孔(9)、上下行隧道共用送风风道(5)、下行送风短巷(26)、下行隧道送风洞(14)、下行送风连接管道(15)、下行隧道出风口(16)；通过安装于上下行隧道共用送风风道(5)和下行送风短巷(26)内壁的风量检测仪(28)对上下行送风风量进行监测，对送风调节挡板(11)进行智能化联动调节，风流动力由位于风机房(29)与上下行隧道共用送风孔(9)连接的上下行隧道共用送风风机(7)提供；所述送风调节挡板(11)安设于下行送风短巷(26)与上下行隧道共用送风风道(5)的连接之处；
9.所述上下行隧道共用送风风道(5)与上下行隧道共用排风兼排烟道(4)构成通风斜井(3)，上下行隧道共用送风风道(5)与上下行隧道共用排风兼排烟道(4)之间用金属风道隔板(10)分隔开来，两者在送排风过程中全程利用一个通风斜井(3)，节省了大量工程成本，通风斜井(3)采用矩形结构，边角利用圆弧结构。
10.所述风量检测仪(28)对上下行隧道的送排风量进行实时监测，送风调节挡板(11)与排风调节挡板(12)通过绕固定旋转轴(31)转动，改变其转角，调节上下行隧道送排风有效横断面面积之比，从而调节上下行隧道共用送风风机(7)对上行隧道和下行隧道输入风量的比例以及上下行隧道共用排风兼排烟机(6)对上行隧道和下行隧道排出风量的比例，从而在发生火灾等特殊情况时，有效地充分利用风能，实现智能调风与高效利用风能的技术，且在相同的风机功率下，使用此可调节智能化送排式通风系统，有效促进隧道内部通风系统的安全与稳定，所述送风调节挡板(11)与排风调节挡板(12)是绕由远程网络控制的固
定旋转轴(31)转动，且二者均一面采用光弧圆弧曲面(32)设计，以求最大限度地减少风流的局部损失，提高风机利用效率。
11.所述上行排风兼排烟口(17)开设于上行隧道(2)的顶部，所述下行排风兼排烟口(13)开设于下行隧道(1)的顶部，在发生紧急情况时，有利于烟气通过顶部排烟口的排放，保持隧道内良好的救援逃生空气条件。
12.所述下行隧道送风洞(14)和上行隧道送风洞(18)分别开设于下行隧道(1)和上行隧道(2)的顶部，二者分别通过下行送风连接管道(15)与上行送风连接管道(19)连接至下行隧道出风口(16)与上行隧道出风口(20)，此种连接方式的送风与隧道内的射流风机(21)产生的风向一致，损失风量小，形成风速快，有助于隧道内形成风流的稳定性。
13.所述上下行隧道共用送风孔(9)与上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)上设有风机房(29)，所述上下行隧道共用送风孔(9)内设有上下行隧道共用送风风机(7)，所述上下行隧道共用排风兼排烟孔(8)内设有上下行隧道共用排风兼排烟机(6)，所述风机房(29)设置在地面或地下。
14.所述下行隧道(1)及上行隧道(2)的顶部均设有射流风机(21)，有利于隧道内的空气流通和烟气排放。
15.所述上行送风连接管道(19)一端连接上行隧道送风洞(18)经固定支架(30)绕至隧道侧壁通往上行隧道出风口(20)，此种安设方式有助于不阻碍上行隧道(2)内烟气与乏风通过上行排风兼排烟口(17)的排出，在上行送风连接管道(19)绕制隧道侧壁之处设置一条紧急送风道(23)通往紧急避险空间(24)内，当上行隧道(2)内发生紧急情况时，通过打开位于紧急送风道(23)上的紧急送风阀门(22)，关闭位于上行送风连接管道(19)的上行出风口送风阀门(27)，调节送风调节挡板(11)，扩大送风有效断面积，通过紧急送风道(23)增加送入紧急避险空间(24)的风量，在紧急避险空间(24)内形成风流对流，比起以往的隧道避难空间供给风流具有更稳定安全、自我操作性强的优势，更有利于保障被困人员的生命安全。
16.本发明与现有技术相比的有益效果在于：
17.(1)在某些情况下两条隧道内的环境条件不同，需要相应的送排风功率，但由于风机的运行费用较高，且双线隧道之间送排风相对独立的关系和送排风量比例固定的劣势，风机无法进行相互补偿送排风，采用用于双线隧道的可调节智能化送排式通风系统，有助于充分利用风能，实现双线隧道的智能调风与高效利用风能，且在相同的风机功率下，有效促进双线隧道内部通风系统的安全与稳定，通过风量检测仪的监测监控，调控送风调节挡板和排风调节挡板，改变上下行隧道内送排风风量，根据双线隧道内所需环境空气质量，更智能地对隧道内的送排风量进行调节，更高效地利用风机所产生的风能，从而节约大量的电能，符合国家的节能减排战略，例如当上行隧道发生火灾时，通过调节送风调节挡板，增加上下行隧道共用送风风机对上行隧道的供风，通过调节排风调节挡板，增加上下行隧道共用排风兼排烟机对上行隧道的排烟，可极大地改善上行隧道内的空气质量，有利于被困人员的逃生和消防人员开展救援工作。
18.(2)对于双线隧道的传统通风方式，若想实现对双线隧道同时送排风，需设置两处斜井或竖井，一些相关专家为节省斜井工程造价，对于双线隧道的排风系统可共用一处风道排风，送风系统利用两条风道送风，而采用双线隧道的可调节智能化送排式通风系统，上
行隧道与下行隧道全程利用共用送风风道与共用排风兼排烟道供排风，且两个风道全程共用一处通风斜井，能够节省一处甚至多处斜井或竖井的设置，极大地降低通风系统土建结构的工程量及造价。且通风斜井采用矩形结构，边角利用圆弧结构，从而减少风能损失，可根据双线隧道的送排风量大小，按比例将斜井的断面积分隔成两孔，能够用于隧道内的智能化送风与排烟，提高隧道的通风效果。
19.(3)本发明仅需安装两个风机便可实现双线隧道的送排式通风系统，通过风量调节挡板相互补偿风机产生的送排风风量，风机利用率高，且两个风机处于同一个风机室，具有管理方便和工程造价低廉的优点。
20.(4)本发明是一种用于双线隧道的可调节智能化送排式通风系统，以所述通风方式为基础，还提出了一种为紧急避险空间供给强力风的通风方式。所述上行送风连接管道一端通向靠近上行隧道的紧急避险空间，当上行隧道内发生紧急情况时，通过关闭上行出风口送风阀门，打开紧急送风阀门，调节送风挡板，扩大送风有效断面积，增加送入上行隧道内的风量，形成一个独立供风的紧急避险空间，保障被困人员的生命安全。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图；
22.图2为本发明的沿aa’方向的断面图；
23.图3为本发明的沿bb’方向的断面图；
24.图4为本发明的沿cc’方向的断面图；
25.图5为本发明的送风调节挡板图；
26.图6为本发明的排风调节挡板图。
27.图中：1
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下行隧道，2
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上行隧道，3
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通风斜井，4
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上下行隧道共用排风兼排烟道，5
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上下行隧道共用送风风道，6
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上下行隧道共用排风兼排烟机，7
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上下行隧道共用送风风机，8
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上下行隧道共用排风兼排烟孔，9
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上下行隧道共用送风孔，10
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金属风道隔板，11
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送风调节挡板，12
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排风调节挡板，13
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下行排风兼排烟口，14
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下行隧道送风洞，15
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下行送风连接管道，16
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下行隧道出风口，17
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上行排风兼排烟口，18
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上行隧道送风洞，19
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上行送风连接管道，20
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上行隧道出风口，21
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射流风机，22
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紧急送风阀门，23
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紧急送风道，24
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紧急避险空间，25
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下行排风短巷，26
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下行送风短巷，27
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上行出风口送风阀门，28
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风量检测仪，29
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风机房，30
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固定支架，31
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固定旋转轴，32
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光滑圆弧曲面。
具体实施方式
28.以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
29.如图1
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6所示，本发明一种用于双线隧道的可调节智能化送排式通风系统，包括下行隧道1，上行隧道2，通风斜井3，上下行隧道共用排风兼排烟道4，上下行隧道共用送风风道5，上下行隧道共用排风兼排烟机6，上下行隧道共用送风风机7，上下行隧道共用排风兼排烟孔8，上下行隧道共用送风孔9，金属风道隔板10，送风调节挡板11，排风调节挡板12，下行排风兼排烟口13，下行隧道送风洞14，下行送风连接管道15，下行隧道出风口16，上行排风兼排烟口17，上行隧道送风洞18，上行送风连接管道19，上行隧道出风口20，射流风机21，紧急送风阀门22，紧急送风道23，紧急避险空间24，下行排风短巷25，下行送风短巷26，上行
出风口送风阀门27，风量检测仪28，风机房29，固定支架30，固定旋转轴31，光滑圆弧曲面32。
30.通风斜井3由上下行隧道共用送风风道5与上下行隧道共用排风兼排烟道4组成，其向上跨越下行隧道1后，一端与风机房连通，一端与上行隧道送风洞、上行隧道排风兼排烟口相连通。其在纵向方向上主要分两段，第一段是从通风斜井开口处到下行隧道正上方1米左右处，呈水平布置状态，此布置方式有利于调风挡板对送排风有效横截面的智能化调控，以达到双线隧道内送排风风量的精准调控，第二段即通风斜井与下行送排风短巷连接端到上行隧道顶部，呈倾斜布置方式，倾斜角度保持范围为7％
‑
10％，当上行隧道发生火灾时通风斜井内可以产生一定的烟筒效应，有利于烟气的排放，且此倾斜角度所引起的局部损失即损失的风量较小，此布置方式还有利于节省工程造价；根据上下行隧道的送排风量大小，将通风斜井3的开口端按比例分隔成两孔，即上下行隧道共用送风孔9和上下行隧道共用排风兼排烟孔8，中间用金属风道隔板10分隔开来，金属风道隔板10采用空心金属结构，厚度5cm左右，可以增大通风斜井的有效断面面积，设计时应考虑送风风道和排风风道的正负压差；为减少通风斜井的沿程摩擦阻力损失，将通风斜井内各交角圆弧化处理。因此，通风斜井的断面积为上述三者的面积之和，两孔的横截面积根据送排风的风量按比例进行划分。
31.为了减少通风斜井3施工对下行隧道1的影响，两者的净距宜不小于1m；在施工顺序上，宜先施工下行隧道1，然后再施工通风斜井3，下行隧道送风洞14、上行隧道送风洞18、上行隧道排风兼排烟口17以及下行隧道排风兼排烟口13均应设置于隧道拱顶以避免影响行车安全，其大小由设计送排风量及设计风速决定，设计风速宜取25m/s左右。上行隧道出风口20与上行隧道排风兼排烟口17之间的距离不应小于65m，下行隧道出风口16与下行隧道排风兼排烟口13之间的距离也不应小于65m，以防止气流短路。
32.通风斜井3在位于上下行隧道共用送风孔9和上下行隧道共用排风兼排烟孔8的位置处设置有风机房29，安装有上下行隧道共用送风风机7和上下行隧道共用排风兼排烟机6，两个风机的功率可以通过风量调节挡板相互补偿送排风风量，风机利用率高，且两个风机处于同一个风机室，具有管理方便和工程造价低廉的优点，风机房29可以设置于地面，也可以设置于地下。
33.上下行隧道共用排风兼排烟道4向上跨越下行隧道1后，一端通过上行排风兼排烟口17与上行隧道2连通，另一端与上下行隧道共用排风兼排烟孔8连通，中部与下行排风短巷25连接至下行排风兼排烟口13。上行隧道2内的烟气与乏风依次通过上行排风兼排烟口17、上下行隧道共用排风兼排烟道4、上下行隧道共用排风兼排烟孔8排到室外环境中；下行隧道1内的烟气与乏风会依次通过下行排风兼排烟口13、下行排风短巷25、上下行隧道共用排风兼排烟道4、上下行隧道共用排风兼排烟孔8排到室外环境中。上下行排风风量通过排风调节挡板12进行联动调节，风流动力由上下行隧道共用排风兼排烟机6提供，如图3、图6所示。
34.下行隧道共用送风风道5向上跨越下行隧道1后，一端通过上行隧道送风洞18与上行送风连接管道19连接到上行隧道出风口20，另一端与上下行隧道共用送风孔9连通，中部位置与下行送风短巷26通过下行送风连接管道15连接到下行隧道出风口16。送至上行隧道2的新鲜风流依次经过上下行隧道共用送风孔9、上下行隧道共用送风风道5、上行隧道送风
洞18、上行送风连接管道19、上行隧道出风口20；送至下行隧道1的新鲜风流依次经过上下行隧道共用送风孔9、上下行隧道共用送风风道5、下行送风短巷26、下行送风连接管道15、下行隧道出风口16。上下行送风风量通过送风调节挡板11进行联动调节，风流动力由上下行隧道共用送风风机7提供，如图2和图5所示。
35.送风调节挡板11安设于下行送风短巷26与上下行隧道共用送风风道5的连接之处，两个风量检测仪28分别安装于上述连接之处的下行送风短巷26与上下行隧道共用送风风道5的内壁上，对上下行隧道的送风风量进行实时监测，通过对送风调节挡板11进行联动控制，以调节对上下行隧道输入风量的比例，从而更高效地利用风能。
36.排风调节挡板12安设于下行排风短巷25与上下行隧道共用排风兼排烟道4的连接之处，两个风量检测仪28分别安装于上述连接之处的下行排风短巷25与上下行隧道共用排风兼排烟道4的内壁上，对上下行隧道的排风风量进行实时监测，通过对排风调节挡板12进行联动控制，以调节对上下行隧道排出风量的比例，从而更高效地利用风能。
37.固定旋转轴31是送风调节挡板11与排风调节挡板12的主要部件之一，主要功能是通过远程网络控制，以便送风调节挡板11和排风调节挡板12绕其进行转动，调节两者与水平面的夹角，达到上下行隧道双向调控送排风风量的目的。
38.当由于特殊天气影响或者某些突发情况发生导致上行隧道内有毒有害气体含量升高，为了防止上行隧道2内有毒有害气体含量继续升高造成巨大危害，通过风量检测仪28的智能监测，确定上行隧道内需增加的送排风量，在保障下行隧道内最基本的环境安全的基础上，通过改变送风调节挡板11的角度，扩大上行隧道送风的有效横断面，增加上行隧道送风，通过改变排风调节挡板12的角度，扩大上行隧道排风的有效横断面，增加上行隧道排风，从而加快上行隧道内的空气与外界环境空气的对流，稀释有毒有害气体，从而保障上行隧道内环境的安全与稳定。
39.当由于特殊天气影响或者某些突发情况发生导致下行隧道2内有毒有害气体含量升高，为了防止下行隧道2内有毒有害气体含量继续升高造成巨大危害，通过风量检测仪28的智能监测，确定下行隧道内需增加的送排风量，在保障上行隧道内最基本的安全运行的基础上，通过改变送风调节挡板11的角度，扩大下行隧道送风的有效横断面，增加下行隧道送风，通过改变排风调节挡板12的角度，扩大下行隧道排风的有效横断面，增加下行隧道排风，从而加快下行隧道内的空气与外界环境空气的对流，稀释有毒有害气体，从而保障下行隧道内环境的安全与稳定。
40.为减少气流的局部损失，通风斜井3与下行隧道1和上行隧道2的连接处拐角要尽量平滑，其在平面的转弯半径应不小于8m，并尽量减少风道的纵向转角数量，尽量避免大于25度的折曲。但是由于上下行隧道共用送风风道5与下行送风短巷26的连接处和上下行隧道共用排风兼排烟道4与下行排风短巷25的连接处拐角过大，因此排风调节挡板12和送风调节挡板11的挡风板面设置成一种光滑圆弧曲面32，以减少风流能量损失，如图5和图6所示。
41.上行送风连接管道19一端连接上行隧道送风洞18，经位于隧道顶部与侧壁的固定支架30绕至隧道侧壁，另一端沿隧道纵向方向通往上行隧道出风口20，上行送风连接管道19沿隧道纵向方向的某位置可设置一条紧急送风道23通往紧急避险空间24，当上行隧道2内发生紧急情况时，通过打开紧急送风阀门22，关闭上行出风口送风阀门27，调节送风调节
挡板11，扩大送风有效断面积，增加送入上行隧道内紧急避险空间的风量，以便在紧急避险空间内形成风流对流，从而保障被困人员的生命安全。
42.上行隧道2和下行隧道1的顶部均并行设有若干射流风机21，如图1所示，射流风机21可正、反转，其作用主要是提供隧道通风所需升压力，并在火灾时控制烟气流向，射流风机21的数量由本区段的空气压力平衡要求确定。
43.本发明克服了传统的一处斜井只能提供一送一排功能的局限性，通过共用一处通风斜井并利用调风挡板实现对上下行隧道进行智能化送排风，能够降低通风系统土建结构的工程量，并高效利用风机风能，通过改变送风调节挡板和排风调节挡板的角度，对双线隧道内的送排风量进行双向调控，增加目标隧道的送排风量，实现双线隧道的新鲜风流哪需送哪，乏风烟气哪多排哪的智能化通风模式，并建立了独立的紧急避险空间为受灾人员逃生提供了更稳定安全的一种方式，对提高隧道环境的安全与稳定和保障受灾人员的生命安全有重要意义。
44.以上虽然描述了本发明的具体实施方法，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。