秦岭终南山公路隧道初期运营通风研究

秦岭终南山隧道通风设计采用三竖井送排式纵向通风。目前,隧道通风系统中的竖井尚未正式投入使用,隧道内射流风机所构成的全纵向通风系统,能否满足当前交通流量状况的供风要求,以及火灾状况下提供的风速是否大于临界风速,是我们所关心的焦点。为此,本文通过计算,着重分析在现有通风条件下,在正常运营和火灾工况下,洞内可容纳的最大车辆数。据此,就秦岭终南山公路隧道初期运营通风状态作出评价或建议。     

火灾模式下公路隧道竖井温度场分布试验研究

公路隧道发生火灾时,高温和热烟气对隧道威胁巨大,竖井的烟囱效应严重影响温度和烟气的扩散,目前对竖井内温度发展情况的研究甚少。为分析火灾发生后竖井内的烟流特性及温度场的分布规律,利用大比例模型试验,以秦岭终南山公路隧道为研究对象,考察了不同火源点位置、通风工况、火灾规模情况下竖井内温度场的分布规律,对分析其它长大公路隧道火灾时竖井内温度场的分布也有一定的借鉴意义。     

基于流体力学相似理论的“互补式+排烟竖井”组合通风模型试验研究

为研究"互补式通风+排烟竖井"组合通风方式隧道内风速变化规律,采用物理试验研究手段,对初步拟定的隧道通风方案进行模拟研究。针对营尔岭隧道建立1∶10的通风物理模型,观察隧道模型各区段内气体的流动状态。研究结果表明:竖井采取排风状态,打开上行隧道竖井阀门,增大竖井风机频率时,上行隧道送风段及其短道段风速保持稳定,排风段风速减小;下行隧道送风段内竖井到隧道出口段风速减小,竖井到右线横通道段风速保持稳定,短道段和下行隧道排风段风速增大;打开下行隧道竖井阀门,增大竖井风机频率时,上行隧道内的风速均保持增大;下行隧道排风段风速有缓慢增加趋势,但总体上各个区段的风速基本保持稳定。     

公路长隧道纵向组合通风计算方法及应用

本文运用气体动力学的动量守恒与能量守恒方程建立隧道竖井送排式组合通风计算方法，并结合我国最长的公路隧道某工程，产井送，排风量，风速，压力，浓度比及与射通风等进行计算分析，提出优化量，提供竖井通风设计依据。     

公路隧道通风竖井施工方法

0 引言 随着高等级公路的不断发展,山区隧道也越修越长.从目前的工程实践来看,5 km以上的特长隧道如不采用分段式纵向通风,洞内风速很可能超过《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）的规定（10 m/s）[1].另外,如果发生火灾时,隧道内的排烟路径不能太长,应尽可能分段通风、分段排烟,而实现分段通风的最主要手段就是设置通风井.在公路隧道通风井的选择上,竖井可以大大减小通风阻力,从而降低通风运营费用,所以从国内外的发展趋势来看,越来越多的隧道工程通风井选择了竖井.     

四洞公路隧道火灾模式下烟气控制标准研究

为了确定四洞公路隧道火灾模式下的烟气控制标准,通过理论公式计算得到火灾隧道内防止烟气逆流的纵向临界通风风速,并采用火灾动力学软件FDS进行对比验证,同时研究阻塞场景下在相邻安全隧道内进行反向通风的控烟模式,得到阻止烟气经火源下游的横通道蔓延到安全隧道的临界风速。结果表明:Kennedy理论公式计算的结果与FDS模拟结果吻合较好,确定三车道隧道火灾模式下临界风速为2.2m/s,双车道为2.3m/s;阻塞场景下,三车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于3.5m/s,双车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于5.5m/s。     

特长公路隧道纵向一半横向混合通风方式研究

介绍了一种纵向—半横向混合通风方式,双洞单向、单洞双向交通时中间半横向通风段的长度分别可达到6.0、10.0 km。利用一元流伯努利方程,以典型通风单元为研究对象,详细地推导了这种通风方式的所有计算方程。通过具体数值算例,研究了这种混合通风方式在单向交通和双向交通时的风压、风速分布,论证了纵向—半横向混合通风方式在特长公路隧道通风中应用的可行性。为解决特长公路隧道纵向通风分段太长和中间竖井过深的困难,实现公路隧道通风方案选择的计算机程序化提供了很好的帮助。     

单洞双向公路隧道火灾场景临界风速研究

为解决公路隧道典型火灾场景通风排烟问题，以单洞双向公路隧道为研究对象，利用FDS软件采用数值模拟的方法对单洞双向公路隧道典型火灾工况下的临界风速面临的多种类型的影响因素进行分析研究，并获取相应的模拟数据；以不同类型的影响因素作为神经网络输入，临界风速作为网络输出搭建LSTM网络模型，并根据试验数据进行网络性能分析。结果表明：LSTM网络模型的预测值与期望值的最大相对误差不超过0.03,具有良好的准确性，在数据的精度方面可满足隧道消防工程的精度要求，较为准确地预测了多种因素作用下的典型火灾场景临界风速，为临界风速的研究提供了一种新方法，有助于进一步提升公路隧道安全运营。     

双竖井送排式通风方式的数值解析及运营经济性研究

以流体力学为基础,建立了公路隧道双竖井送排式通风方式的流量平衡方程和压力平衡方程。基于二分法数值求根方法，提出了流量平衡方程数值解的求解过程，并对迭代计算过程中初始试算值的界定、计算约束条件的选取作了介绍。以二分法为核心算法，采用面向对象的编程语言VBA (Visual Basic for Application，以下简称VBA)编制了“双竖井送排式与射流风机组合通风方式”计算程序（以下简称通风计算程序），该程序已经在多座公路隧道的通风系统设计中得以应用，并取得了良好的效果。最后从经济风速和设备运营控制两个方面，介绍了提高运营通风经济性的策略和措施。     

公路隧道内火灾烟气温度及层化高度分布特征试验

通过在云南昆明—石林高速公路阳宗隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下公路隧道内火灾烟气温度及层化高度沿隧道的分布特征进行了研究。结果表明:拱顶下方烟气温度沿隧道呈幂指数分布;纵向通风速度对烟气层高度沿隧道的分布有重大影响,纵向风速较小时,烟气可以在隧道上部空间维持较好的层化结构,不会影响火灾发生时人员的安全疏散,而较大的纵向风速将导致烟气层高度沿隧道迅速降到地面,对火灾发生时的人员疏散造成威胁。     

单向坡特长公路隧道的通风系统设计

为了分析单向坡特长公路隧道通风系统的特殊性,并满足其正常行车环境卫生标准和火灾排烟问题,采用需风量分析及多方案技术经济综合比较的方法,用单斜井送排式纵向通风模式解决了上坡隧道与下坡隧道需风量不平衡及火灾排烟问题。     

城市浅埋隧道竖井排烟烟气逆流的影响研究

为研究浅埋隧道中烟气逆流长度的影响因素，以武汉东湖隧道为工程背景，采用量纲分析法，构建竖井排烟隧道内火源上游烟气逆流长度无因次表达式，并通过数值模拟，量化研究火源热释放速率、纵向送风风速、竖井与火源距离、竖井宽和高对火源上游烟气逆流的影响。结果表明： 上游烟气逆流长度随火源热释放速率、竖井与火源距离增长而增大，但当超过一定值时，烟气逆流长度均趋于稳定； 随着隧道纵向风速和竖井宽度的增加而减小，且不受竖井高度变化的影响； 同时，火源热释放速率与纵向风速的影响明显强于其他因素。创新性推导出了考虑火源热释放速率、纵向送风风速、竖井与火源间距、竖井宽度情况下火源上游无量纲烟气逆流长度的预测公式，且与数值模拟结果良好吻合。     

6 km长公路隧道全射流纵向排烟现场实体火灾试验研究

为研究6 km长公路隧道全射流纵向排烟的可行性与有效性,依托羊鹿山隧道开展全射流纵向排烟现场实体火灾试验。试验在不利于排烟的下坡隧道（左洞）内进行,考虑5、10 、20 MW3个不同等级的火灾规模,并对不同工况下隧道内沿程风速、排烟时间等进行研究。通过对不同火灾工况下油盘火现场试验,得出如下结论： 1）现场火灾试验期间,羊鹿山隧道左洞内自然风速为1.0~1.6 m/s,与排烟方向相反,为排烟阻力; 2）隧道内开启6组以上风机时,下坡隧道内沿程风速大于3.0 m/s; 3）根据5、10、20 MW油盘火排烟试验结果,采用全射流纵向排烟方式能将隧道内烟气全部排出洞外,且从点火开始到烟气全部排出洞外的时间约为30 min。     

高海拔公路隧道火灾烟气控制临界风速研究

为了探究高海拔与低海拔公路隧道火灾燃烧特性的差异,掌握高海拔隧道火灾烟气控制临界风速计算方法,给高海拔隧道防灾通风及人员疏散设计提供参考,建立1∶16的缩尺寸移动式水平模型隧道试验台,对海拔高度为504、3 297、3 544、4 103、4 446 m的5个地点开展隧道火灾热释放率试验研究,并采用三维数值计算方法和量纲分析,对不同海拔高度、不同火灾热释放率工况下水平隧道内烟气控制临界风速进行研究和分析。结果表明：在油盘尺寸相同的情况下,随着海拔高度的增加,火灾热释放率明显减小,燃烧时间显著增长,当海拔超过3 000 m时,高海拔地区隧道稳定段火灾热释放率仅为海拔504 m隧道火灾稳定段热释放率的60.9%。隧道火灾临界风速随着海拔高度的增加而增大,其表现出2种典型变化规律：火灾热释放率大于30 MW时,海拔高度对临界风速影响较小,同一火灾热释放率下,海拔5 000 m时隧道内临界风速较海拔0 m时提高了不到2%;火灾热释放率小于30 MW时,海拔高度对临界风速的影响显著增强,且随着热释放率的减小影响不断增大,当火灾热释放率分别为5.73、12.67 MW时,海拔5 000 m隧道内临界风速较海拔0 m时分别提高了26%和13%。基于高海拔隧道火灾热释放率及隧道火灾临界风速的变化规律,提出了典型双车道高海拔隧道火灾烟气控制临界风速的计算方法。     

基于圆形断面的隧道温度场有限差分计算模型

除了少数圆形隧道外,大部分山岭交通隧道断面采用马蹄形或端墙式等形状。在隧道温度场的预测中,圆形断面模型能否代替马蹄形等实际隧道模型,其适应性值得研究。应用基于空气－衬砌－围岩的对流－导热耦合作用控制方程的有限差分方法,建立圆形断面模型对东北寒区马蹄形隧道温度场进行计算,并与现场实测温度场进行对比。结果表明： 1) 圆形断面隧道模型有限差分计算方法克服了通用有限元软件建模复杂、对硬件要求高的弊端,考虑了隧道内风流速度和入口风流温度的影响,在隧道温度场的预测计算中能够满足工程使用要求。2）隧道内风流速度和入口风流温度对隧道温度场影响较大。本文算例中,入口风流温度每升高10 ℃,二次衬砌表面温度升高约7.2 ℃,增幅均匀;从1～5 m/s,洞内风流速度每增大1 m/s,二次衬砌表面温度降低的幅度为6.6、2.7、1.5、0.9 ℃,降幅越来越小。     

武汉三阳路公铁合建越江隧道通风设计

武汉三阳路隧道为穿越长江的城市公路和轨道交通合建隧道,具有环保要求高、长度长和空间受限等特点,通风排烟系统设计难度大,且影响隧道的投资、运营费用、行车安全和防灾救援。为了解决洞口环保问题,对不同通风方案的气流组织、初期投资和运营费用进行研究,确定了竖井送排式纵向通风方案;针对公铁合建防灾要求高的特点,结合横断面布置,合建段公路隧道采用重点排烟,地铁隧道采用分段设置排烟道的纵向排烟方式,并采用模拟分析的方法对典型火灾工况进行了仿真计算,验证了排烟效果。     

隧道火灾烟气流动的数值模拟

分析了隧道火灾的特点，运用场模拟的方法，利用商业CFD软件PHOENICS3．5对一工程实例进行了数值模拟，研究了不同纵向通风速度下，该公路隧道火灾烟气的浓度场、温度场等的蔓延规律，为研究烟气的流动情况和制定疏散方案提供重要参考依据，并提出了控制火灾、满足火灾救援和人员疏散的有效措施     

倒虹吸隧道智能排污结构构想与数值分析

为减少甚至解决倒虹吸隧道中污物沉积和堵塞问题，提出一种新型倒虹吸隧道工作井智能排污结构。利用SolidWorks软件对隧道及工作井进行建模和数值模拟优化，并进行物理模型试验验证。研究结果表明： 1）外加辅助块体有助于降低湍流位置，而在一定范围内改变入口处水流流速对引水结构的影响不大； 2）在工作井内加入矩形三角块和在入口区加阶梯双三角块、出口区加矩形三角块是倒虹吸隧道较优的智能排污结构方案； 3）雨水方沟断面尺寸大小会对水流湍流位置和流速分布有所影响，但添加适当的辅助块仍具有较好的智能排污效果。     

冷凝对隧道通风热压的影响分析

为研究空气水分冷凝现象对隧道通风热压的影响,采用现场实测的某地下通风隧道空气参数以及文献中某隧道自然通风的测试数据,对选用的有限差分法隧道通风传热传质过程及热压计算数学模型进行了验证;并采用数值模拟方法研究分析了不同隧道入口空气温度、相对湿度及通风速度条件下,隧道内空气冷凝现象、沿程空气温度以及热压的变化规律。研究结果表明:冷凝会增大空气与壁面的传热量,使隧道内的空气降温速度减慢,导致通风热压变小,并且该影响会随入口空气温度与相对湿度的升高而增强,随风速提高而减弱;当未发生冷凝时,隧道沿程空气温度分布及热压几乎不受空气湿度的影响。以一个全纵向通风的地下隧道为例,在4~8月,隧道会出现较大范围的冷凝现象,考虑冷凝计算所得热压比不考虑冷凝时低30%,对应的自然风风速平均偏差为0.5 m·s^-1;在其余月份,不考虑空气冷凝计算所得通风热压与考虑冷凝时相同。因此计算湿热季节通风热压或对应的自然风风速时,应考虑冷凝的影响;其余季节可按不考虑冷凝的方法简化计算隧道热压。     

青藏铁路西格二线关角隧道关键技术

青藏铁路西格二线关角隧道是我国首座长度突破30 km的铁路隧道,文章介绍关角隧道的主要修建新技术： 采用斜井分隔风道新技术和斜井皮带机出碴配合钻爆法掘进的新技术,加大供风量,减少污染,提高效率,克服高寒缺氧难题;采用岩溶裂隙水综合注浆技术及合理的排水配置,解决持续高压涌水难题;采用调整结构形式、加强初期支护和允许适度变形的技术方案,解决宽大断层束大变形问题;通过严格的计算,首创采用活塞风解决30 km长隧道运营通风技术方案,研究隧道内火灾烟气分布规律后,采用安全隧道射流风机加压和事故隧道均衡分散式竖井排烟新技术,形成防灾救援新技术。文章介绍关角隧道建设所取得的技术成就,以期对后续的高原特长隧道起到指导,达到推动中国铁路隧道技术进步的目的。