頂部開孔的地鐵隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性及控制方法.pdf

1、區(qū)間隧道采用頂部開孔方式實現(xiàn)自然通風(fēng)是一種新的地鐵通風(fēng)方式，這種通風(fēng)方式不僅可以節(jié)約地鐵列車正常運(yùn)營的區(qū)間隧道換氣通風(fēng)能耗，還可節(jié)省通風(fēng)設(shè)備的投資。從工程應(yīng)用的角度，采用這種通風(fēng)方式需要明確的一個重要問題是:如何以最少的開孔滿足火災(zāi)排煙和通風(fēng)換氣要求。本文針對火災(zāi)排煙問題，采用理論分析、模型試驗和三維數(shù)值模擬結(jié)合的方法，對頂部開孔地鐵區(qū)間隧道的火災(zāi)煙氣特性和煙氣控制方法進(jìn)行了詳細(xì)、系統(tǒng)、深入的研究，研究成果可以進(jìn)一步完善自然通風(fēng)隧道火災(zāi)

2、的理論，同時可為自然通風(fēng)地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)控制提供理論支撐。
　　應(yīng)用國外相關(guān)火災(zāi)煙氣控制標(biāo)準(zhǔn)NFPA130和PIARC制定了頂部開孔的地鐵區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時的煙氣參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，并且通過理論推導(dǎo)的方法得到了隧道內(nèi)煙氣綜合能見度的表達(dá)式。同時，對水平單洞雙線隧道火災(zāi)自然通風(fēng)時的羽流特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上通過火災(zāi)理論分析方法定義了隧道煙氣流量、煙氣溫度和煙氣濃度的無量綱量，并根據(jù)煙氣參數(shù)無量綱量的定義式得到了煙氣流量與煙氣溫度

3、和煙氣濃度之間的關(guān)系。
　　開展模型隧道火災(zāi)試驗和全尺寸隧道三維數(shù)值計算模擬，詳細(xì)、系統(tǒng)的研究了火源熱釋放率、隧道斷面、隧道坡度、隧道吊墻、孔口間距、孔口尺寸、火源位置、列車阻塞、初始活塞風(fēng)等因素對頂部開孔的地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)時隧道內(nèi)煙氣擴(kuò)散特性的影響。
　　煙氣擴(kuò)散特性的研究結(jié)果表明:由于孔口的排煙作用，隧道縱向煙氣參數(shù)在孔口處會發(fā)生突變;隧道頂壁的煙氣溫度在整個隧道縱向方向上均呈下降趨勢，而頂壁的煙氣濃度僅在火源段呈下降趨

4、勢，在非火源段的縱向方向上幾乎為定值;隧道內(nèi)的煙氣層厚度在火源段內(nèi)的縱向方向上幾乎為定值，而在非火源段內(nèi)經(jīng)歷了先升高后降低直至為0的過程;影響人員逃生安全疏散的煙氣參數(shù)為隧道頂壁煙氣溫度和隧道內(nèi)人員高度處的能見度?；鹪礋後尫怕蕦煔鈪?shù)的無量綱量和煙氣層厚度均沒有影響，這說明本文定義的煙氣參數(shù)無量綱量適用于地鐵自然通風(fēng)隧道火災(zāi);列車阻塞和初始活塞風(fēng)對隧道火災(zāi)煙氣特性的影響較小;隧道斷面、隧道坡度和隧道吊墻會影響到整個隧道的煙氣特性參數(shù)，

5、而孔口尺寸和孔口間距僅對非火源段內(nèi)的煙氣特性參數(shù)以及通風(fēng)孔口排煙造成影響，不會影響到火源段內(nèi)的煙氣特性參數(shù)。
　　采用三維數(shù)值模擬計算方法研究了全尺寸隧道火災(zāi)時，列車在隧道內(nèi)的位置、火源在車廂內(nèi)的位置以及著火車廂在列車中的位置對火災(zāi)煙氣特性的影響，結(jié)果表明隧道發(fā)生火災(zāi)時的最不利火災(zāi)位置為:列車最外側(cè)門窗的外側(cè)邊位于某隧道段的孔口內(nèi)側(cè)邊正下方，火源位于著火車廂相應(yīng)的最外端。
　　根據(jù)模型試驗隧道和全尺寸隧道的煙氣擴(kuò)散特性，結(jié)合

6、隧道火災(zāi)的理論分析方法得到了描述頂部開孔地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)特性的理論計算模型，包括:隧道頂壁煙氣溫度縱向衰減模型、孔口排煙量及排煙溫度模型、隧道煙氣溫度分布模型、煙氣擴(kuò)散長度模型、煙氣臨界距離模型、隧道煙氣能見度分布模型等。
　　基于隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性的研究結(jié)果以及火災(zāi)理論計算模型，建立了一套適用于地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)自然通風(fēng)的工程設(shè)計方法，具體為:單線隧道由于隧道斷面狹小，不適宜采用頂部開孔的自然通風(fēng)方式;隧道不設(shè)置吊墻時，當(dāng)距離火