高海拔大规模铁路隧道群防灾疏散救援工程关键技术探讨

随着铁路路网向西部地区扩展,高海拔铁路隧道数量显著增加。高海拔地区具有低气压、低温和低含氧量的特点,且自然环境条件恶劣,一旦发生火灾等灾害,烟气扩散速度加快,但人员疏散能力降低,严重影响受困人员的生命安全。鉴于此,文章采用现场实测、理论分析、数值模拟等多种研究手段,给出了铁路隧道群划分标准,洞口间距小于250 m定义为毗邻铁路隧道群,洞口间距大于250 m小于400 m定义为连续铁路隧道群;探明了高海拔地区人员疏散能力下降规律,海拔每升高1 000 m,人员疏散能力相较平原地区约下降11.28%;得到了考虑坡度和海拔高度的人员疏散能力综合折减系数;综合考虑海拔高度、坡度等因素,给出了紧急救援站上下坡方向隔离区长度分别应不小于700 m和200 m的建议;依据烟气扩散规律和人员疏散能力等参数,给出了洞内外紧急救援站、紧急出口和避难所等防灾救援土建结构的设计建议,提出了适用于高海拔铁路隧道的救援模式。     

高海拔特长铁路隧道紧急救援站位置选型研究

为给高海拔特长铁路隧道紧急救援站位置选型提供理论依据,进而完善高海拔铁路隧道防灾疏散救援设计要求,文章以某典型高海拔特长单洞双线隧道为依托,分别采用火灾动力学三维模拟软件FDS及人员疏散软件Pathfinder建立全尺寸火灾模型和疏散模型。通过分析不同海拔高度、不同紧急救援站位置时站内纵向可见度、温度分布规律及人员必需疏散时间分布规律,得到各情况下人员可用安全疏散时间及必需安全疏散时间,进而明确不同海拔高度下紧急救援站位置。研究结果表明:海拔高度在3 000～4 000 m时,人员可用安全疏散时间、必需安全疏散时间均满足6 min要求;高海拔铁路隧道位置选型应以人员必需安全疏散时间最短为原则;海拔高度为3 000m,3 500 m和4 000 m时,紧急救援站最佳位置分别为距洞口10 km,20 km和15 km处。     

西华岭隧道火灾疏散救援通道参数研究

西华岭特长公路隧道位于浙江省诸暨至永嘉高速公路金华境内,按双向四车道平行分离式山岭公路隧道设计,设计行车速度为80 km/h,其中左隧道长4 291 m,右隧道长4 312 m.设计采用全射流风机纵向通风方案.文章通过对该隧道火灾蔓延和烟气扩散规律、人员疏散安全分析及逃生救援方案的研究,确定了车行横通道和人行横通道的间距及相关疏散参数.     

从烟气迁移谈轨道交通区间隧道的火灾探测

轨道交通区间隧道的火灾烟气控制有多种模式,关键是对火灾位置的准确判断。隧道内受到列车行驶的影响,高温烟气的扩散会异于常规的火灾烟气分布和扩散规律,提出了以烟气迁移规律为导向的车载火灾探测方案,为在区间隧道发生火灾时第一时间启动事故通风模式,组织人员疏散和火灾救援创造有利条件。     

高落差螺旋隧道运营期通风特性研究

为了研究螺旋结构隧道的通风特性,选取云南某高落差螺旋隧道为研究对象,对其不同工况下的隧道通风情况进行数值模拟分析。研究结果表明,从整体来看,隧道内的通风气流分布受隧道螺旋结构影响不大,但在每台射流风机的作用区域内,风速在隧道内外侧的纵向衰减特征并不相同,并会发生部分气流回流的情况。在火灾工况下,存在一段长约30 m的烟气逆流区,相比正常通风工况,火灾工况下的隧道内平均风速较大。     

太行山特长隧道防灾通风方案探讨

根据太行山隧道防灾救援具有多个进、出口通风的特点,运用网络通风理论,建立隧道复杂通风系统的计算模型.针对1号救援站防灾救援利用5号斜井送风、专用竖井排烟的纵向式通风方案进行计算对比分析,结果表明.该通风方案可以优化为取消专用竖井,利用5号斜井或隧道排烟,这样既减少了工程投资,又便于运营管理.     

八达岭地下站区间隧道火灾控制研究

采用FDS软件对八达岭地下车站相关隧道段的火灾工况进行三维数值模拟计算,结果是火灾强度为20 MW时隧道段的临界风速为3 m/s;采用一维数值模拟方法研究分析了火灾发生在隧道段不同位置时的通风方案,结果表明:合理的利用竖井内轴流风机,可以最大限度地减少隧道内射流风机的数量。     

公路隧道双洞互补式通风适用性分析

为研究公路隧道双洞互补式通风的适用性,文章基于隧址海拔和温度、隧道长度和纵坡、隧道交通量和交通组成、隧道双洞间距等因素对互补式通风负荷比及通风效果的影响进行计算分析。研究结果表明:当隧道上下行通风负荷比大于1.5或隧道单向纵坡绝对值在1.5%~2.0%之间时,适宜采用互补式通风;隧道长度在4.5~6 km之间时,采用双洞互补式通风最经济实用;交通量和交通组成的影响关系显示隧道大型车混入率在35%~50%之间时宜考虑采用互补式通风;双洞隧道适合采用互补式通风的最小间距为30 m。     

轨道交通区间隧道运动列车实体冷烟试验

介绍了轨道交通列车运行过程中着火并迫停在隧道内时的烟气迁移冷烟试验情况,验证了烟气迁移规律。该试验对不同纵向通风方向的控烟效果进行了定量评估,分析了车门、空调启闭时的疏散环境和疏散行为;积累了列车运行过程中的烟气探测、联动设备操作可行性经验。     

城市隧道纵向通风风机噪声分布特性实测及应用研究

为合理预测城市隧道纵向通风情况下风机噪声的分布规律,进而为城市慢行隧道采用射流纵向式通风的可行性研究提供依据,文章选取了两座典型城市下穿隧道对隧道纵向通风时的噪声进行现场测试研究,分析单组及多组风机运行时隧道内噪声的分布规律,并总结给出城市慢行隧道的噪声控制标准。研究结果表明:隧道内无风机运行时噪声主要为中低频噪声,其最高噪声水平集中于1 000～2 000 Hz之间,而风机噪声频段分布主要集中于250～4 000 Hz,其最高噪声水平集中于500～2 000 Hz;开启单组射流风机时,风机噪声在隧道内基本呈现出线性衰减规律;开启多组射流风机时,两组风机之间的噪声水平基本为对称分布,沿纵向呈中间低两端高的分布规律,且噪声水平相对于单组射流风机运行时有所提高,平均噪声增量为4 dB(A)左右;城市慢行隧道噪声控制标准为距地面1.5m高度处的噪声水平不宜大于65 dB(A),建议城市慢行隧道不宜采用全射流纵向式通风方案。     

姜路岭隧道温度场特性分析

对于青藏高原海拔4 000 m以上多年冻土区的长大公路隧道温度场特性的研究,国内尚未见文献报导。文章针对青海省G214线控制性工程姜路岭隧道出口段的围岩、支护结构及洞内外环境温度进行了为期一年的现场实测,运用数理统计的方法,分析研究了沿隧道径向、纵向一定范围内围岩和衬砌结构温度变化规律,并采用正弦函数回归法对隧址区洞内外环境气温进行了拟合分析。结果表明:(1)多年冻土区隧道洞内外气温的相互关系和隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向分布规律两方面的变化情况是基本一致的;(2)在隧道施工中,各断面径向温度场伴随着洞外大气温度的变化而不断变化,同时在纵向方向上也发生了变化;(3)多年冻土隧道围岩温度沿径向变化幅度较大的深度约为2.7~3 m,而在季节性冻土隧道中约为10 m。     

公路隧道纵向送排式通风竖井数量及其间距研究

近年来,随着纵向通风技术的成熟,越来越多的长大隧道采用竖井送排式纵向通风方式,这种通风方式首先要确定竖井的数量及其间距。文章根据隧道内通风时对于断面风速的限制要求,提出了相同坡度下长大隧道竖井数量的计算方法,分析了隧道路面坡度对于竖井间距的影响,得到了不同坡度下隧道长度的折算方法及竖井间距计算方法,并给出了实例分析,其研究结果可以应用在长大隧道的相关设计研究中。     

静电除尘器(ESP)系统在世界隧道工程中的应用

采用纵向通风时,隧道内通风气流所消耗功率与通风量的三次方成正比,因此,特长隧道通风用建设费、动力消耗费将显著增大。当柴油车比例较高、稀释烟尘所需通风量很大时,如将隧道内造成视距障碍的烟尘除去,只对CO进行通风,则可以减少设计需风量,达到节省费用和能源之目的。同时静电除尘装置的吸收有毒烟雾、改善能见度功能还有利于火灾情况下的救援,这些正是静电除尘器有较多运用的原因。     

生命值与伤害值概念下的公路隧道火灾人员逃生安全风险研究

公路隧道发生火灾时,高温和烟气同时危及逃生人员和消防人员的生命安全。在已有的火灾烟气和高温下人员逃生条件的基础上,文章定义人员伤害值、生命值概念,提出了一种新的同时考虑高温和烟雾的隧道火灾人员逃生安全风险辨识条件。以某隧道大巴车火灾为例,建立数值计算模型模拟不同火灾工况下隧道的温度场以及烟雾场,依据建立的人员逃生安全风险判定条件得到了火灾时下游人员逃生动态过程的受伤害程度以及不同位置处消防人员受伤害情况。研究结果表明:适当提高通风风速有利于下游人员逃生;逃生过程中CO对人的伤害占主导作用;通风风速大于2.5 m/s时,上游消防人员有足够的时间进行灭火作业;通风失效时,消防人员灭火时长不宜超过360 s。     

低等级公路双向行车超特长隧道火灾通风方案探讨

文章从双向行车隧道火灾通风的特点入手,着重分析了火灾时隧道内温度和烟气分布对洞内人员和车辆的不利影响,并对目前国内应用最多的平导外风道通风方式进行了深入研究,得出了该通风方式在火灾时不能保证人员和车辆安全的结论;同时提出了三种可行的通风方案,并通过分析对比,最后择优推荐了较适合我国国情的、采用两个单车道隧洞单向行车的全纵向通风方案。     

特长公路隧道平导抽吸式排烟策略数值模拟研究

为探讨利用平导作为排烟道的平导抽吸排烟新模式，建立含平行导洞的特长隧道数值模型，研究平导抽吸排烟时隧道内的烟气蔓延特征及温度分布规律。结果表明，使用平导抽吸模式进行排烟可以有效抑制主隧道内的烟气蔓延。火灾发生后100 s时，主隧道内基本上没有烟气，900 s时基本上达到稳定状态，烟气不再往主隧道两侧蔓延；随着平导两端排烟量的增大，烟气稳定时在主隧道内的蔓延距离逐渐变小。当平导两端总排烟量为600 m3/s时，烟气被完全控制在开启的3个横通道范围内；当开启3个横通道进行排烟时，顶棚最高烟气温升随排烟量的增大而降低；当对称开启2个横通道进行排烟时，隧道顶棚最高烟气温升随排烟量的增大变化不明显。在平导抽吸排烟模式下，隧道顶棚下方的烟气温度沿纵向呈指数衰减，并且烟气温度的衰减速率与横通道开启模式、排烟量的大小几乎无关。     

大直径盾构铁路隧道火灾温度荷载及结构内力特性研究

为了得到大直径铁路盾构隧道非均匀火灾场景下的温度荷载及结构内力特性变化规律,文章首先运用火灾动力学软件FDS建立考虑火区通风的列车火灾模型,研究衬砌受火面温度荷载分布;其次通过有限元软件ANSYS建立考虑内部结构的热力耦合模型,着重研究隧道衬砌及内部结构的变形、温度分布以及内力变化。结果表明:考虑火区通风的单洞双线铁路隧道列车着火为非均匀火灾场景,火灾温度荷载(20 MW)最高不超过500℃,受火120 min后,受火面衬砌混凝土最高温度达到256℃;火灾工况下隧道拱顶及底部的竖向位移较非火灾工况均减小,结构水平方向的位移略微增大,轨道板的竖向位移减小,结构部分截面的内力发生较大变化,最大增幅接近1倍;衬砌受火面截面呈现出复杂的应力状态,在温度影响的局部范围内存在较大的温度应力。     

富水区隧道环向盲管间距优化分析北大核心CSCD

富水区隧道涌水遵循“以堵为主、防排结合”的处置原则,其中排水体系构建的合理性是隧道安全施工与良好运营的关键因素。首先分析隧道排水体系,揭示其工作原理,然后利用FLAC 3D有限差分软件,对鸿图特长隧道富水断层区设置的不同环向盲管间距进行三维流固耦合模拟,通过分析渗水压力、锚杆受力及涌水量,揭示塑性区体积及分布区域特征。研究结果表明:沿隧道轴向,支护结构孔隙水压力大致呈周期性分布,其周期近似等于环向盲管纵向间距;加密环向盲管,在降低支护结构受力并减小塑性区体积的同时,会增加隧道排水量;随环向盲管间距的增大,注浆加固圈塑性区首先出现在围岩好的区域,断层区出现塑性区最晚;断层区锚杆加固效果较差,可通过减小钢拱架环向间距以提高结构刚度,使注浆加固圈沿轴向受力更合理。综合考虑各种因素,建议在建工程断层区环向盲管间距设置为3 m,断层附近区间距为4 m。     

开孔隔墙隧道内单列高速列车运行空气阻力的数值模拟研究

开孔隔墙隧道是一种新型的高速铁路隧道结构型式,与传统结构隧道比较,列车通过时空气动力学性能有较大不同。文章基于一维可压缩非定常不等熵流动模型及广义黎曼变量特征线法,建立了隧道内列车运行空气阻力分析方法,模拟了不同长度的有开孔隔墙隧道和无隔墙隧道空气阻力最大值和空气阻力平均值的变化规律,得出隔墙隧道可较大幅度地降低空气阻力,速度一定时隧道长度对内置开孔隔墙空气阻力幅值没有影响的结论。文章研究了2 000 m长度内置隔墙隧道的开孔间距、开孔大小和列车运行速度对空气阻力的影响特性,初步探讨了高速列车通过内置开孔隔墙隧道产生空气阻力与压缩波和膨胀波的关系及空气阻力最大值和车速的关系,为今后进一步研究内置开孔隔墙隧道列车空气阻力和该类结构隧道的工程应用提供了一定的基础。     

乌池坝特长公路隧道消防与防灾救援设计

即将开工建设的乌池坝特长公路隧道位于沪蓉国道主干线湖北恩施至利川的公路上,长约2×6.7 km,考虑到隧道所处的是一个特殊的环境,它受空间的限制,在发生火灾事故时,很有可能扩大到后续车辆,酿成更大的灾害,特别是特长公路隧道发生紧急事故时,救援困难,更容易造成严重损失,消防与防灾救援就显得十分重要.文章通过介绍该隧道的消防与防灾救援设计原则,以及采取的具体措施,提出了目前消防与防灾救援设计存在的问题和今后的研究方向.