[发明专利]公路隧道施工通风结构及其通风量控制方法

摘要

本发明涉及公路隧道施工领域，公开了一种公路隧道施工通风结构及其通风量控制方法。该通风结构包括进风巷和回风巷，所述进风巷和回风巷前端为掌子面，所述进风巷和回风巷前段连通有的前段横通道，所述进风巷中设置有朝向隧道前端的风机，所述回风巷中设置有背向隧道前端的风机，所述前段横通道与隧道洞口之间还设置有至少一个与前段横通道同时通风的中段横通道，所述中段横通道连接于进风巷和回风巷之间，所述前段横通道和各中段横通道内均设置有朝向回风巷的风机。采用该通风结构及其通风量控制方法在保证污染物浓度保持在设计范围内的基础上，可极大程度地降低能耗，并且通过各横通道的进风量，还可实现回风巷污染物浓度的分段控制。

主权项

公路隧道施工通风结构的通风控制方法，其特征在于，公路隧道施工通风结构包括进风巷(1)和回风巷(2)，所述进风巷(1)和回风巷(2)前端为掌子面(9)，所述进风巷(1)和回风巷(2)前段连通有的前段横通道(3)，所述进风巷(1)中设置有朝向隧道前端的风机(5)，所述回风巷(2)中设置有背向隧道前端的风机(5)，其特征在于：所述前段横通道(3)与隧道洞口之间还设置有至少一个与前段横通道(3)同时通风的中段横通道(4)，所述中段横通道(4)连接于进风巷(1)和回风巷(2)之间，所述前段横通道(3)和各中段横通道(4)内均设置有朝向回风巷(2)的风机(5)；所述前段横通道(3)和中段横通道(4)均设置有用于调控通风量的风门(6)；所述进风巷(1)中设置有两个轴流风机(7)，所述两个轴流风机(7)分别连接有风管(8)，两根风管(8)分别延伸至进风巷(1)和回风巷(2)的掌子面(9)；通风控制方法包括如下步骤：(1)建立最小树：根据风管(8)、进风巷(1)、回风巷(2)、中段横通道(4)和前端横通道(3)的几何关系对每个节点及分支进行编号，形成通风网络图，G＝(V，E)，|V|＝m，|E|＝n，将链接所有节点并未形成网络的分支确定为最小树，形成最小树IT；(2)确定余树弦：在通风网络中，除掉最小树分支即为余树弦，将风机所在分支作为余树弦；(3)建立回路矩阵：隧道通风网络分别具有m个节点，n条分支，若将网络各分支按余树弦在前、树枝在后的次序排列，则可将基本关联矩阵Bk和独立回路矩阵Ck分块为：Bk＝(B11B12)Ck＝(C11C12)＝(I C12)式中：B11—(m－1)×(n－m+1)阶矩阵；B12—(m－1)×(m－1)阶方阵；I—n－m+1阶单位矩阵；C12—(n－m+1)×(m－1)阶矩阵；则有因此，由基本关联矩阵Bk，可以算出独立回路矩阵Ck，即：(4)建立平衡方程：隧道横通道开启后，在两隧道之间形成在通风回路中风流速度较低，视为不可压缩流体，各回路节点遵循流体力学基本定律，风量平衡和风压平衡原理，根据回路矩阵，建立相关分支向量及有关权向量：分支向量E＝(e1，e2，…..，en)风阻向量R＝(R1，R2，…..，Rn)风量向量Q＝(q1，q2，…..，qn)阻力向量H＝(h1，h2，…..，hn)因此平衡方程为：Σj=1ncijkj=Σj=1ncijpjCK(HT-PT)=0;]]>(5)求解平衡方程：对于一个具有m个节点，n条分支的隧道通风网络图G＝(V，E)来说，独立回路为b＝n‑m+1个，因此在给定通风网络中的各分支风阻及风向的条件下，选出该图的b个独立回路，标定独立回路的风量及风向，并设独立回路风量的向量为：Qy＝(qy1，qy2，……，qyb)则在以独立回路风量为变量的条件下，由独立回路风压平衡方程式即可列出以下的非线性方程组：Σj=1j≠ibRij(qyi-qyj)2+Riiqyi2=pi,(i=1,2,.......,b)]]>式中：Rij—第i回路和第j回路的公共分支的风阻(即树枝风阻)，N·s2/m3；Rii—第i回路中独立分支的风阻，N·s2/m3；qyi、qyj—第i回路和第j回路的风量，m3/s；pi—第I回路的通风能量的代数和，即pi＝pfpf—风机工作风压，Pa；设方程组式的第k次近似解为：fi=fi(qy1k,qy2k,.......,qybk),(i=1,2,.......,b)]]>利用非线性方程组线性化方法来解算方程组式，将该式按泰勒级数展开，并将二次及二次以上的高阶微分部分忽略不计，可得回路风量校正值的计算式为：则第k+1次独立回路风量值为：按①和②反复计算，依次求出独立回路风量修正值，如果满足以下条件：式中ε——预先给定的精度，即可停止计算，这第k+1次近似风量就是自然分配的风量，通过不断调整风机布置及风门开启角度重复上述计算过程，直至风量满足隧道各段需要为止。