城市隧道交通和地鐵站火災(zāi)煙氣蔓延及控制研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，交通業(yè)得以迅速發(fā)展，尤其是越來越多的地下公路隧道、地鐵等地下交通設(shè)施不斷涌現(xiàn)。這雖然給物流運輸、人們?nèi)粘Ｉ顜砜旖?、便利，但也給預(yù)防其重特大事故發(fā)生，特別是火災(zāi)防控提出了一個新的重大課題。近年來，國內(nèi)外多起群死群傷的隧道火災(zāi)表明，隧道火災(zāi)一旦發(fā)生，不僅火勢蔓延快，而且積聚的高溫濃煙很難自然排出，并在隧道內(nèi)擴散蔓延，造成重大災(zāi)害事故。隧道工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境密閉、通道狹窄、連通地面的疏散口少，逃生路線長，據(jù)統(tǒng)計，隧道發(fā)

2、生火災(zāi)時造成的人員傷亡，絕大多數(shù)是因為不完全燃燒所產(chǎn)生的有毒有害煙氣(如CO、CO2等)中毒和窒息所致。因此，研究隧道火災(zāi)的煙氣流動特性，有效地排除煙氣；有利于減少災(zāi)害損失及安全疏散，其工程設(shè)計與實際應(yīng)用意義十分重大。
　　 火災(zāi)煙氣流動是一種復(fù)雜的浮力驅(qū)動流，但由于隧道自身狹長及其縱向風(fēng)的作用，使得隧道火災(zāi)煙氣流動比一般建筑火災(zāi)更為復(fù)雜、特殊。本論文首先采用計算流體動力(CFD)方法，針對不同通風(fēng)排煙方式的地下公路隧道在不同的

3、環(huán)境溫度、風(fēng)力情況下的火災(zāi)煙氣流動特性進(jìn)行了模擬分析；其次對自然通風(fēng)排煙條件下的地下公路隧道進(jìn)行了火災(zāi)實際規(guī)模實驗，并將實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果作了比較，對Khrioka.等人提出的預(yù)測隧道拱頂最高溫度的理論模型(公式)進(jìn)行了驗證；由于地鐵交通與地下公路隧道的不同處之一是前者除設(shè)有供乘客上、下的車站臺外，其隧道在靜態(tài)時的火災(zāi)煙氣流動特性與后者基本相似，因此，在地鐵隧道火災(zāi)的研究中，側(cè)重屏蔽門、樓梯不同位置設(shè)置及其開口朝向等對地鐵站臺層火災(zāi)

4、煙氣流動特性的影響，并比較了數(shù)值模擬結(jié)果，以此討論比較了排煙效率。最后在上述研究的基礎(chǔ)上，對隧道火災(zāi)的煙氣控制策略提出了有針對性的修改變更建議，為隧道火災(zāi)防排煙系統(tǒng)的工程設(shè)計提供了技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。
　　 對于“Y”型玄武湖隧道火災(zāi)，研究表明：在同等火災(zāi)工況規(guī)模下，影響煙氣擴散的因素從高到低依次為著火地點、外部環(huán)境風(fēng)、環(huán)境溫度。由于不同著火位置所對應(yīng)的機械通風(fēng)模式有所不同，煙氣蔓延擴散情況差異較大。隧道中部著火時，采用風(fēng)機導(dǎo)流和豎

5、井排煙相結(jié)合的通風(fēng)模式，煙氣沿著導(dǎo)煙氣流方向擴散蔓延，煙氣逆流情況較輕，但隧道內(nèi)煙氣擴散距離較大；隧道匝道著火時，僅采用風(fēng)機導(dǎo)流的通風(fēng)模式，導(dǎo)煙氣流流經(jīng)隧道漸變段后導(dǎo)流作用減弱，使得煙氣同時向火源上風(fēng)側(cè)和下風(fēng)側(cè)蔓延。環(huán)境風(fēng)力對隧道內(nèi)煙氣擴散影響較環(huán)境溫度大，且對匝道內(nèi)煙氣擴散影響最為明顯，容易造成匝道內(nèi)煙氣的淤積，應(yīng)改變其原有的防排煙模式，開啟集中排煙風(fēng)機排煙。
　　 對于“一”型龍蟠中路隧道火災(zāi)，研究表明：在同等火災(zāi)工況規(guī)模下

6、，影響煙氣擴散的因素從高到低依次仍為著火地點、外部環(huán)境風(fēng)、環(huán)境溫度。隧道開孔段和暗埋段著火時，開孔段都能排出大量煙氣，開孔起到了很好的排煙效果，由于其高溫?zé)煔獾臄U散距離是一定的，即只有與暗埋段相連的幾個開口能真正起到排煙作用，遠(yuǎn)離暗埋段的開口并不能起到真正意義上的排煙作用，且由于無強制導(dǎo)流氣體，則煙氣在隧道內(nèi)同時向火源兩側(cè)擴散蔓延。不同環(huán)境溫度和外部環(huán)境風(fēng)對暗埋段內(nèi)火災(zāi)影響較開孔段小，但煙氣溫度及濃度較高。環(huán)境溫度對火災(zāi)煙氣擴散影響較環(huán)

7、境風(fēng)??；如開孔段存在倒灌風(fēng)時，則煙氣基本上呈單向性擴散，與隧道存在機械導(dǎo)流通風(fēng)相類似。
　　 Kurioka等人通過小尺寸的模擬實驗，建立了經(jīng)驗的預(yù)測模型，由于開展相關(guān)的全尺寸試驗難度大，該模型能否在實際全尺寸的隧道內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用有待進(jìn)一步驗證。本文通過隧道火災(zāi)全尺寸試驗，結(jié)合CFD數(shù)值模擬對該模型進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明：該模型在實際尺寸的隧道內(nèi)仍能提供較好的預(yù)測結(jié)果。
　　 在對典型的島式和側(cè)式地鐵站臺層火災(zāi)研究中，結(jié)果表明