[发明专利]一种公路隧道减少空气侵入量用自空气幕系统

说明书

本发明提出一种公路隧道减少空气侵入量用自空气幕系统，由具有特定曲线形式的弧面风道，主要包括导入风板、风道主体顶部弧面、风道主体底部弧面、导出风板，构成风道的每一个弧面都有特定的曲线形式，通过这些特定的弧面风道，使得风道可以低阻力地将从导入风板进入的空气转变方向，形成与隧道进风方向相反但有一定倾斜角度的定向空气幕。本发明系统结构简单，可靠性极高，不需要外部输入能量，同时避免了隧道保温系统高负荷运行，降低了发生意外危险的几率。

技术领域

本发明属于隧道及地下工程通风工程领域，具体为一种寒区马蹄形公路隧道洞口段利用自然通风减少冷风侵入的隧道顶部空气幕系统。

背景技术

隧道及地下工程通风工程存在着两类问题：第一，如何通过合理的空气组织将隧道内因人为活动或意外情况产生的灰尘颗粒、火灾烟气等有害物质快速、高效地排出隧道；第二，如何通过合理的空气组织使不利于隧道内环境的室外空气尽可能少的侵入隧道。对处于我国东北和西北等寒区的隧道，冷空气侵入隧道内造成隧道衬砌冻裂、设备设施冻坏而使隧道不能正常使用的冻害事故屡见不鲜，因此在寒区隧道内进行有组织的空气流动是十分有必要的。对寒区隧道进行气流组织减少室外冷空气侵入首先可以减少保温系统的耗能，现有的寒区隧道保温措施多为主动保温，即通过输入能量(多为电能)使发热部件在需要防寒防冻的部位产热，从而达到预防冻害的目的。但主动保温措施运营成本高昂，不适于长期高负荷运行，且保温系统主动发热部件在高负荷运行工况下有诱发火灾的潜在消防危险；其次可以大大缓解寒区隧道内恶劣的温度环境，由于隧道行车活塞效应的影响，大量室外冷空气进入隧道内，这些冷空气在没有阻拦的情况下可以侵入到纵深很大的隧道距离。虽然隧道沿纵向内设有多台射流风机用于纵向通风，但这些风机一般只在发生火灾等需要进行纵向通风时的情况才开启。另外在隧道内比较常见的气流组织还有空气幕系统，利用风机产生风速较高的垂直风幕，当垂直空气幕的主体风速到达一定值时可以实现较好的隔离空气幕两边空气的作用。但同样的，空气幕也是广泛用于防止隧道和地铁隧道车站烟气扩散，且将空气幕系统应用于隧道洞口处以减少冷空气侵入也会产生长期运行能耗较高的问题。

发明内容

通过对现有问题及技术的研究，本发明目的是提供一种寒区马蹄形公路隧道洞口段利用自然通风减少冷风侵入的隧道顶部空气幕系统,该系统通过合理的风道结构，对风道曲面进行优化使得风道进风阻力最小的同时改变空气的流动方向，再通过风道出风口吹出，形成与隧道进风方向相反但有一定倾斜角度的定向空气幕系统，缓解寒区隧道洞口段室外冷空气大量侵入引起冻害的风险，解决隧道保温系统高负荷运行、能耗巨大及高负荷运行引发火灾的问题，解决传统空气幕系统效果好但性价比极低、高速气流卷起大量灰尘使得隧道内环境变坏问题。

为实现这些目的，本发明采用的技术方案包括：

一种公路隧道减少室外空气侵入量用自空气幕系统，该系统包括导入风板、风道主体顶部弧面结构、风道主体底部弧面结构和弧面导出风板；

其中，导入风板与风道主体底部弧面结构依次连接，为一体结构；导入风板与隧道壁面通过导入底板相连接，在入口处形成引导气流流入主体风道的四面封闭区域；导入风板为由一条有特定斜率的直线为起始线，以原隧道顶部曲线为引导线扫掠而成的板身为特定斜率平直面的三维曲面，风道主体底部弧面结构为弧线凸出的曲面；

风道主体顶部弧面结构与弧面导出风板为一体结构；风道主体顶部弧面结构为弧线凸出的曲面，弧面导出风板为弧线凸出的曲面，且弧面导出风板的曲率大于风道主体底部弧面结构的曲率；

弧面导出风板对导出风口吹出的空气进行整流，进一步使气流转向，减少外界空气侵入量。导出风口平面的法线方向与入口平面法线方向垂直。

进一步，上述系统，形成入口区域、主风道区域和出口区域；

其中，导入风板、导入底板和原隧道顶面构成的一个吸收隧道内空气进入的入口区域；导入风板与风道主体底部弧面结构的交接线与原隧道顶面曲线形式保持一致，弧长相等。