城市隧道交通和地鐵站火災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，但也給預防其重特大事故發(fā)生，特別是火災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表明，隧道火災一旦發(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，造成重大災害事故。隧道工程結(jié)構(gòu)復雜、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，研究隧道火災的煙氣流動特性，有效地排除煙氣；有利于減少災害損失及安全疏散，其工程設計與實際應用意義十分重大。
　　 火災煙氣流動是一種復雜的浮力驅(qū)動流，但由于隧道自身狹長及其縱向風的作用，使得隧道火災煙氣流動比一般建筑火災更為復雜、特殊。本論文首先采用計算流體動力(CFD)方法，針對不同通風排煙方式的地下公路隧道在不同的

3、環(huán)境溫度、風力情況下的火災煙氣流動特性進行了模擬分析；其次對自然通風排煙條件下的地下公路隧道進行了火災實際規(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.等人提出的預測隧道拱頂最高溫度的理論模型(公式)進行了驗證；由于地鐵交通與地下公路隧道的不同處之一是前者除設有供乘客上、下的車站臺外，其隧道在靜態(tài)時的火災煙氣流動特性與后者基本相似，因此，在地鐵隧道火災的研究中，側(cè)重屏蔽門、樓梯不同位置設置及其開口朝向等對地鐵站臺層火災

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上，對隧道火災的煙氣控制策略提出了有針對性的修改變更建議，為隧道火災防排煙系統(tǒng)的工程設計提供了技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。
　　 對于“Y”型玄武湖隧道火災，研究表明：在同等火災工況規(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、環(huán)境溫度。由于不同著火位置所對應的機械通風模式有所不同，煙氣蔓延擴散情況差異較大。隧道中部著火時，采用風機導流和豎

5、井排煙相結(jié)合的通風模式，煙氣沿著導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，僅采用風機導流的通風模式，導煙氣流流經(jīng)隧道漸變段后導流作用減弱，使得煙氣同時向火源上風側(cè)和下風側(cè)蔓延。環(huán)境風力對隧道內(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，應改變其原有的防排煙模式，開啟集中排煙風機排煙。
　　 對于“一”型龍蟠中路隧道火災，研究表明：在同等火災工況規(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、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，由于其高溫煙氣的擴散距離是一定的，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)境風對暗埋段內(nèi)火災影響較開孔段小，但煙氣溫度及濃度較高。環(huán)境溫度對火災煙氣擴散影響較環(huán)

7、境風??；如開孔段存在倒灌風時，則煙氣基本上呈單向性擴散，與隧道存在機械導流通風相類似。
　　 Kurioka等人通過小尺寸的模擬實驗，建立了經(jīng)驗的預測模型，由于開展相關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)進行應用有待進一步驗證。本文通過隧道火災全尺寸試驗，結(jié)合CFD數(shù)值模擬對該模型進行了驗證，結(jié)果表明：該模型在實際尺寸的隧道內(nèi)仍能提供較好的預測結(jié)果。
　　 在對典型的島式和側(cè)式地鐵站臺層火災研究中，結(jié)果表明