一种隧道网络通风系统及其设计方法与流程

1.本发明涉及隧道通风技术领域，具体涉及一种隧道网络通风系统及其设计方法。


背景技术：

2.对于机动车隧道、地铁隧道和铁路隧道，为满足正常运营时区间隧道内通风换气、人员舒适性和温湿度的要求，以及火灾工况下控制烟气蔓延、提供人员安全疏散的环境的需求，上述隧道内均需设置通风系统。隧道所需通风量通常与隧道长度成正比关系，隧道越长，所需的通风量越大、通风时间越长，对灾害工况下的排烟要求也越高。对于长度超过3km的城市道路隧道或长度超过5km的公路隧道，以及区间长度超过1.8km的地铁隧道和铁路隧道的救援站，需设置中间风井或通风道的方式解决此类长大隧道通风排烟问题。
3.由于设置通风道的方式工程造价低、施工风险小，因此通常优先采用在隧道内增设通风道的方式。对于长度超过8km的城市道路隧道以及区间长度超过5km的地铁隧道，所需通风量大幅增加，导致区间通风道面积相应增加，受隧道结构形式、所处位置、施工风险等制约，通常需采用加大风道面积+设置中间风井的联合措施来解决此类超长隧道通风难题。而对于穿越水域的隧道而言，通常受通航限制无法设置中间风井，只能靠增加风道面积(扩大断面)来解决。
4.增加风道面积和中间风井均会增加工程投资、施工风险和后期运行费用，导致工程的可实施性差。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种隧道网络通风系统及其设计方法，能够在确保通风系统安全性和可靠性的前提下，减少风道面积，取消中间风井，提高工程的经济性和可实施性。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为一种隧道网络通风系统，所述网络通风系统用于送风、排风或排烟；所述网络通风系统包括分别设置于多管隧道的区间隧道内的多条主通风道，所述主通风道上设置有通风口，所述主通风道的两端均设置有通风机房和通风井，所述主通风道的两端分别与两端的所述通风机房连通，所述通风机房与所述通风井连通；相邻的两管隧道内的所述主通风道通过间隔设置的并联风道连通。
7.进一步地，对于地铁隧道，所述并联风道的间隔不大于1800m；对于城市道路隧道，所述并联风道的间隔不大于3000m；对于公路隧道，所述并联风道的间隔不大于5000m。
8.进一步地，所述并联风道与所述主通风道上设置所述通风口的位置连通。
9.进一步地，所述主通风道的净面积与所述并联风道的净面积相同。
10.进一步地，相邻的两管隧道通过横通道连通，所述横通道内通过烟道板分隔形成上部空间和下部空间，上部空间为所述并联风道，下部空间为行车通道。
11.进一步地，所述通风机房内的风机为可逆转风机。
12.本发明还提供一种上述隧道网络通风系统的设计方法，所述网络通风系统用于排
烟，所述通风口设置有排烟阀，该方法包括如下步骤：
13.s1、确定并联风道数量、排烟阀的间距和规格；
14.s2、根据主通风道的漏风量等级、排烟阀的结构形式及排烟阀与土建基础连接的密封性要求，构建通风网络模型；
15.s3、选取相邻的两组关闭状态下的排烟阀及其之间的主通风道为标准区段，计算通风网络模型下不同主通风道压力对应的当量阻力系数；
16.s4、根据火灾规模和排烟方案，确定打开的排烟阀处排烟量；
17.s5、拟定风道净面积；
18.s6、对多条排烟路径，分别以开启的排烟阀为起点，自该排烟阀至排烟风机，划分为若干个标准区段，根据通风网络阻力特性，计算确定通风网络终点标准区段的风量和风压；
19.s7、根据步骤s6的计算结果对排烟风机设计选型，当排烟风机选型满足要求时，拟定的风道净面积即为主通风道和并联风道的净面积，当排烟风机选型不满足要求时，返回步骤s5重新计算。
20.进一步地，步骤s3中标准区段的当量阻力系数的计算公式如下：
[0021][0022]
式中：k0——标准区段的当量阻力系数；
[0023]
ρ——烟气的密度，kg/m3；
[0024]
a0——排烟阀关闭状态下的漏风面积，m2；
[0025]qn漏
——标准区段的总漏风量，m3/s；
[0026]
p——标准区段的主通风道压力，pa。
[0027]
进一步地，步骤s6中通风网络终点的风量和风压的计算公式如下：
[0028][0029][0030]
式中：n——标准区段编号，n＝1，2，3
……
；
[0031]
pn——终点标准区段的风压，pa；
[0032]
p0——通风口处风压，pa；
[0033]
p
n1
——标准区段的沿程阻力，pa；
[0034]
p
n2
——标准区段的沿程阻力，pa；
[0035]qn
——终点标准区段的风量，m3/s；
[0036]
q0——分配至计算排烟路径的风量，m3/s；
[0037]qn1
——标准区段的排烟阀在关闭状态下的漏风量，m3/s；
[0038]qn2
——标准区段的主通风道漏风量，m3/s。
[0039]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0040]
本发明通过多条并联风道将多条主通风道连通形成通风网络，能够大大增加通风路径数量，有效减小主通风道面积，可以在取消中间风井的情况下显著提高通风区段适用长度，提高通风系统可靠性和安全性，降低隧道工程造价，减少工程实施难度。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
[0042]
图1为本发明实施例提供的一种隧道网络通风系统的平面原理图；
[0043]
图2为本发明实施例提供的一种隧道网络通风系统的横断面图；
[0044]
图中：1-通风起点；2-通风终点；3-通风机房；4-主通风道；5-并联风道；6-横通道；7-隧道。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0047]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0048]
实施例一
[0049]
本实施例提供一种隧道网络通风系统，该网络通风系统用于送风、排风或排烟；该网络通风系统包括分别设置于多管隧道7的区间隧道内的多条主通风道4，主通风道4上设置有通风口，主通风道4的两端均设置有通风机房3和通风井，主通风道4的两端分别与两端的通风机房3连通，通风机房3与通风井连通；相邻的两管隧道7内的主通风道4通过间隔设置的并联风道5连通。
[0050]
如图1所示，每管隧道7的区间隧道具有通风起点1和通风终点2，通风起点1和通风终点2都设置有通风机房3和通风井，区间隧道内主通风道4的两端均与通风机房3和通风井连通，通过在相邻的两管隧道7之间间隔一定距离设置多个并联风道5，将多管隧道7的主通风道4连通，形成通风网络，大大增加通风路径，充分利用了多管隧道的主通风道4面积，可有效减小每管隧道主通风道4面积，在不设置中间风井的前提下可显著提高通风区段长度，同时通风路径的数量成倍增加，也可提高通风系统的安全性和可靠性，可以在道路隧道、地
铁隧道和铁路隧道设计中进行推广、借鉴和应用。
[0051]
本实施例通过主通风道4两端的通风机房3可以实现对某一管隧道的送风、排风或排烟，通风机房3内的风机与系统的用途相对应。以两管隧道为例，两个主通风道两端共设置4处通风机房，当某管隧道火灾时，开启火灾隧道主通风道内通风口，开启4处通风机房内的风机，将火灾烟气由火灾隧道主通风道通风口、并联风道、火灾隧道主通风道和非火灾隧道主通风道排至4处通风机房，再由通风井排出。当需要送风或排风时，仅风机开启方向不同，其余动作方式相同。
[0052]
其中，并联风道5内无通风机和排烟阀等通风设施，当需要通风时，仅需开启主通风道4两端通风机房3内的风机，依靠通风网络的风流自动分配即可实现由多条主通风道4同时供应某区段的通风需求，不会增加控制系统的难度和复杂性，且控制调节简单、可靠性高。
[0053]
进一步地，对于地铁隧道，并联风道5的间隔不大于1800m，具体的，间距应结合地铁列车追踪间隔、区间通风要求确定；对于城市道路隧道，并联风道5的间隔不大于3000m；对于公路隧道，并联风道5的间隔不大于5000m。
[0054]
优化地，并联风道5与主通风道4上设置通风口的位置连通，可以提高送风、排风或排烟的效率。
[0055]
优化地，主通风道4的净面积与并联风道5的净面积相同。
[0056]
本实施例中并联风道5可以与隧道横通道6等辅助通道结合设置。相邻的两管隧道7通过横通道6连通，采用扩大横通道断面，横通道6内通过烟道板分隔形成上部空间和下部空间，上部空间为并联风道5，下部空间为行车通道。并联风道烟道板结构接缝以及预制件和牛腿之间采取自密实混凝土封堵并涂刷密封胶等措施确保密封性。
[0057]
进一步地，通风机房3内的风机为可逆转风机。
[0058]
对于两管隧道，采用本实施例的网络通风系统可将通风路径数量由常规的2条提高至4条，主通风道4的净面积可减少近1/2；对于三管隧道，采用本实施例的网络通风系统可将通风路径数量由常规的2条提高至6条，主通风道4的净面积可减少近2/3。
[0059]
实施例二
[0060]
本实施例提供实施例一种隧道网络通风系统的设计方法，该网络通风系统用于排烟，其结构如图1所示，其中通风口设置有排烟阀，通风机房内设置有排烟风机，该方法包括如下步骤：
[0061]
s1、确定并联风道数量、排烟阀的间距和规格；
[0062]
s2、根据主通风道的漏风量等级、排烟阀的结构形式及排烟阀与土建基础连接的密封性要求，构建通风网络模型；
[0063]
s3、选取相邻的两组关闭状态下的排烟阀及其之间的主通风道为标准区段，该标准区段的总漏风量q
n漏
包含排烟阀漏风量q
n1
和主通风道漏风量q
n2
，计算公式如下：
[0064]qn1
＝2
·
f1(p)
·
a1[0065]qn2
＝f2(p)
·
a2[0066]qn漏
＝q
n1
+q
n2
[0067]
式中：
[0068]
f1(p)——排烟阀在关闭状态下单位面积的漏风量计算公式，主通风道压力p为该
公式的因变量，可根据规范或排烟阀参数计算确定；
[0069]
a1——单个排烟阀面积，m2；
[0070]
f2(p)——主通风道的漏风量计算公式，主通风道压力p为该公式的因变量，可根据规范或施工情况计算确定；
[0071]
a2——标准区段的主通风道板面积，m2。
[0072]
从以上公式可以看出，只要确定了标准区段的主通风道压力p，就可以计算出该标准区段的总漏风量q
n漏
；
[0073]
假设排烟阀关闭状态下的漏风面积为a0，则该标准区段在主通风道压力p的作用下，通过a0漏入主通风道的总漏风量q
n漏
关系如下所示：
[0074][0075]
式中：
[0076]
k0——标准区段的当量阻力系数；
[0077]
ρ——烟气的密度，kg/m3；
[0078]
a0—
→
排烟阀关闭状态下的漏风面积，m2；
[0079]
上式可以转化为：
[0080][0081]
由于q
n漏
＝f(p)，因此对于特定漏风面积a0，可以计算出标准区段在不同主通风道压力p下对应的当量阻力系数k0，k0即可表征本通风网络模型的主通风道压力p与总漏风量q
n漏
的关系；
[0082]
s4、根据火灾规模和排烟方案，确定打开的排烟阀处排烟量；
[0083]
s5、拟定风道净面积；
[0084]
s6、对多条排烟路径，分别以开启的排烟阀为起点，自该排烟阀至排烟风机，划分为若干个标准区段，根据通风网络阻力特性，依次计算确定通风网络系统内各标准区段的风量和风压，终点标准区段的风压和风量即为排烟风机的选型参数，计算公式如下：
[0085][0086][0087]
式中：n——标准区段编号，n＝1，2，3
……
；
[0088]
pn——终点标准区段的风压，pa；
[0089]
p0——通风口处风压，pa；
[0090]
p
n1
——计算标准区段的沿程阻力，pa；
[0091]
p
n2
——计算标准区段的沿程阻力，pa；
[0092]qn
——终点标准区段的风量，m3/s；
[0093]
q0——分配至计算排烟路径的风量，m3/s；
[0094]qn1
——计算标准区段的排烟阀在关闭状态下的漏风量，m3/s；
[0095]qn2
——计算标准区段的主通风道漏风量，m3/s；
[0096]
标准区段内的总漏风量q
n漏
的计算公式可转化如下：
[0097][0098]
可以看出，对标准区段的总漏风量q
n漏
进行计算时，不需要单独计算主通风道和排烟阀的漏风量，只要得到标准区段的主通风道压力p，结合该压力p对应的k0，即可得到标准区段的总漏风量q
n漏
；
[0099]
s7、根据步骤s6的计算结果对排烟风机设计选型，当排烟风机选型满足要求时，拟定的风道净面积即为主通风道和并联风道的净面积，当排烟风机选型不满足要求时，返回步骤s5重新计算。
[0100]
通过本实施例的设计方法可以确定主通风道和并联风道的净面积以及排烟风机选型，从而得到本实施例的网络通风系统的关键参数。
[0101]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。