一種高速公路隧道雙洞互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速公路隧道雙洞互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，包括隧道雙洞的上行線和下行線，在位于下行線之間設(shè)有第二豎井和第二斜井，在位于上行線有第一斜井和第一豎井；在上行線和下行線內(nèi)，每隔一定距離設(shè)置傾斜的通風(fēng)橫通道，每個(gè)通風(fēng)橫通道內(nèi)設(shè)有可逆的軸流風(fēng)機(jī)，各隧道在鄰近通風(fēng)橫通道處均設(shè)有延伸至上行線和下行線的行車建筑限界之外的斷面擴(kuò)展區(qū)，通風(fēng)橫通道的開口處在該斷面擴(kuò)展區(qū)；且每個(gè)斷面處都設(shè)有一個(gè)風(fēng)流量傳感器，風(fēng)流量傳感器和可逆的軸流風(fēng)機(jī)之間連接有控制器。具有充分利用自然風(fēng)和活塞風(fēng)，能耗低，經(jīng)濟(jì)適用的特點(diǎn)。
【專利說明】
-種高速公路隧道雙洞互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于隧道通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，設(shè)及隧道通風(fēng)系統(tǒng)，特別設(shè)及一種高速公 路隧道雙桐互補(bǔ)式豎(斜)井通風(fēng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通風(fēng)設(shè)計(jì)是隧道設(shè)計(jì)的重要組成部分，一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案直接關(guān)系到隧道后期的 運(yùn)營通風(fēng)W及隧道功能效益的發(fā)揮。目前國內(nèi)外長大公路隧道通風(fēng)方案有縱向通風(fēng)、分段 縱向通風(fēng)、橫向及半橫向通風(fēng)W及網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)等。其中，縱向通風(fēng)、分段縱向通風(fēng)、橫向及半橫 向通風(fēng)的設(shè)計(jì)及研究目前技術(shù)已趨于成熟，通風(fēng)理論已較完善。
[0003] 各種通風(fēng)方式有利有弊。半橫向式和全橫向式具有桐內(nèi)風(fēng)速小、通風(fēng)噪聲小、行車 環(huán)境舒適、火災(zāi)排煙方便靈活、有利桐口環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但是運(yùn)兩種通風(fēng)方式都存在不能充分 利用汽車強(qiáng)大的活塞風(fēng)、通風(fēng)±建造價(jià)昂貴、不易分期實(shí)施、運(yùn)營費(fèi)用高、管理與維護(hù)技術(shù) 難度大等明顯缺點(diǎn)。對(duì)于縱向式通風(fēng)，半橫向式和全橫向式的缺點(diǎn)恰好就是其優(yōu)點(diǎn)。而桐內(nèi) 風(fēng)速、通風(fēng)噪聲等影響行車環(huán)境的指標(biāo)，只要具體方案選擇正確，也能做到低風(fēng)速、低噪音， 其明顯缺點(diǎn)是火災(zāi)排煙不便。
[0004] 一直W來，世界各國隧道工作技術(shù)人員一直致力于隧道通風(fēng)的程序化研究，其中 具有代表性的有:瑞典Axel Bring等在IDA(輸入數(shù)據(jù)匯編程序)環(huán)境下編制的模塊化模擬 程序;英國AlanVardy編制的可對(duì)縱向通風(fēng)方式和半橫向通風(fēng)方式進(jìn)行模擬計(jì)算的程序，該 程序可W模擬穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)氣流狀況。隧道通風(fēng)動(dòng)態(tài)模擬和局部模擬，由于計(jì)算復(fù)雜，多運(yùn) 用C抑進(jìn)行仿真模擬，其中常用模擬軟件有FL肥NT，P冊(cè)ENICS，CFX，C抑es ign等。
[0005] 隧道通風(fēng)研究方法主要是通過理論計(jì)算、模型試驗(yàn)、實(shí)地測量、數(shù)值模擬等方法獲 得隧道內(nèi)速度場、壓力場、溫度場的分布，W及隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的緊急通風(fēng)狀態(tài)，制定出 隧道通風(fēng)最佳方式和控制系統(tǒng)。
[0006] 1991年，瑞±學(xué)者首次提出了一種新型的縱向通風(fēng)方式一一雙向換氣，其基本思 路是在保證兩條隧道內(nèi)需風(fēng)量都不大于其最大允許需風(fēng)量的前提下，W縱向通風(fēng)的方式輔 W-個(gè)雙向換氣系統(tǒng)將兩條隧道聯(lián)系起來，構(gòu)成一個(gè)整體進(jìn)行內(nèi)部相互通風(fēng)換氣，用右線 隧道內(nèi)富裕新風(fēng)量去彌補(bǔ)左線隧道內(nèi)新風(fēng)量不足，使得兩條隧道內(nèi)空氣質(zhì)量均能夠滿足通 風(fēng)要求。此通風(fēng)方式無需設(shè)置?？诘耐L(fēng)豎井，原則上僅利用軸流風(fēng)機(jī)就可W滿足通風(fēng)要 求，降低了通風(fēng)設(shè)備的初投資和運(yùn)營費(fèi)用，但該文獻(xiàn)并沒有給出此種通風(fēng)方式的具體設(shè)計(jì) 過程及計(jì)算方法。
[0007] 公路隧道堪稱公路網(wǎng)的"咽喉"，投資費(fèi)用大，運(yùn)營管理復(fù)雜，特別是隧道的通風(fēng)和 照明等運(yùn)營費(fèi)用很高。而公路隧道節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與推廣可大大降低公路隨道的運(yùn)營費(fèi) 用，對(duì)于公路隧道建設(shè)，就像是為"咽喉"減壓，使得公路建設(shè)"呼吸"更為順楊。可W說公路 隧道的節(jié)能問題，已成為低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代、新交通時(shí)代交通行業(yè)普遍關(guān)注的問題。隨著國務(wù)院 批準(zhǔn)的《國家高速公路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》的實(shí)施，各地方公路網(wǎng)的加密W及斷頭路的消除，公路 隨道在公路建設(shè)中的比重越來越大。公路隧道作為道路結(jié)構(gòu)物的耗電大戶，節(jié)能減排問題 已引起了國內(nèi)外的普遍重視。
[000引中國專利申請(qǐng)（公告號(hào)：CN 102287213A)公開了一種雙桐互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)實(shí)驗(yàn)?zāi)?型，包括排風(fēng)段（11)，短道段（12)、送風(fēng)段（13)，斷面（1;2)位于上行線的送風(fēng)段（11)，斷面 (3)位于上行線短道段（12)，斷面(4;5)位于上行線的送風(fēng)段（13)，斷面(6;7)位于下行線的 送風(fēng)段（13)，斷面（8)位于下行線的送排風(fēng)短道段（12)，斷面（9; 10)位于下行線排風(fēng)段 (11)，上行線的排風(fēng)口與下行線的送風(fēng)口通過風(fēng)道相連接，風(fēng)道中設(shè)置風(fēng)機(jī)（15)，上行線的 送風(fēng)口與下行線的排風(fēng)口通過風(fēng)道相連接，風(fēng)道中設(shè)置風(fēng)機(jī)(14)。
[0009] 中國專利申請(qǐng)（公告號(hào)：CN 101655012A)公開了一種雙桐隧道互補(bǔ)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)的 方法，該專利提供了一種依據(jù)風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律和阻力定律進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì) 算方法并應(yīng)用網(wǎng)孔迭代校正風(fēng)量法進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的壓力求解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于，提供一種高速公路隧道豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，該通風(fēng)系統(tǒng)W自然 風(fēng)為主動(dòng)力，采用雙桐互補(bǔ)式通風(fēng)，充分發(fā)揮汽車的活塞風(fēng)作用和豎井的通風(fēng)能力，從而最 大化的利用自然風(fēng)并將自然風(fēng)的沿程損耗降到最低。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案：
[0012] -種高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，包括隧道雙桐的上行線和下行 線，其特征在于，在位于下行線之間設(shè)有第二豎井和第二斜井，在位于上行線有第一斜井和 第一豎井;在上行線和下行線內(nèi)，每隔一定距離設(shè)置傾斜的通風(fēng)橫通道，每個(gè)通風(fēng)橫通道內(nèi) 設(shè)有可逆的軸流風(fēng)機(jī)，各隧道在鄰近通風(fēng)橫通道處均設(shè)有延伸至上行線和下行線的行車建 筑限界之外的斷面擴(kuò)展區(qū)，通風(fēng)橫通道的開口處在該斷面擴(kuò)展區(qū)；其中，斷面擴(kuò)展區(qū)中的第 一斷面至第十?dāng)嗝娣謩e位于每個(gè)通風(fēng)橫通道與上行線和下行線的交叉口附近，第十一斷面 和第十四斷面分別位于第一斜井和第二斜井與下行線和上行線的交叉口附近，第十二斷面 和第十=斷面分別位于第一豎井和第二豎井與上行線和下行線的交叉口附近，且每個(gè)斷面 處都設(shè)有一個(gè)風(fēng)流量傳感器，風(fēng)流量傳感器和可逆的軸流風(fēng)機(jī)之間連接有控制器。
[0013]
【申請(qǐng)人】在實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，斜(豎)井頂?shù)撞繅翰钚纬傻淖匀伙L(fēng)對(duì)改善隧道內(nèi)空氣質(zhì) 量效果顯著。
[0014] 本發(fā)明的高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，充分利用自然風(fēng)和活塞風(fēng) 通風(fēng)，隧道主桐內(nèi)不設(shè)射流風(fēng)機(jī)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述通風(fēng)橫通道(4,8，(：，0,6)傾角為60。。
[0016] 所述的可逆的軸流風(fēng)機(jī)為若干個(gè)。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益的技術(shù)效果：
[0018] (1)本發(fā)明提出的通風(fēng)高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，隧道全程利用 豎井的自然風(fēng)和汽車的活塞風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)，隧道主桐不設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，大大節(jié)省了風(fēng)機(jī)購買、 安裝、運(yùn)行的費(fèi)用。
[0019] (2)本發(fā)明提出的高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)中，采用交互式通 風(fēng)，通過橫通道將兩條主桐聯(lián)通起來，形成雙向換氣系統(tǒng)，較潔凈隧道內(nèi)的空氣被用來稀釋 較污染隧道內(nèi)的空氣，使污染物的濃度很好的控制在標(biāo)準(zhǔn)W內(nèi)。
[0020] (3)本發(fā)明提出的高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)中，通過風(fēng)流量傳感 器控制各橫通道內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)與風(fēng)速，從而使隧道內(nèi)各區(qū)段風(fēng)速變化平穩(wěn)。
[0021] 本發(fā)明提出的高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)中，由理論公式計(jì)算出 各區(qū)段的最優(yōu)風(fēng)速，使各區(qū)段的實(shí)際風(fēng)速控制在最優(yōu)風(fēng)速附近，從而使自然風(fēng)的全程阻力 消耗最小。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是通風(fēng)橫通道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖3是豎井進(jìn)風(fēng)；
[00劇圖4是豎井排風(fēng)
[00%]圖5是某特長隧道通風(fēng)方案對(duì)比圖；
[0027]圖中的標(biāo)記分別表示：
[002引 4,8，(：，0,6:通風(fēng)橫通道；
[0029] 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14:第一至第十四斷面；
[0030] Ql至Q2:上行線；
[0031] Q3至Q4:下行線；
[0032] QJl:第一豎井；
[0033] QJ2:第一斜井；
[0034] QJ3:第二豎井；
[00；35] QJ4:第二斜井。
[0036] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 半橫向通風(fēng)雖有送風(fēng)較均勻，桐內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)較易控制等優(yōu)點(diǎn)，但其存在的問 題也較多，突出表現(xiàn)為工程投資較高與運(yùn)營耗能較多兩個(gè)問題上。隨著通風(fēng)技術(shù)的進(jìn)步和 節(jié)能的要求，已有逐漸被縱向通風(fēng)所取代的趨勢(shì)，運(yùn)也是當(dāng)今長大公路隧道通風(fēng)方式的發(fā) 展方向?？v向通風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在:能充分利用車輛的活塞作用；不需要額外風(fēng)渠， 可減少隧道襯擱斷面;隧道斷面即用作風(fēng)道，可W減少通風(fēng)阻力。
[0038] 參見圖1，本實(shí)施例給出一種高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，包括隧 道雙桐的上行線（Ql至Q2)和下行線（Q3至Q4)，在位于下行線（Q3至Q4)之間設(shè)有第二豎井 QJ3)和第二斜井(QJ4)，在位于上行線(Ql至Q2)有第一斜井QJ2和第一豎井QJl;在上行線 (Ql至Q2)和下行線(Q3至Q4)內(nèi)，每隔一定距離設(shè)置傾斜的通風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E)，每個(gè)通 風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E)內(nèi)設(shè)有可逆的軸流風(fēng)機(jī)，各隧道在鄰近通風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E)處均 設(shè)有延伸至上行線（Ql至Q2)和下行線的行車建筑限界之外的斷面擴(kuò)展區(qū)，通風(fēng)橫通道(A， B，C，D，E)的開口處在該斷面擴(kuò)展區(qū)；其中，斷面擴(kuò)展區(qū)中的第一斷面至第十?dāng)嗝妫?，2,3,4， 5,6,7,8,9，10)分別位于每個(gè)通風(fēng)橫通道(4,8，(：，0,6)與上行線和下行線的交叉口附近，第 十一斷面11、第十四斷面14分別位于第一斜井QJ2和第二斜井QJ4與下行線和上行線的交叉 口附近，第十二斷面12和第十S斷面13分別位于第一豎井QJl和第二豎井QJ3與上行線和下 行線的交叉口附近，且每個(gè)斷面處都設(shè)有一個(gè)風(fēng)流量傳感器，風(fēng)流量傳感器和可逆的軸流 風(fēng)機(jī)之間連接有控制器。
[0039] 通常隧道左、右線需風(fēng)量差異較大，本實(shí)施例采用雙桐互補(bǔ)式通風(fēng)，主桐間連接有 通風(fēng)橫通道，形成通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
[0040] 進(jìn)一步地，采用雙桐互補(bǔ)式通風(fēng)，形成雙向換氣系統(tǒng)，將兩條隧道聯(lián)系起來，較潔 凈隧道內(nèi)的空氣用來稀釋較污染隧道內(nèi)的空氣。
[0041] 在設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮直接將人行橫通道直接作為聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，不特定設(shè)置聯(lián)絡(luò)風(fēng)道。
[0042] 通過仿真驗(yàn)證了通風(fēng)橫通道，火災(zāi)煙氣不能漫延到對(duì)向隧道。
[0043] 通過仿真分析，進(jìn)行橫通道傾角為45°、60°、90°的工況對(duì)比，發(fā)現(xiàn)傾角為60°時(shí)通 風(fēng)的損耗更小，更有利于隧道的通風(fēng)。
[0044] 進(jìn)一步地，每個(gè)通風(fēng)橫通道內(nèi)可W設(shè)有若干可逆的軸流風(fēng)機(jī)。
[0045] 根據(jù)流量守恒定律，通過調(diào)節(jié)各區(qū)段風(fēng)速，充分發(fā)揮豎(斜)井的送排風(fēng)能力，并使 損耗降到最小。
[0046] 進(jìn)一步地，由理論公式計(jì)算出各區(qū)段的最優(yōu)風(fēng)速，控制器能夠通過風(fēng)流量傳感器 檢測數(shù)據(jù)得出的實(shí)際風(fēng)速對(duì)比最優(yōu)風(fēng)速來控制風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止或調(diào)速，使各區(qū)段的實(shí)際風(fēng) 速控制在最優(yōu)風(fēng)速附近。
[0047] 雙桐互補(bǔ)式通風(fēng)系統(tǒng)左右線設(shè)計(jì)風(fēng)量的計(jì)算方法包括：
[004引（1)通風(fēng)計(jì)算；
[0049] (2)根據(jù)隧道污染物濃度限值計(jì)算隧道風(fēng)量；
[0050] (3)并設(shè)定左線隧道的設(shè)計(jì)風(fēng)量等于通風(fēng)量，依據(jù)雙桐互補(bǔ)換氣，利用右線隧道內(nèi) 的風(fēng)機(jī)為其提供風(fēng)量，右線隧道的設(shè)計(jì)風(fēng)量大于風(fēng)量，設(shè)定兩條隧道的污染物最大濃度都 等于限制值，則右線隧道的設(shè)計(jì)風(fēng)量見下式：
[0化1 ]
[0052] 式中；
[0053] Qa:供風(fēng)隧道設(shè)計(jì)風(fēng)量；
[0054] 化:補(bǔ)風(fēng)隧道設(shè)計(jì)風(fēng)量；
[0055] QA:供風(fēng)隧道污染物排放量；
[0056] QB :補(bǔ)風(fēng)隧道污染物排放量；
[0057] S:隧道內(nèi)污染物濃度限值；
[005引總的風(fēng)量Qa、Qb的設(shè)計(jì)風(fēng)量的取值在右線的風(fēng)量和左線通風(fēng)量之間，進(jìn)行試算，再 根據(jù)兩隧道總的通風(fēng)功率最小，求得左右線的最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)風(fēng)量，左右線設(shè)計(jì)風(fēng)量相等。
[0059] 該通風(fēng)系統(tǒng)的適用范圍：隧道所處圍巖便于豎井的建造和施工，豎井的造價(jià)占總 造價(jià)的比重在可接受的范圍之內(nèi)；斜(豎)井頂?shù)撞繅翰钚纬傻淖匀伙L(fēng)基本滿足隧道對(duì)需風(fēng) 量的要求。
[0060] 附圖1所示的通風(fēng)系統(tǒng)只是示意圖，對(duì)豎井和橫通道的位置數(shù)量傾角沒有定性要 求，可W根據(jù)實(shí)際情況擬定。
[0061] 鑒于左右桐隧道需風(fēng)量及車輛交通風(fēng)的差異，本發(fā)明提出的通風(fēng)系統(tǒng)適合構(gòu)建雙 桐互補(bǔ)式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。
[0062] 通過仿真軟件分析驗(yàn)證了常開橫通道在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣不能漫延到對(duì)向隧道； 因此我們直接將平時(shí)閑置的人行橫通道設(shè)置成聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，平時(shí)用作通風(fēng)通道，緊急情況時(shí) 用作人行橫通道。節(jié)省了單獨(dú)設(shè)置通風(fēng)橫通道的費(fèi)用。
[0063] 橫通道與主隧道連接形成2個(gè)3通，根據(jù)相關(guān)通風(fēng)理論及流體力學(xué)知識(shí)，3通局部阻 力損失與總管和支管間的夾角、面積比及流量比有關(guān)。因此，有必要對(duì)橫通道與隧道軸向夾 角進(jìn)行研究，從而為隧道建設(shè)、運(yùn)營費(fèi)用等提供合理的理論數(shù)據(jù)，使整個(gè)工程的投資及運(yùn)營 費(fèi)用達(dá)到最優(yōu)。
[0064] 采用ANSYS商業(yè)軟件中的化OTRAN單元(FLUID142)，解算隧道S維流動(dòng)的速度場。 設(shè)流體為不可壓縮流體，采用RNG端流模型進(jìn)行模擬。該模型對(duì)于幾何形狀曲度變化劇烈的 情況有很好的計(jì)算效果。模擬結(jié)果得出橫通道角度為60°時(shí)通風(fēng)效果要優(yōu)于90°和45%分流 和匯流時(shí)通風(fēng)損耗最小。
[0065] 如附圖2所示，本實(shí)施例中，上行線(Ql至Q2)和下行線(Q3至Q4)在鄰近聯(lián)絡(luò)風(fēng)道處 均設(shè)有延伸至上行線(Ql至Q2)和下行線(Q3至Q4)行車建筑限界之外的斷面擴(kuò)展區(qū)，本實(shí)施 例中，斷面擴(kuò)展區(qū)中的斷面(1至14)為沿所在隧道長度方向布置的條形區(qū)域，聯(lián)絡(luò)風(fēng)道的開 口即處在斷面擴(kuò)展區(qū)長度方向的中部。
[0066] 如附圖2所示，本實(shí)施例中，每個(gè)斷面擴(kuò)展區(qū)均設(shè)置風(fēng)道隔墻，該風(fēng)道隔墻正對(duì)聯(lián) 絡(luò)風(fēng)道的開口設(shè)置。設(shè)置風(fēng)道隔墻的目的是防止橫通道通風(fēng)過大對(duì)隧道內(nèi)的行車產(chǎn)生橫風(fēng) 影響。
[0067] 如附圖2所示，本實(shí)施例中，斷面擴(kuò)展區(qū)長度方向的兩端為收斂區(qū)，收斂區(qū)側(cè)壁傾 斜設(shè)置W引導(dǎo)氣流進(jìn)出通風(fēng)橫通道，減少風(fēng)阻。
[0068] 如附圖3所示，在高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)中，當(dāng)豎(斜)井向內(nèi) 送風(fēng)時(shí)，根據(jù)風(fēng)量守恒定律，Qi+Q3+E Qj =化+化始終成立。豎井將外界的潔凈空氣送進(jìn)隧道 用來稀釋隧道內(nèi)的污染空氣。
[0069] 如附圖4所示，在高速公路隧道雙桐互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)中，當(dāng)豎(斜)井向外 排風(fēng)時(shí)，根據(jù)風(fēng)量守恒定律，Qi+化二化+Q4+EQJ始終成立。豎井將隧道內(nèi)的污染空氣排到外 界，并加快隧道內(nèi)空氣流通。
[0070] 各風(fēng)段風(fēng)機(jī)所需提供風(fēng)壓的確定:在正常情況下，風(fēng)流在隧道中近似呈穩(wěn)定連續(xù) 流動(dòng)，流體的流動(dòng)遵守能量守恒定律，風(fēng)流都遵循個(gè)基本規(guī)律風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律 和阻力定律。由于隧道中有汽車的交通通風(fēng)力和風(fēng)機(jī)的存在，隧道風(fēng)網(wǎng)中的風(fēng)壓平衡定律 將修正為：
[0071] E APR-(EPf+EPj+EPm+EPx)=0
[0072] 式中，A Pf和A Pm分別為網(wǎng)孔中風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和自然風(fēng)壓，順時(shí)針取正，逆時(shí)針取負(fù)；A Pt和A Pj分別為交通通風(fēng)力和風(fēng)機(jī)壓力，與風(fēng)流方向相同取正，與風(fēng)流方向相反取負(fù)。A扣 為通風(fēng)阻力，是局部通風(fēng)阻力與摩擦阻力之和。
[0073] 對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)的解算，提出網(wǎng)孔迭代校正風(fēng)量法。其關(guān)鍵做法是：
[0074] (1)確定初始風(fēng)量；
[0075] (2)校正風(fēng)量；
[0076] (3)迭代計(jì)算，直到滿足精度；
[0077]
[007引 式中；
[0079] A Q:M網(wǎng)孔號(hào)網(wǎng)孔的風(fēng)量校正值，A Q值依迭代次數(shù)增加而減小，當(dāng)網(wǎng)孔的A Q趨于 零時(shí)，網(wǎng)路的風(fēng)量、風(fēng)壓即已趨于平衡，
[0080] Qi:網(wǎng)孔中分支的漸近風(fēng)量，由初始值到真值，當(dāng)在迭代過程個(gè)出現(xiàn)變號(hào)由"正"變 。貨'或由"貨'變?yōu)?正'時(shí)，說明風(fēng)流方向假定錯(cuò)了，須立即改正過來。
[0081 ] /?,往；網(wǎng)孔中各分支的漸近風(fēng)壓，當(dāng)分支的風(fēng)流方向和圈劃網(wǎng)孔方向相同化巧經(jīng) 取可"值反之，取"貨'值。
[0082] 詞孔的風(fēng)壓平衡差。
[0083] 網(wǎng)孔各分支的2倍風(fēng)阻乘風(fēng)量的絕對(duì)值；
[0084] 出:M網(wǎng)孔中i分支的通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，當(dāng)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)流方向和圈劃網(wǎng)孔方向相同時(shí)， 出取"正"值，反之，取"貨'值；
[0085] a:分支上通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線m點(diǎn)的斜率；
[0086] NHM:網(wǎng)孔的自然風(fēng)壓，當(dāng)畑M的方向和圈劃網(wǎng)孔方向相同時(shí)，取"正"值，反之，取 "貨'值；
[0087] 當(dāng)中.勵(lì)3網(wǎng)扣網(wǎng)號(hào)化后，立即求出曲風(fēng)機(jī)的即時(shí)工況點(diǎn)m的風(fēng)壓及其斜率，即： [008引
[0089] a = 2AQi+B
[0090] 式中，A、B、C:表示依風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線經(jīng)擬合計(jì)算求出的=階方程即2次方程的系數(shù)。
[0091] 當(dāng)依式求出網(wǎng)孔風(fēng)量校正值A(chǔ) Q后，立即對(duì)網(wǎng)孔各分支風(fēng)量進(jìn)行校正，即：
[0092] Q^i =化+A 化
[0093] 式中；
[0094] Q/ i:網(wǎng)孔分支的初始風(fēng)量或前次校正后的風(fēng)量；
[00M] Qi:分支校正后的風(fēng)量；
[0096] A化：網(wǎng)孔風(fēng)量校正值，當(dāng)分支風(fēng)流方向和圈劃網(wǎng)孔方向相同時(shí)取"正"，反之，取 "貨'號(hào)；
[0097] 當(dāng)進(jìn)行下面網(wǎng)孔風(fēng)量校正計(jì)算中，須注意兩點(diǎn)：
[0098] 1、凡遇到前邊網(wǎng)孔校正計(jì)算過的分支，一律用校正后的風(fēng)量即利用"賽德爾迭代 計(jì)算"的技巧；
[0099] 2、凡前邊改正過風(fēng)流方向的分支，后面計(jì)算時(shí)一律用改正后的風(fēng)流方向。
[0100] 通過上面的迭代法計(jì)算得出各通風(fēng)段橫通道風(fēng)機(jī)所需提供的風(fēng)壓，再由控制器控 制風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止或調(diào)速，使各區(qū)段的實(shí)際風(fēng)速保持平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化或起伏。
[0101] 在斜/豎井風(fēng)口未安裝軸流風(fēng)機(jī)的情況下，斜井(QJ2，QJ4)的自然通風(fēng)排煙能力較 豎井差，豎井(QJ1，QJ3)的煙畫效應(yīng)比斜井明顯；各區(qū)段發(fā)生火災(zāi)時(shí)，隧道內(nèi)會(huì)擴(kuò)散大量的 煙氣，對(duì)人員和車輛疏散造成很大的威脅，運(yùn)就要求隧道管理部口加強(qiáng)日常管理，減少隧道 內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的概率，同時(shí)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)必須及時(shí)處置，避免火災(zāi)態(tài)勢(shì)擴(kuò)大。
[0102] 具體實(shí)施案例：
[0103] 參見圖5, W某一特長公路隧道為實(shí)施例，該公路隧道為分離式長11.2km的特長隧 道，是某段高速公路的控制性工程。該公路隧道通風(fēng)方案的確定是通風(fēng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，它依 賴于諸如交通量、氣流速度、廢氣標(biāo)準(zhǔn)替復(fù)雜因素。通風(fēng)設(shè)計(jì)的好壞與否，直接關(guān)系到隧道 工程造價(jià)、隧道運(yùn)營環(huán)境、防災(zāi)與救災(zāi)功能。
[0104] 對(duì)于該公路隧道發(fā)明人提出W下幾個(gè)通風(fēng)方案：
[0105] 右線一方案:斜井+豎井送排式縱向通風(fēng)。
[0106] 右線二方案:斜井+豎井+斜井送排式縱向通風(fēng)。
[0107] 左線一方案:全射流式縱向通風(fēng)。
[0108] 左線二方案:單斜井送排式縱向通風(fēng)。
[0109 ]通風(fēng)一方案如圖1所示，通風(fēng)二方案如圖2所示。
[0110] 通風(fēng)S方案:左、右線縱向循環(huán)式網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)(如圖3所示）。
[0111] 通風(fēng)四方案:左、右線電集塵過濾循環(huán)式通風(fēng)(如圖4所示）。
[0112] 在確定4個(gè)通風(fēng)方案后，發(fā)明人在W下幾個(gè)方面進(jìn)行了比較和計(jì)算：
[0113] 1、隧道內(nèi)通風(fēng)效果；2、通風(fēng)運(yùn)營電費(fèi)；3、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)；4、隧道運(yùn)營管理；5、± 建工程費(fèi)；6、隧道施工工期；7、隧道施工通風(fēng)、出渣運(yùn)距;8、隧道防災(zāi)、救災(zāi)區(qū)段劃分;9、環(huán) 境保護(hù)。
[0114] 經(jīng)過W上方面的對(duì)比分析與有限元模擬計(jì)算，該特長公路隧道通風(fēng)方案最終確定 為：
[0115] 右線二方案:即斜井+豎井+斜井送排式縱向通風(fēng)；
[0116] 左線二方案：即單斜井送排式縱向通風(fēng)。即左右線隧道由3個(gè)斜井與1個(gè)豎井共同 構(gòu)成一個(gè)完整的通風(fēng)體系。
[0117] 該方案具有一次性投資低、通風(fēng)效果好、維護(hù)方便、運(yùn)營費(fèi)用相對(duì)較低、方便±建 施工、有利于環(huán)保等特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高速公路隧道雙洞互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng)系統(tǒng)，包括隧道雙洞的上行線（Q1至Q2) 和下行線(Q3至Q4)，其特征在于，在位于下行線(Q3至Q4)之間設(shè)有第二豎井(QJ3)和第二斜 井(QJ4)，在位于上行線(Q1至Q2)有第一斜井(QJ2)和第一豎井(QJ1);在上行線(Q1至Q2)和 下行線（Q3至Q4)內(nèi)，每隔一定距離設(shè)置傾斜的通風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E)，每個(gè)通風(fēng)橫通道 (A，B，C，D，E)內(nèi)設(shè)有可逆的軸流風(fēng)機(jī)，各隧道在鄰近通風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E)處均設(shè)有延伸 至上行線（Q1至Q2)和下行線的行車建筑限界之外的斷面擴(kuò)展區(qū)，通風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E) 的開口處在該斷面擴(kuò)展區(qū)；其中，斷面擴(kuò)展區(qū)中的第一斷面至第十?dāng)嗝妫?，2,3,4,5,6,7,8， 9，10)分別位于每個(gè)通風(fēng)橫通道(A，B，C，D，E)與上行線和下行線的交叉口附近，第十一斷面 (11)、第十四斷面(14)分別位于第一斜井(QJ2)和第二斜井(QJ4)與下行線和上行線的交叉 口附近，第十二斷面（12)和第十三斷面（13)分別位于第一豎井(QJ1)和第二豎井(QJ3)與上 行線和下行線的交叉口附近，且每個(gè)斷面處都設(shè)有一個(gè)風(fēng)流量傳感器，風(fēng)流量傳感器和可 逆的軸流風(fēng)機(jī)之間連接有控制器。2. 如權(quán)利要求1所述的基于自然風(fēng)為主動(dòng)力的高速公路隧道雙洞互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng) 系統(tǒng)，其特征在于，所述通風(fēng)橫通道以，8，(：，04)傾角為60°。3. 如權(quán)利要求1所述的基于自然風(fēng)為主動(dòng)力的高速公路隧道雙洞互補(bǔ)式豎/斜井通風(fēng) 系統(tǒng)，其特征在于，所述的可逆的軸流風(fēng)機(jī)為若干個(gè)。
【文檔編號(hào)】E21F1/00GK106014468SQ201610532955
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】李雪, 鄭晅, 孫騰, 翁效林
【申請(qǐng)人】長安大學(xué)