一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，包括上層車道、下層車道、射流風機及風塔，風塔內設置軸流風機，隧道的圓形盾構段一側面的扇形空間為獨立排煙通道，另一側扇形空間內設置逃生通道，逃生通道內設置連接上下層的樓梯間，樓梯間與下層逃生門、上層逃生門間分別設置上層前室和下層前室，上層前室、下層前室分別與樓梯間共用的墻壁上各安裝有正壓風機，隧道的側壁上端設置上層排煙口和下層排煙口，上層排煙口和下層排煙口均安裝有自動排煙防火閥。火災煙氣不會在上、下層之間相互擴散蔓延，逃生環境的能見度良好、不被煙氣侵襲，人員疏散高效、快速，大大縮短逃生時間，減少人員的傷亡，施工安全，后期易于維護。
【專利說明】一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統【技術領域】
[0001]本發明涉及水下交通隧道通風排煙與人員疏散領域，具體涉及一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，適用于水下超大斷面的隧道火災事故。
【背景技術】
[0002]伴隨著交通事業的迅猛發展，隧道技術不斷進步，各種隧道也不斷建成。數量繁多的交通隧道滿足了各類地形下的交通需求，帶來了巨大的便利。在隧道的建設、維護工作中，火災是必須要慎重考慮，并構建預防和應對措施的緊急事件。隧道火災雖然是小概率事件，但是一旦發生且得不到及時有效的控制，會造成慘痛的人員傷亡和巨大的經濟損失。目前，隨著現代化交通的日益發展，越來越多的交通隧道被修建并投入使用，隧道火災的防治與救援工作日益受到重視。隧道火災較于其他形式的火災，具有一定的特殊性。首先，起火原因復雜多變；第二，煙氣濃度大、溫度高；第三，火災容易快速蔓延；第四，可發生著火點的移動；第五，人員疏散極其困難；第六，滅火救援難度大；第七，火災損失大。
[0003]因隧道火災的種種特殊性，交通隧道的通風排煙系統與人員疏散系統在隧道火災救援中將扮演十分重要的角色。現在，雙層盾構隧道作為一種新的隧道結構，開始頻繁出現在實際工程中。而且，為了達到更大的交通運輸能力，增大盾構隧道斷面、修建雙層盾構隧道、加大各層交通流量成為盾構隧道的發展趨勢。雙層盾構隧道除了具有一般隧道空間相對封閉、煙氣容易積聚的特征之外，因每層的凈空面積相對較小，排煙疏散存在更大的難度。
[0004]現在較常用的隧道通風排煙系統包括以下幾種:縱向通風排煙系統，全橫向通風排煙系統，半橫向通風排煙系統。在特長隧道的通風系統建設中，為保證通風排煙質量，一般需要修建專門的排煙道，也有一些隧道不修建排煙道，而是運用隧道上部進行排煙。如巴黎A86隧道，是分別利用隧道上、下層空間作為排煙道。國內的雙層隧道，如上海復興東路隧道、上中路隧道、外灘隧道及軍工路隧道等，是通過縱向通風，結合風塔進行火災情況下的排煙工作。由于雙層盾構隧道是在有限的盾構隧道內構建上下層車道，隧道內凈空高度較低，如最低的復興東路隧道的凈空高度僅2.6m,比一般隧道的行車限界還低。較低的凈空高度決定了火災時車道頂部儲煙空間體量較小，煙氣層下降速度快，容易造成隧道內煙氣迅速蔓延，對人員逃生和急救都造成很大困難。由于凈空高度較低，也導致隧道內車道高度較低，其交通運輸能力也受到影響。例如復興東路隧道和上中路隧道，受層高限制，上層均只能通行小客車，大、中型客車只能從下層通過。
[0005]現有的城市水底隧道人員疏散方式包含以下幾種，基本上都是針對雙管隧道:1、雙孔隧道橫向聯絡通道疏散方式，如丹麥大海峽隧道、荷蘭Westerschelde隧道都采用此種疏散方式；2、水平輔助通道疏散方式，英法海峽隧道與日本青函海底隧道均是采用此種方式；3、內部縱向通道疏散方式，如巴黎A86隧道。A86作為一座雙層隧道，采用的是如下具體方式:隧道內每層每隔200m設有一個庇護所，每隔1000m設有通向地面的安全井，隧道內人員可以通過安全井撤離事故現場，同時救援人員也可以通過安全井抵達事故現場。在此種逃生方式中，庇護所與逃生豎井的間距都相隔較遠，逃生速度受到逃生通道數量的限制，且開設安全井對于水下隧道來說，難以實施。在國內，上海復興東路水下隧道采用了數種疏散方式組合的逃生方式。復興東路水下隧道是雙管雙層隧道結構，在單條隧道中安全出口有14處，其中2處是聯接上下層車道的聯接通道，4處是聯接兩條隧道的橫向聯絡通道，8處聯接用于隧道養護的水平輔助通道。在以上三種疏散方式中，雙孔隧道橫向聯絡通道疏散方式和水平輔助通道疏散方式的疏散能力好，但存在一定的施工風險，且在橫向通道接口處易產生局部應力和變形，可能造成開裂、水涌入隧道等事故。上下層聯通的內部縱向通道疏散方式基本上不存在施工風險，主隧道也不開口，不會產生附加應力和變形，是一種較為經濟的疏散方案，但疏散能力受到逃生口間距的制約，且火災煙氣容易通過上下層的聯接通道在上、下層之間相互擴散而危及人員疏散。目前已授權的專利“一種雙層盾構隧道”(申請號:200910062074.7)只對雙層隧道排煙和疏散方式理念做了說明，未對雙層隧道斷面尺寸、長度、排煙組織形式做具體介紹，最為重要的是尚未考慮煙氣會在上、下層疏散通道之間相互擴散蔓延情況，火災煙氣會侵襲相鄰未著火層隧道，造成更大災害。
[0006]綜上所述，隧道火災，擁有與一般火災相區別的特征和嚴重危害性，在相對狹小、封閉的隧道環境中會對其中的設施、被困人員造成相當大的破壞與威脅。而單管雙層盾構隧道因上下層空間受限，其排煙與人員逃生疏散設計面臨更大的困難。水下超大斷面單管雙層盾構隧道，是隧道工程今后的發展方向之一；超大斷面、上下層均有通行大型車輛的通行能力、合理的結構安排，是單管雙層盾構隧道的發展趨勢。因此，整合現有單層與雙層隧道排煙與疏散的技術，進行優化改進，以適應于超大斷面單管雙層盾構隧道火災情況下的排煙與人員疏散，是現在隧道建設急需解決的問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是在于提供了一種適用于水下超大斷面單管雙層盾構隧道火災情況下的排煙與人員疏散系統，充分利用超大斷面單管盾構隧道的較大斷面結構空間，上下層均有通行大型車輛的通行能力，排煙通風經濟迅速，疏散人員高效，結構合理。
[0008]為實現上述目的，具體技術解決方案如下:
一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，包括上層車道、下層車道、射流風機及風塔，風塔內設置軸流風機，隧道的圓形盾構段一側面的扇形空間為獨立排煙通道，另一側空間內設置扇形逃生通道，扇形逃生通道內設置連接上下層的樓梯間，樓梯間的第一級階梯(自下而上)與下層車道側壁上的下層逃生門間預留一段距離(2m-4m)，與墻體形成一個空間作為下層前室，樓梯間的最后一級階梯與下層車道側壁上的上層逃生門間設置上層前室，上層前室、下層前室分別與樓梯間共用的墻壁上各安裝有正壓風機，隧道的上層車道側壁上端沿縱向每隔25m-40m設置一個上層排煙口，隧道的下層車道側壁上端沿縱向每隔25m-40m設置一個下層排煙口，上層排煙口和下層排煙口均安裝有自動排煙防火閥。
[0009]所述的隧道圓形盾構段橫截面的面積為:138m2-175m2，即圓形盾構段直徑為:13.3m_14.9m ；
所述的扇形獨立排煙通道橫截面積為:6.5m2-7.5m2 ；
所述的扇形逃生通道橫截面積為:10m2-12.5m2 ；
所述的樓梯間內的逃生樓梯分為兩段，兩段樓梯高度之和略低于上下層車道高度，兩段樓梯由水平平臺連接，沿隧道縱向每個樓梯間的間距為30m-40m。
[0010]所述的隧道的上層逃生門、下層逃生門沿隧道縱向設置的個數，同樓梯間的設置相適配；
所述的上層排煙口下邊沿與上層車道行車地面的垂直距離為:3.8m-4.lm，上層排煙口的尺寸為:寬度2m-3m,高度0.8m-1.5m ；
所述的下層排煙口下邊沿與下層車道行車地面的垂直距離為:3.8m-4.lm，下層排煙口的尺寸為:寬度2m-3m,高度0.8m-1.5m ；
所述的正壓風機提供的隧道斷面平均風速為:2-2.5m/s ；
所述的自動排煙防火閥通過管理控制中心的中央計算機控制系統遠程控制，按照火災位置打開電動組合風閥，將煙氣通過就近的排煙口排入側壁排煙通道，再由風塔排出隧道夕卜，由此，形成獨立排煙道的重點排煙模式。此種模式下，利用現有隧道空間形成了獨立、高效的排煙通道，不需重新布置排煙通道，不僅節省了隧道內空間，而且保證了了煙氣的迅速排出，十分有利于控制煙氣蔓延，為人員逃生和消防急救創造良好環境。
[0011]與現有技術相比，本發明的優點在于:
本發明充分發揮了超大斷面水下雙層盾構隧道的結構特點，利用合理的技術措施，且經濟性較好，能有效服務于水下交通隧道的通風排煙、人員疏散與救援需要。
[0012](I)人員疏散方面，在上下層逃生樓梯設置前室，并安置正壓風機，發生火災后，風機對上、下層前室送風，保證前室處于正壓狀態，防止煙氣進入前室和樓梯間，形成準安全區，也保證了火災煙氣不會在上、下層之間相互擴散蔓延。保證了逃生環境的能見度良好、不被煙氣侵襲等必要條件，一旦某一層發生火災，能運用另一層未發生火災的通道，高效、快速地疏散人員，大大縮短逃生時間，減少人員的傷亡，消防救援車輛能通過未起火一層迅速接近起火點進行救援，不易造成交通堵塞。與目前已授權的專利“一種雙層盾構隧道”(申請號:200910062074.7)相比，專利(申請號:200910062074.7)只對雙層隧道排煙和疏散方式理念做了說明，未對雙層隧道斷面尺寸、長度、排煙組織形式以及適用范圍做具體介紹，最為重要的是尚未考慮煙氣會在上、下層疏散通道之間相互擴散蔓延情況，火災煙氣會侵襲相鄰未著火層隧道，造成更大災害。
[0013](2)隧道通風排煙方面，本發明專利針對水下超大斷面雙層盾構隧道內發生火災情況，選擇最合理有效的方式進行通風排煙。合理且經濟地運用隧道有限而特殊的空間結構設置排煙系統，使得火災發生時隧道內火災煙氣蔓延得到一定的控制。經過大量的仿真模擬結果表明，該排煙模式對該類型結構的隧道具有較良好的適用性，最大程度上控制了火災煙氣的蔓延，為阻滯人員提供了最為充足的逃生時間。同時，在縱向風流的作用下，隧道內煙氣溫度得到了一定的控制，有效避免了火災發生前期火焰對排煙道，隧道頂部和隔墻壁面的炙烤，保證排煙道能穩定工作。通過及時控制火災附近的排煙閥，能有效排煙并將煙氣控制在起火點附近，為人員疏散與救援行動提供充足的時間；與目前已授權的專利“一種雙層盾構隧道(申請號:200910062074.7)相比，本專利主要針對水下超大斷面雙層盾構交通隧道火災情況下(火災設計規模為20MW)通風排煙設計，在上下層逃生樓梯設置前室，并安置正壓風機，發生火災后，風機對上、下層前室送風，保證前室處于正壓狀態，防止煙氣進入前室和樓梯間，形成準安全區，也保證了火災煙氣不會在上、下層之間相互擴散蔓延，保證了逃生環境的能見度良好、不被煙氣侵襲等必要條件，有利于被困人員迅速離開火災影響范圍。
[0014](3)施工方面，隧道內沒有橫向連接通道，因此主隧道不會因主隧道與連接橫通道間的不均勻沉降，或者因地震作用或其他原因在連接通道接口處產生應力集中，因而從根本上杜絕了開裂和透水事故。另外，施工全部在一條隧道內進行，無須穿越橫通道，幾乎不存在施工風險；
(4)經濟性方面，只需修建一條單管主隧道，不需附加修建水平輔助通道或者同時修建兩條隧道，大大降低了工程投資。從經濟角度講，連續的施工長度不小于350m。而且，在后期易于維護，具有不可比擬的經濟性。
[0015]因此，本發明對我國改進水下單管雙層盾構隧道建設方式，提高隧道防范火災的能力，推進我國現代化交通事業的全面發展，具有重要的意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統的橫截面圖。
[0017]圖2為一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統的縱剖面局部示意圖。
[0018]圖3為一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統的樓梯間示意圖。
[0019]圖4為實施例1中火災情況下排煙組織圖。
[0020]其中:1一扇形逃生通道，2—射流風機，3—上層車道，4一排煙通道，5—下層車道，6—上層排煙口，7—下層排煙口，8—樓梯間，9一正壓風機，10—下層前室，11一風塔，12—下層逃生門，13—火源，14一上層如室，15 —自動排煙防火閥，16—軸流風機，17-上層逃生門。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合附圖，對本發明做詳細說明。
[0022]實施例1:
如圖1所示，一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，它包括上層車道
3、下層車道5、射流風機2及風塔11，風塔11內設置軸流風機16，隧道的圓形盾構段一側面的扇形空間為獨立排煙通道4，另一側空間內設置扇形逃生通道1，逃生通道I內設置連接上下層的逃生樓梯間8，樓梯間8的第一級階梯與下層車道5側壁上的下層逃生門12間預留一段距離(2m-4m)，與墻體形成一個空間作為下層前室10，樓梯間8的最后一級階梯與下層車道5側壁上的上層逃生門17間設置上層前室14，上層前室10、下層前室14分別與樓梯間8共用的墻壁上各安裝有正壓風機9，隧道的上層車道3側壁上端沿縱向每隔25m或28m或30m或33m或35m或38m或40m設置一個上層排煙口 6，下層車道5側壁上端沿縱向每隔25m或28m或30m或33m或35m或38m或40m設置一個的下層排煙口 7，上層排煙口 6和下層排煙口 7均安裝有自動排煙防火閥15。
[0023]所述的隧道圓形盾構段橫斷面的面積為138m2或140m2或145m2或150m2或155m2或 160m2 或 165m2 或 170m2 或 175m2，即盾構段直徑為 13.26m 或 13.35m 或 13.59m 或 13.82m或14.05m或14.28m或14.50m或14.72m或14.93m,上層車道3和下層車道5高均為4.5m。
[0024]所述的扇形逃生通道I橫截面積為:10m2-12.5m2 ； 所述的扇形獨立排煙通道4橫截面積為6.5m2-7.5m2，約占雙層隧道限界內斷面面積的
4.6%-5.3%ο
[0025]優選地，所述的扇形獨立排煙通道4橫截面積為7.4m2，約占雙層隧道限界內斷面面積的5.3%
如圖2所示，所述的上層排煙口 6下邊沿與上層車道3行車地面的垂直距離為3.8m-4.1m,上層排煙口的尺寸為寬度2m_3m，高度0.8m-1.5m ;所述的下層排煙口 7下邊沿與下層車道5行車地面的垂直距離為3.8m-4.lm，下層排煙口的尺寸為寬度2m_3m，高度
0.8m-1.5m ；
優選地，所述的上層排煙口 6下邊沿與上層車道3行車地面的垂直距離為4m，上層排煙口的尺寸為1.5X 2m;所述的下層排煙口 7下邊沿與下層車道5行車地面的垂直距離為3.8m，下層排煙口的尺寸為0.8 X 3m
如圖3所示，所述的隧道的上層逃生門、下層逃生門沿隧道縱向設置的個數，同樓梯間的設置相適配；所述的樓梯間8內的逃生樓梯分為兩段，兩段樓梯高度之和略低于上下層車道高度。優選地，樓梯凈高4.2m,第一段凈高2.7m,由18級高0.15m的樓梯構成；第二段凈高1.5m,由10級高0.15m的樓梯構成，寬度均為0.85m。兩段樓梯間由長度為1.2m的水平平臺連接，考慮到隧道運營后的客流量，沿隧道縱向每個樓梯間的間距為30m或33m或36m或38m或40m,以保證疏散能力。
[0026]所述的正壓風機9提供的隧道斷面平均風速的風速為:2-2.5m/s,發生火災排煙時的煙氣走向如圖4所示；
所述的自動排煙防火閥15管理控制中心的中央計算機控制系統遠程控制，發生火災后可按照控制要求單獨開關。
[0027]所述的風塔11內配置軸流風機16三臺，并排在一起，平時都可作為排風機使用，根據隧道內不同地點的正常或火災情況，可以調整工作狀態。這樣既減少了風機配置數量，也縮小了風機房面積要求。
[0028]在上下層樓梯間前均設置前室，上下兩層前室靠近樓梯的墻壁上均安裝正壓風機。火災情況下，正壓風機自動開啟，對樓梯間前室送風，使樓梯間前室形成正壓，阻止煙氣進入樓梯間。
[0029]火災設計規模為20MW，火災發煙量為90 m3/s，排煙量取110m3/s。
[0030]根據隧道內起火位置的不同，通風氣流組織方式分為三種情況:
1、當著火點位于隧道進口時，火災下游車輛繼續前行駛出隧道，隧道進入火災事故通風階段，控制隧道內斷面平均風速為2.0 m/s以上，并開啟下游最近的5個排煙風閥，煙氣經排煙通道從風塔排出；
2、當火災點發生在出口段時，該段位于隧道出口，車輛可順利地脫離危險區域。發生火災時，將隧道內射流風機2由正常運營通風轉為火災事故通風，控制隧道內風速為臨界風速3 m/s以上，煙霧由洞口直接排出；
3、如圖4所示，當著火點位于盾構部分，火災下游車輛繼續前行駛出隧道，被困人員從逃生樓梯進入未著火層隧道撤離，隧道進入火災事故通風階段，控制隧道內風速為2.0 m/s左右，并開啟下游最近的5個排煙風閥，煙氣經排煙通道從風塔排出。
[0031]根據隧道內起火位置的不同，人員疏散逃生方式分為兩種情況: 1、雙層上層車道中段發生火災，隧道內火災自動報警系統探測到火災后，將信息反饋到指揮中心。指揮中心啟動火災應急模式。首先切斷進入隧道的交通，火源下游的交通車輛繼續前進，離開隧道進入安全區域。如圖4所示，火源后方車輛發生擁堵，被困人員就近從聯接兩層隧道的逃生樓梯進入到下層未發生火災的車道。此時樓梯間風機開啟，保證樓梯間前室達到正壓狀態，煙氣無法進入樓梯間，樓梯間內形成一個準安全區。人員通過樓梯間到達下層車道后，再及時由下層車道疏散到隧道外；同時，消防救援車輛與救援人員利用下層未受火災影響的車道，迅速進入隧道并到達火災點附近，通過疏散樓梯到達火源附近，展開救援搶險工作。
[0032]2、雙層下層車道中段發生火災，隧道內火災自動報警系統探測到火災后，指揮中心啟動火災應急模式。人員逃生方向為從下層車道進入上層車道，消防救援車輛也由上層車道到達火災點附近。
【權利要求】
1.一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，包括上層車道(3)、下層車道(5)、射流風機(2)及風塔(11)，風塔(11)內設置軸流風機(16)，隧道的圓形盾構段一側面的扇形空間為獨立排煙通道(4)，另一側空間內設置扇形逃生通道(1)，扇形逃生通道(O內設置連接上下層的逃生樓梯間(8)，其特征在于:樓梯間(8)的第一級階梯與下層車道(5)側壁上的下層逃生門(12)間預留2m-4m的距離，與墻體形成一個空間作為下層前室(10)，樓梯間(8)的最后一級階梯與下層車道(5)側壁上的上層逃生門(17)間設置上層前室(14)，上層前室(10)、下層前室(14)分別與樓梯間(8)共用的墻壁上各安裝有正壓風機(9)，隧道的上層車道(3)側壁上端沿縱向每隔25m-40m設置一個上層排煙口(6)，下層車道(5)側壁上端沿縱向每隔25m-40m設置一個的下層排煙口(7)，上層排煙口(6)和下層排煙口(7)均安裝有自動排煙防火閥(15)。
2.根據權利要求1所述的一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，其特征在于:所述的隧道圓形盾構段橫斷面的面積為:138m2-175m2’所述的扇形逃生通道(I)橫截面積為:10m2-12.5m2，所述的獨立排煙通道(4)面積為6.5m2-7.5m2。
3.根據權利要求1所述的一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，其特征在于:所述的樓梯間(8)內的逃生樓梯分為兩段，兩段樓梯由水平平臺連接，沿隧道縱向每個樓梯間的間距為30m-40m。
4.根據權利要求1所述的一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，其特征在于:所述的上層排煙口(6)下邊沿與上層車道行車地面的垂直距離為:3.8m-4.1m,上層排煙口(6)的尺寸為:寬度2m-3m，高度0.8m_l.5m，所述的下層排煙口(7)下邊沿與下層車道行車地面的垂直距離為:3.8m-4.1m,下層排煙口的尺寸為:寬度2m_3m，高度0.8m-1.5m。
5.根據權利要求1所述的一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，其特征在于:所述的正壓風機(9)提供的隧道斷面平均風速為:2-2.5m/s。
6.根據權利要求1所述的一種水下單管雙層盾構交通隧道通風排煙與疏散系統，其特征在于:所述的自動排煙防火閥(15)通過管理控制中心的中央計算機控制系統遠程控制。
【文檔編號】E21F1/00GK103939124SQ201410200001
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】胡彥杰, 鄧敏, 楊軍 申請人:武漢中交交通工程有限責任公司