公路隧道防灾救援技术手段

公路隧道防灾救援技术第二部分公路隧道防灾救援技术研究手段一、模型试验研究二、三维数值模拟研究三、重要结论主要内容一、模型试验研究1、隧道火灾试验研究现状2、模型试验

目前，世界上关于火灾试验总共有三大类，即：（１）等比例模型试验（２）在运营前或运营时的隧道中进行试验（３）小比例模型试验1、隧道火灾试验研究现状（１）等比例模型试验Ofenegg隧道（1965年瑞士）试验：目的：研究瑞士的60个隧道工程在火灾情况下的通风量场地：Ofenegg铁路隧道，把隧道距入口190m处进行封闭试验内容：采用6.6m2到95m2的汽油燃烧床模拟了大约11组火灾测试的内容：温度、风速、气体浓度（CO和O2）、能见度Zwenberg隧道（1975年奥地利）试验：目的：奥地利两项主要的高速公路工程通风系统：纵向通风方式和半横向通风方式两种系统试验内容：30组火灾试验，燃烧床6.8m2～13.6m2测试内容：温度、气体浓度（CO、CO2、NOx和O2）、不透明度和燃烧率PWRI试验（1982年日本）：场地：采用700m长的导洞和3300m长的公路隧道试验内容：火源点采用汽油燃烧床（4m2试验10组，6m2试验2组）、客车（试验6组）和公共汽车（试验6组）来模拟测试内容：纵向空气流速的影响Repparfjord隧道（1990～1992年挪威）试验：场地：在Repparfjord隧道（一个废弃的长达2.3km的采矿导洞（毛洞、横断面变化范围为30～40m2））人力物力：集中了9个欧洲国家的人员参与。试验花费经费在1千万美元试验内容：采用铁路和地铁车辆、客车、载重车辆及按要求分级的火灾（庚烷燃烧和木材堆燃烧）进行21组模拟试验测试内容：空气和墙壁的温度、流速、不透明度、气体浓度、烟雾运动等Memorial隧道（1993～1995年美国）试验：场地：位于西维吉尼亚的Memorial隧道（一条废弃的长850m的公路隧道）通风方式：全横向通风方式和纵向通风方式两种人力物力：这项试验是由联邦公路管理局和马萨诸塞州波士顿Artery隧道工程共同提供经费而进行的，试验花费为4千万美元测试内容：采用柴油燃烧床模拟火灾进行了大约91组试验。热量释放率从10MW（4.5m2）～100MW（44.4m2）。（２）在运营前或运营时的隧道中进行试验

证明在发生火灾的情况下排烟系统是否能够正常工作。这项试验近期的发展说明了通风的效率与通风风量和通风操作方式两者均有关联。因为这点从来没有被有关建议或是规范所论述，所以为了对火灾（火灾点位置、热释放率、自然通风等）做出最佳反应，进行详细而明确的研究是很有必要的。

为了检验隧道操控者遇到火灾情况时如何做出反应。试验也可以与火灾消防演习和救援评价联系起来。如：（1）Puymorens隧道火灾试验

（2）Chamoise隧道火灾试验（3）雁门关隧道防灾演习（4）北碚-西山坪隧道群防灾演习这种试验存在的问题有：（1）目标单一（2）火灾规模小（不会超过5MW）（3）火灾持续时间短目的：体现发生在隧道内部的火灾发展现象优点：与等比例模型试验相比，这种方法会节省大量的时间和金钱。由于其能够用激光或是染色的流体来显现烟雾，因此它的结论也是令人信服的。应用：对于隧道设计，很少采用这种试验。（３）小比例模型试验小比饱例模厅型试棉验一究般有肝三种滩模型赵：热力层模型资：由真专实火猛灾的疯不同欲火源膀组成凉，表素述了坟热量帝与墙绕壁之向间的偿热传朴递，跌表达琴了逆码流距狼离、茄坡度刮、热尘释放考以及钢与墙涛壁间芒热交旗换之评间的词关系根，不折能够价控制竞与原救型相袋同的编热辐院射（勤即火症源放磨热量茶）等温画变化缎模型女：火源俱是用也轻气挺体和逃空气办或者模是氮蜡气的顽混和猾物来狱模拟困的，兰不能败描述摘与墙抹壁之膏间的鸣热交攻换，腥通常宴用这姑种模杠型来权模拟咸逆流砍层长甘度，兔模拟惜横向惕通风评中阀河门调皱节对挠烟雾剃扩散剩效应益的影爱响是贷有效旁的水力填模型址：不能姑体现债与不蛙同密偏度有拾关的寻浮力征作用服（重枣力是名一个些常数区），疫仅限被于液侧态，仆对应筛的释策放的初热量烘很低哭，更锅高的倍热量描释放缠率只宽能基泥于一遭些假汉定来万进行能模拟小比刘例模每型试吼验缺捕陷：（1）热宪力模立型：不能发够控骡制热喘辐射垃。（2）等握温变隔化模姨型：不能破描述尺热交农换。（3）水钱力模另型：不能握体现猫浮力华作用瞎。（１葬）相里似关直系（２酱）试尾验系斑列（３遥）模袜型设攀计与此安装（４删）断优面和泽测点损布置（５然）测注试系蠢统（６喘）结拳果分图析２、私模型窝试验（１栽）相雄似关息系几何据相似尽量山选择犯大几摩何比缝例模悉型，骗纵向忍尺寸呈可以瞧采用逃变态堪摩阻元。流动吊相似保证需摩阻末系数场（相本对粗席糙度腿）相叹等，天相对勤粗糙价度相格等→煮表面乎粗糙默度相恼等→著使模刃型流辞动进罚入充眼分发董展的牵紊流急即可乒。温度潜场相欺似试验葛中保我证等包风速倍即可狮以满轧足温无度场自分布较相似姑的要立求。压力也场相拆似海拔而高程爸相差恭不大竖时，胀重力申影响嚷微弱她，可新认为启压力胃场相滑似。（２脊）试该验系蝴列（３竟）模驳型设弊计与额安装（４必）断谷面和胸测点权布置ABCEFGHIKM

DJL燃烧床80m56m40m28m18m10m6m2m2m6m（５袋）测园试系场统CAN总线压力探头风速探头变送器温度探头采集器采集器采集器变送器（６条）结嘉果分雄析►火灾时隧道内烟雾性态分析►火灾时隧道内压力场分析►火灾时隧道内温度场的分布烟雾的扩散规律火灾烟流逆流层的性态压力场状态火风压研究燃烧温度温度场分布分析内容隧道内风速的变化二、拦三维汪数值欺模拟暂研究1、数常值模小拟系颂统2、数触值模精拟系撕列①专喜家系血统②区歉域模珠拟③网央络模贡拟④场脂模拟⑤混患合模财拟直接拣数值诞模拟偿法（DN倘S）雷诺枪平均伪法（RA锻NS）大涡蜜模拟筒法（LE撇S）１、已数值购模拟怜系统可以付使用闻通用棍商业嫂软件要进行残火灾农模拟说，如ST习AR纳-C熟D、PH芒OE陡NI蜂CS、FL舅UE符NT、CF化X等。（１珍）单乒隧道吴火灾幕三维记数值沈分析（２万）双饭隧道昌火灾抵模式母下通秤风组贤织三时维数挖值分胸析（３窃）送喷排式倾通风要模式雪下隧细道火锡灾通筹风三恰维数覆值分通析２、宜数值颜模拟汤系列1、隧狮道火婚灾区榆域划责分：借三个销区域激，即热火区梦上游僻、火惜区和团火区亦下游2、火定区温鸽度分忘布变且化规闭律（1）隧唉道火讨灾过墙程的木三个叫阶段票：即枪发展洽阶段拔、稳泻定阶陈段和版衰减跨阶段粒。（2）最排高温少度变溜化规菠律：潮起火勤后的2～10木mi茧n内著达到骆最高剂。（3）温似度梯税度变布化规青律：树经过2～4分钟邻，即乞达最肠大。三、壮重要广结论（4）通础风风裹速对喘最高饶温度达的影蠢响：磁最高配温度指达10乞000C（5）最六高温猪度在秋横断晴面上召分布汉：下窗部高虏上部粉低。3、火滚区上屈游温味度分宿布变箩化规管律通风妨风速袋总能浆保持擦大于2m碑/s，高称温烟开流将宴不会舞产生唱回流司，此谊时，乓火灾泼对上串游的物影响臭距离棒不超壶过30破m，主朵要是骑热辐见射影裕响。4、火榆区下漏游温腰度分宇布变解化规许律（1）火恐区下掌游温模度的塑扩散句速度橡与此疗段的喝通风乌速度骡相当踏。（2）火难区下售游15婆0m范围毯内处灶于涡赶流状什态（3）同礼等火竞灾规漏模下杯，当货风速谷为2～3m适/s后，仪温度劫最高瓶。（4）火评区下循游温温度分诉布在一殊定的揪通风弓风速客下，学火区琴下游湾最高晋温度押在25行0℃以上千的区役段长善度在80犁0m左右氧。一荒人高都度处挥，火既区下炕游最乘长在25日00择m左右毫温度怖达到厉人可波忍受虫的程得度。5、火口灾情脸况下邀烟流湾分布骨规律（1）不牛产生前回流晋风速温为2m款/s。（2）不疫通风结情况寄下，预烟雾田的纵珍向扩秤散速喇度为1～2m仍/s，厚丢度方牛向的轮扩散零速度备约为2～4c礼m/布s。（3）在津纵向炼通风别情况城下，梦烟流摔的扩汪散速痛度与纪此段缴的通哗风速陷度相软当。6、CO浓度瞒场，篮最高滔大于10怜%。7、O2浓度势场，阵最低州小于16们%。8、火得源处蹦密度浮最小黄为1/尊6正常埋密度桐，火县源下袄游最嚼小密污度为1/妥2正常扩密度度。9、火灾历温度耐随距笋离变管化计搂算方坊法10、火灾抢温度壶随时敏间和袄距离捡变化俯计算升方法11、火好灾节厦流效概应烟珍流阻最力的淹计算蜘方法12、火构风压寻计算木方法13、烟絮流阻束力计酿算方葛法14、风嘱机布猾置原柜则：5k刊m以下难隧道裤尽量蒸考虑吼风机致两端沫集中夸布置碧为主迅，5k幸m以上拜隧道还尽量翅考虑宗风机阀分散纲布置括。根跃据正杠常通膊风要淘求，是确定闲风机下数量元。以踩满足引正常闷通风亲压力头要求读布置贱风机叹。根意据火观灾通顾风要穿求，浓修正越风机狐数量蝴，集绩中布扩置时乘适当间考虑直风机