大跨沉管隧道重点排烟系统设计常见问题的探讨

为了分析隧道重点排烟产烟量修正、隧道排烟口防吸穿的最大风速以及隧道排烟系统响应时间等相关疑难问题,利用NFPA规范相关算法对某大跨沉管隧道50 MW火灾进行计算。结果表明,隧道重点排烟量应考虑狭长型羽流修正系数,50 MW火灾排烟风量修正系数约是1.60~2.1;隧道防吸穿风速与隧道排烟口的布置方式及风口大小有关,大跨隧道的排烟宜采用顶部排烟方案,排烟口间距按照4H控制,排烟口宜按2.0 m×1.0 m设计,每个车道均布置一个,火灾时宜开启火灾点附近5组排烟口同时排烟;系统按照火灾报警确认后60 s启动可以保证烟气层高度2 m以上,满足人员疏散要求。     

沉管隧道单组排烟口合理开启角度研究

研究沉管隧道侧向集中排烟模式下排烟口的开启策略。采用数值模拟和物理试验2种手段,在保证流量均匀的前提下,通过调整各排烟口的有效过风面积,得出沉管隧道侧向排烟时不同排烟口开启组合工况下各排烟口的合理开启角度,为沉管隧道火灾工况下通风排烟策略的制定提供基础性数据。     

排烟口间距对双层隧道侧向排烟效果的影响研究

通过数值模拟软件FDS研究不同排烟口间距对双层隧道侧向排烟的影响。研究表明,排烟口间距对隧道顶部温度的分布影响不大,火灾初期较小的排烟口间距有利于控制烟气的蔓延,但随着火灾的发展,排烟口间距对烟气蔓延范围及能见度的影响逐渐减弱。由于排烟口位于侧墙上面,对烟气层的扰动较强,导致排烟口附近的能见度下降较快。     

超宽水下隧道侧壁排烟策略数值模拟研究

侧壁排烟是水下隧道主要火灾排烟方式之一,其排烟策略对火灾排烟效果有着重大的影响,尤其是3车道及以上的宽体隧道,排烟策略对侧壁排烟效果的影响更为明显。以某双向6车道水下隧道为例,采用数值模拟方法,分析了隧道内火灾烟气扩散和人员疏散过程,并以排烟效率和安全疏散时间为评价指标,对比分析了各种排烟策略的排烟效果。结果表明:1)纵向风能有效抑制烟雾往上游方向扩散,但同时也会增加烟雾往下游方向的扩散距离;2)纵向风对排烟效率和可用安全疏散时间存在一定影响,排烟口开启方式应结合纵向风速确定。该成果可为隧道运营管理和应急救援提供参考。     

均匀风量集中排烟隧道火灾烟气流动分析与足尺试验

隧道火灾集中排烟系统集纵向和横向排烟模式的优势,应用愈加广泛。然而在排烟过程中,大量烟气易从离风机较近的排烟阀排出,极大降低了排烟效率并浪费了能源,为解决此类问题提出均匀风量集中排烟模式的概念,通过调节排烟阀开启角度,使各排烟阀排烟量均匀一致,最大限度的将高温烟气由火源附近的排烟阀排出。基于质量、动量和能量守恒方程,以排烟道内烟流为控制体,建立均匀排烟模式下关于排烟阀流速、排烟量、排烟阀开启角度和排烟风机风压关系的理论预测模型并求出解析解;同时,以港珠澳大桥海底沉管隧道为原型,建立世界最大断面尺寸沉管试验隧道,开展足尺验证试验。研究结果表明：均匀风量排烟系统能够通过控制排烟阀开启角度平衡各排烟阀排烟量实现高效排烟的目的;提出火灾时应开启火源最近处排烟阀且在满足烟气流速限值的情况下,控制排烟阀开启数量,既能缩短烟气蔓延范围又能实现有效节能;均匀排烟模式下,各排烟阀排烟量均匀一致,排烟阀开启角度呈逐渐增大趋势,离火源越近排烟阀开启角度越小。最后,以10 MW火灾为例,通过足尺试验验证均匀风量集中排烟烟气运动理论模型的正确性。     

国内外公路隧道火灾排烟设计理念比较

目前,普遍采用的排烟模式有纵向排烟模式和集中排烟模式,其烟气控制原理与适用范围各不相同。国内外公路隧道火灾排烟设计理念差距较大,国内（除香港外）公路山岭隧道普遍采用纵向排烟模式,而欧美发达国家则更趋向于采用集中排烟模式。相比纵向排烟模式,集中排烟模式虽然会增加工程投资,但是其排烟效果和防灾能力具有明显优越性。     

侧向排烟城市道路隧道的水幕阻烟隔热性能研究

为探究侧向排烟城市道路隧道的水幕阻烟隔热作用，并为隧道的水幕设计和消防疏散提供参考，使用FDS软件对水幕模型进行数值模拟计算。在8 MW的火灾规模下，研究隧道顶部2个喷头和4个喷头2种布置方式，0.08、0.1、0.25、0.4 MPa 4种水喷头工作压力、侧向排烟量大小、排烟口间距和数量等主要因素对隧道水幕阻烟隔热性能的影响，分析比较烟气扩散范围、温度及能见度的变化规律，评估隧道疏散救援环境。结果表明： 水幕系统能抑制隧道内烟气的扩散，阻止隧道温度过快上涨，并能改善隧道内的能见度； 水幕系统在排烟量增加、排烟口间距减小、排烟口数量增加的情况下，阻烟隔热性能更明显； 水幕系统对隧道内能见度的改善作用只维持于火灾发生的前中期，后期效果将减弱，因此消防救援工作应在火灾发生的前中期开展。     

特长公路隧道半横向排烟方式研究

采用CFD三维数值模拟技术,对特长公路隧道纵向排烟方式与顶部设排烟道的半横向排烟方式的烟流控制特性进行了对比研究,同时分析了顶部设排烟道时不同开口大小和不同间距对排烟效果的影响。     

城市环廊隧道多种排烟方式组合排烟效果试验

考虑到城市环廊隧道(Urban Traffic Link Tunnel, UTLT)事故通风和火灾烟气控制的难度,为了给其提供防排烟优化设计方案,采用CO_2为示踪气体,对隧道单独采用横向排烟方式时的排烟、排热效率进行考查。对射流风机纵向排烟配合轴流风机集中排烟、射流风机纵向排烟配合排烟井自然排烟2种组合排烟方式在UTLT中的效果进行研究。结果表明:在UTLT中单独使用横向排烟时,随着排烟量的提高,排烟、排热效率增长趋于缓慢;增大横向排烟量会增加风机房与管道的占地面积,可能在城市核心区使用时遇到困难;采用火源上游射流风机纵向排烟与火源下游轴流风机集中排烟配合的方案,在轴流风机排烟量不变的情况下,仅仅依靠轴流风机的驱动力难以抑制烟气往火源上游蔓延;需要借助射流风机营造的纵向气流配合,但纵向风速过大又会加剧烟气向下游分支蔓延;采用火源上游射流风机纵向排烟与火源下游竖井自然排烟配合的方案,在纵向风速一定的情况下,须合理设置排烟井的截面尺寸与高度。     

城市环廊隧道多种排烟方式组合排烟效果试验（双语出版）

考虑到城市环廊隧道（Urban Traffic Link Tunnel,UTLT）事故通风和火灾烟气控制的难度,为了给其提供防排烟优化设计方案,采用CO₂为示踪气体,对隧道单独采用横向排烟方式时的排烟、排热效率进行考查。对射流风机纵向排烟配合轴流风机集中排烟、射流风机纵向排烟配合排烟井自然排烟2种组合排烟方式在UTLT中的效果进行研究。结果表明：在UTLT中单独使用横向排烟时,随着排烟量的提高,排烟、排热效率增长趋于缓慢;增大横向排烟量会增加风机房与管道的占地面积,可能在城市核心区使用时遇到困难;采用火源上游射流风机纵向排烟与火源下游轴流风机集中排烟配合的方案,在轴流风机排烟量不变的情况下,仅仅依靠轴流风机的驱动力难以抑制烟气往火源上游蔓延;需要借助射流风机营造的纵向气流配合,但纵向风速过大又会加剧烟气向下游分支蔓延;采用火源上游射流风机纵向排烟与火源下游竖井自然排烟配合的方案,在纵向风速一定的情况下,须合理设置排烟井的截面尺寸与高度。     

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。     

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。     

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。     

沉管隧道侧向集中排烟模式烟雾流动规律研究

为解决海底沉管隧道火灾工况下人员疏散及救援难题,以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程依托,在中国首次建立了1：1的侧向集中排烟实体试验平台,基于火源标定试验及理论分析,通过失重法和热辐射法对火源功率进行标定,得到热释放速率随燃烧时间的变化关系曲线。通过沉管隧道侧向集中排烟物理试验以及FDS数值模拟对比分析,得到了油盆火的火灾规模、油量、油盆燃烧面积三者间的对应关系。通过FDS数值模拟计算,得到了火灾峰值功率为50 MW时,在不同纵向诱导风速下,沉管隧道侧向集中排烟模式下烟雾的温度场分布规律、能见度分布规律和烟雾蔓延范围。研究结果表明：火灾峰值功率为50 MW时,随着纵向诱导风速增大,火源附近隧道顶板处的最高温度出现先升高后降低的现象;当纵向风速由1.0 m·s^-1增加到2.5 m·s^-1时,隧道内沿程各点2 m高度处的能见度呈现逐渐提高的现象,且能见度受影响的范围逐渐减小,当纵向诱导风速由2.5 m·s^-1增大至3.5 m·s^-1时,隧道下游2 m高度处的能见度出现逐渐降低现象,且能见度受影响的范围逐渐变大;采用纵向诱导通风+侧向集中排烟模式时,沉管隧道内合理的纵向诱导风速为2.5 m·s^-1。     

深中通道海底隧道排烟系统总体方案

为解决超大断面海底沉管隧道火灾排烟及防灾救援难题，依托深中通道沉管隧道工程，在传统全侧壁排烟方式不能满足火灾排烟的情况下，提出利用顶部横向排烟联络道结合侧壁排烟孔的新型排烟体系，解决超长、超宽沉管隧道火灾排烟难题。与传统全侧壁排烟方式相比较，新型排烟系统可充分利用烟气流动特点，排烟效率明显升高，可用疏散时间得到较大幅度增加，进一步提升了超大断面海底沉管隧道防火安全性。针对水下枢纽互通结构形式及通风流场特点，提出水下枢纽互通区的排烟和疏散方案。入口合流匝道段采用纵向通风+吊顶排烟道方案，并在分岔及合流位置重点排烟或设置竖井排烟，可有效控制火灾烟气。在设置防灾设施的条件下，结合周边路网交通特点、救援力量分布情况等，建立深中通道沉管隧道防灾救援技术体系。     

排烟阀设置对隧道集中排烟效果影响研究

为了获得集中排烟隧道中排烟阀设置参数对排烟效果的影响规律,结合某大型过江隧道防排烟工程实际,根据隧道实际交通情况,设定了火源规模,并设计了数组隧道火灾工况,采用火灾动力学模拟软件FDS构建了集中排烟隧道模型,通过对不同火灾工况下隧道内2 m高处能见度、烟气蔓延范围及排烟阀效率等排烟效果指标的定量分析,获得了单向排烟和双向排烟两种集中排烟模式下单个排烟阀面积、间距、开启个数及形状对排烟效果的影响规律。结果表明：无论单向排烟还是双向排烟,单个排烟阀面积、间距及开启个数三种因素共同影响着排烟效果,一味的通过增大或减小其中的一个因素来提高排烟效果的做法是不可行的;但相同的排烟阀设置即相同的单个排烟阀面积、间距及开启个数时,单向排烟模式比双向排烟模式隧道内烟气蔓延距离小,但总排烟阀效率要低于双向排烟时的排烟阀效率,同时,单个排烟阀形状为矩形时排烟效果较好。     

超大跨度水下隧道侧部集中排烟适用性研究

以超大跨度水下隧道为研究对象,基于FDS火灾数值模拟方法,构建矩形水下隧道侧部集中排烟计算模型,通过对不同火灾工况下隧道内烟气分布及排烟效率特性进行研究,得到侧部集中排烟在不同宽度隧道内的适用性。研究结果表明:随着隧道宽度增加,隧道横断面风速衰减明显,侧部集中排烟效率降低,对于单向4车道以上宽度的超大跨矩形隧道,火灾时侧部集中排烟适用性较差,且不利于人员疏散。     

特长海底公路隧道排烟孔数模分析及优化

针对某海底特长公路隧道火灾工况下重点排烟方案,运用CFD方法建立1∶1的三维数值仿真模型,模拟不同火灾工况下,不同排烟孔型式对应隧道内的风速、静压以及污染物浓度的分布,得到结论:2×1.5m×2m组合排烟孔附近区域静压变化梯度较小,风流分布较均匀,有利于将有毒气体控制在一定范围内排出,排烟效果较好;在排烟能力满足要求的情况下,仅开启风道一端排风机时,排烟孔风量分布沿隧道排风方向呈减小趋势,距事故位置最近的排烟孔风量最大,有利于控制有毒气体扩散范围.     

公路隧道独立排烟道集中排烟缩尺寸模型试验研究

介绍了独立排烟道集中排烟系统的缩尺寸隧道模型试验研究的方法,并采用该方法分析了这种排烟系统在火灾工况下,对烟气的控制效果以及各参数对烟控效果的影响程度,探讨关键影响参数的设定方案,对各影响参数的选取进行评价并给出建议.     

南昌红谷水下互通立交隧道通风排烟组织研究

为研究水下多匝道互通立交隧道的通风排烟特性,及时有效地排除隧道内烟气,以南昌红谷隧道为工程背景,应用CFD技术和现场试验的方法,对火灾时纵向排烟条件下不同纵坡和火源位置的烟气蔓延特性进行研究,分析坡度、火源与匝道位置等多因素耦合对烟气蔓延特性的影响。主要结论如下： 1)隧道东岸进口匝道排烟临界风速需大于2.5 m/s,各匝道射流风机均应开启,以保证匝道间分岔部位无串烟现象; 2)东岸出口匝道曲度大,隧道阻力较大,排烟临界风速为3.0~3.5 m/s时控烟效果较好,并宜选择流线顺畅、烟气流程较短的匝道进行排烟; 3)根据进出口匝道烟气蔓延特性的差异和相应试验条件下测算的排烟时间,提出对应的排烟策略,调整风机原设计的运行模式,以达到优化排烟气流组织、提高排烟效率的目的。