本發(fā)明屬于火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種抑制隧道豎井吸穿效應(yīng)的裝置。

背景技術(shù)：

近年來，城市化進(jìn)程不斷加快，越來越多的隧道在建設(shè)當(dāng)中。然而，隧道為狹長受限結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部通風(fēng)能力較差。如果發(fā)生火災(zāi)，煙氣將迅速蔓延到整個(gè)隧道，不易排出，而過多的有毒氣體在隧道范圍內(nèi)聚集將嚴(yán)重影響隧道內(nèi)部人群的疏散和消防人員的救援工作。

目前，隧道中發(fā)生火災(zāi)時(shí)主要的排煙方式有兩種，分別為自然排煙和機(jī)械排煙。機(jī)械排煙是采用機(jī)械設(shè)備將隧道內(nèi)的煙氣排出，但用于隧道通風(fēng)排煙的各種機(jī)械設(shè)備耗能大、初期投資及養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用均較高，并且需要在隧道開挖時(shí)預(yù)留安裝空間增大了隧道的建設(shè)成本。

而采用豎井的自然排煙方式，則更為經(jīng)濟(jì)有效。近年來，有越來越多的科研人員和工程技術(shù)人員對(duì)豎井自然排煙模式進(jìn)行研究。雖然豎井自然排煙方式具有經(jīng)濟(jì)有效，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，但這種排煙方式仍有一些問題亟待解決。其中，“吸穿效應(yīng)”就是影響豎井排煙效果的關(guān)鍵問題。

豎井自然排煙的主要驅(qū)動(dòng)力是豎井內(nèi)部與外界環(huán)境存在的溫度差形成的煙囪效應(yīng)，其大小主要與豎井高度以及豎井內(nèi)熱煙氣和環(huán)境中冷空氣的密度差有關(guān)。隧道內(nèi)煙氣溫度越高，進(jìn)入豎井后形成的煙囪效應(yīng)就越強(qiáng)，在豎井下方形成的排煙速度就越大，有利于排出煙氣。當(dāng)火災(zāi)煙氣在豎井內(nèi)形成的煙囪效應(yīng)較強(qiáng)且豎井下方的煙氣層較薄時(shí)，就會(huì)發(fā)生吸穿現(xiàn)象。吸穿效應(yīng)會(huì)使豎井下部開口附近的煙氣層發(fā)生凹陷，原本(沒有豎井排煙時(shí))存在的煙氣會(huì)被隧道下部的空氣填充。這說明一部分處于煙氣層下方的冷空氣被直接吸入豎井排出，這顯然會(huì)造成排煙效果的降低。

根據(jù)申請(qǐng)人先前的研究，在一定工況下，豎井排煙量中的空氣部分占2/3左右，而豎井排出和卷吸進(jìn)入下游煙氣中的空氣量之和與豎井排煙量的比值在70％-92％之間。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，豎井自然排煙方式有可能將隧道內(nèi)大量空氣排出，同時(shí)一部分煙氣會(huì)繼續(xù)向下游擴(kuò)散從而影響下游的人員疏散和救援工作。因此，在本發(fā)明中，我們提出在豎井下方增加簾幕的方法使煙氣層在豎井下方積聚，形成厚度更大、溫度更高的煙氣層，從而減小吸穿效應(yīng)的不利影響，使豎井排出盡量多的熱煙氣，而不是冷空氣；豎井下方煙氣層溫度和厚度的增加還有利于增強(qiáng)煙囪效應(yīng)，進(jìn)而提高排煙效果。此外，簾幕的存在還可以阻止煙氣越過豎井繼續(xù)向下游擴(kuò)散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于設(shè)置一種擋煙簾幕，以減小隧道火災(zāi)中豎井排煙的吸穿效應(yīng)，阻止煙氣繼續(xù)向豎井下游擴(kuò)散，提高豎井自然排煙效果。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種抑制城市道路隧道火災(zāi)中自然排煙豎井吸穿效應(yīng)的裝置，該豎井上游和下游均設(shè)有可升降的固體簾幕，隧道頂部設(shè)有煙氣探測裝置，在火災(zāi)未發(fā)生時(shí)，軟簾幕卷起，放置在在隧道頂部；當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，隧道頂部的感煙裝置進(jìn)行探測，通過聯(lián)動(dòng)控制，選擇豎井上游或者下游的簾幕，使簾幕沿墻體預(yù)定軌道靠重力自然下落，形成固體阻隔，阻擋煙氣向簾幕下游擴(kuò)散，同時(shí)利用豎井中產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)進(jìn)行排煙。

其中，可升降的固體軟簾幕，其材料為陶瓷纖維紡織品等防火耐高溫材料。

其中，可升降的固體軟簾幕設(shè)置于豎井上下游兩側(cè)，與豎井上下游的邊緣平齊(也可保持0-1m的較小距離)，打開狀態(tài)時(shí)，簾幕與地面夾角為90°，垂直于隧道側(cè)壁；簾幕寬度比隧道內(nèi)部凈寬大20-50cm；簾幕下端距離地面2-3m，以便行人疏散；簾幕厚度為3-15mm。

其中，豎井上游和下游均設(shè)置煙氣探測裝置，其設(shè)置于距離豎井底面開口5m的位置；根據(jù)火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的方向，基于煙氣探測裝置聯(lián)動(dòng)開啟相應(yīng)的簾幕。

本發(fā)明的原理在于：在城市道路隧道的豎井下部附近的頂棚襯砌處設(shè)置可升降的軟簾幕。當(dāng)城市道路隧道正常通行時(shí)，使用豎井進(jìn)行正常通風(fēng)，簾幕處于卷起狀態(tài)，置于不占用隧道內(nèi)凈空的收納盒中，不影響車輛的正常通行。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，隧道頂部的煙氣探測裝置(豎井上游一側(cè))感應(yīng)到隧道內(nèi)火災(zāi)所產(chǎn)生的煙氣，控制豎井下游的簾幕打開，簾幕在重力的作用下沿著預(yù)定的軌道下落。當(dāng)簾幕完全展開后形成擋煙墻，阻隔煙氣向豎井下游擴(kuò)散，使得煙氣只能由豎井排出；同時(shí)將煙氣聚集在豎井下方，增加豎井下方煙氣厚度和溫度，增強(qiáng)煙囪效應(yīng)，并抑制吸穿現(xiàn)象的發(fā)生，提高豎井排煙的效率。進(jìn)一步的，防煙簾幕采用陶瓷纖維紡織品等耐火柔性材料，厚度范圍為3mm到15mm。簾幕設(shè)置于豎井上下游兩側(cè)的豎井下方與隧道頂棚連接處。當(dāng)簾幕處于打開狀態(tài)時(shí)，簾幕寬度比隧道內(nèi)部凈寬大20-50cm，高度隨隧道高度而定，給隧道內(nèi)行人留出2m到3m的高度以便火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員的撤離。防火簾幕打開狀態(tài)下與地面垂直，同時(shí)也可以使用不同角度的軌道使簾幕的角度改變，但經(jīng)研究，不同角度的防火簾幕對(duì)于隧道排煙效果的優(yōu)化作用相近。所以僅采用最便于設(shè)置的垂直于地面的防火簾幕。進(jìn)一步的，在豎井兩側(cè)距離豎井5m的地方各設(shè)置一個(gè)煙氣探測裝置，以便于選擇豎井上下游的簾幕進(jìn)行開啟。進(jìn)一步的，由于采用此發(fā)明的隧道內(nèi)豎井排煙效率遠(yuǎn)高于一般豎井隧道，且?guī)缀跬耆艚^了下游的煙氣，所以對(duì)于多豎井的隧道，視情況間隔布置。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果為：

(1)在實(shí)用性方面，通過在城市道路隧道豎井下方設(shè)置擋煙簾幕來阻擋火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣繼續(xù)向下游擴(kuò)散，同時(shí)提高了豎井排煙效率，有助于人員的疏散與救援工作的進(jìn)行；

(2)在安全性和環(huán)境友好方面，本發(fā)明不會(huì)額外在隧道內(nèi)增加動(dòng)力系統(tǒng)，也不會(huì)對(duì)隧道豎井結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和影響隧道結(jié)構(gòu)安全，不會(huì)對(duì)隧道環(huán)境帶來負(fù)面影響。

(3)在施工操作和經(jīng)濟(jì)成本方面，本發(fā)明不僅可使用于未修建或正在修建的隧道，也可適用于已經(jīng)修建完畢的隧道。同時(shí)，對(duì)于以上兩種隧道，在隧道豎井附近增加矩形空間(簾幕收納盒)和簾幕軌道對(duì)于總工程預(yù)算也是可以接受的，也不會(huì)對(duì)原有的主體施工產(chǎn)生明顯的影響，易于實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明在原有豎井的下方增加擋煙簾幕，阻止煙氣繼續(xù)向下游擴(kuò)散，提高豎井排煙效率，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)工程造價(jià)的負(fù)擔(dān)小，安全性高，也利于運(yùn)營管理。對(duì)于城市道路隧道而言，道路上行駛車輛一般為小汽車或公交車，若發(fā)生火災(zāi)事故，火源功率一般在3-10MW，根據(jù)研究，使用本發(fā)明，可以將豎井排出煙氣的質(zhì)量流量提高30％。

附圖說明

圖1為頂棚上方設(shè)置豎井和簾幕的隧道結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)簾幕為收起狀態(tài)；

圖2為頂棚上方設(shè)置豎井和簾幕的隧道結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)簾幕為打開狀態(tài)；

圖3為未使用本發(fā)明的工況下，排煙時(shí)豎井內(nèi)部煙氣濃度場(側(cè)視圖)；

圖4為使用本發(fā)明的工況下，排煙時(shí)豎井內(nèi)部煙氣濃度場(側(cè)視圖)；

圖5為未使用本發(fā)明的工況下，排煙時(shí)隧道內(nèi)煙氣濃度場(由隧道底部向上看)；

圖6為使用本發(fā)明的工況下，排煙時(shí)隧道內(nèi)部煙氣濃度場(由隧道底部向上看)；

圖中標(biāo)號(hào)：1-采用豎井自然排煙的隧道主體；2-豎井；3-軟簾幕；4-簾幕下降時(shí)的預(yù)定軌道；5-煙氣探測裝置；6-火源；7-豎井內(nèi)煙氣。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，以設(shè)置有豎井的隧道的縱向某一段結(jié)構(gòu)為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明：

參見圖1，頂棚上方設(shè)置豎井的隧道包括隧道主體和豎井。隧道主體長度為500m以上，隧道內(nèi)部高度為5m，寬度為10m，豎井高度為5m(在實(shí)際工程中，豎井高度與隧道上方的土層厚度有關(guān))，豎井橫截面尺寸為2m(長度)*2m(寬度)。擋煙簾幕未打開時(shí)，不占用隧道內(nèi)凈空，簾幕寬度比隧道寬度大20-50cm。

參見圖2，當(dāng)簾幕處于打開狀態(tài)時(shí)，簾幕高度為3m，為下方行人通行預(yù)留2m的高度，2m的高度足夠人員疏散的需求。簾幕沿軌道下降，軌道置于隧道兩側(cè)襯砌中，高度為3m，與簾幕高度一致，軌道寬度為0.2m。簾幕打開狀態(tài)厚度為5mm。隧道內(nèi)煙氣探測裝置距離豎井距離為5m。

參見圖3和5，對(duì)于未采取本發(fā)明的隧道，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，將有一部分煙氣越過豎井繼續(xù)向下游蔓延。同時(shí)，豎井內(nèi)排放的煙氣也較為稀疏，豎井底部煙氣濃度較小，有部分煙氣被吸入豎井，發(fā)生了明顯的吸穿現(xiàn)象。

參見圖4和6，對(duì)于采用了本發(fā)明的隧道，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，在豎井后方降下的擋煙簾幕將完全阻隔煙氣繼續(xù)向下游擴(kuò)散。同時(shí)，豎井內(nèi)的煙氣較圖3更加濃厚，這說明加上簾幕后，煙囪效應(yīng)增強(qiáng)，同時(shí)減弱了吸穿效應(yīng)，豎井的排煙效率大大提高，根據(jù)計(jì)算，火源距離豎井24m，火源功率為3MW的時(shí)候，豎井排出煙氣的質(zhì)量流量提高了30％。