公路隧道火灾工况通风排烟分析技术研究

在隧道设计及防灾救援应急预案编制阶段,必须对火灾工况下的通风排烟方案进行设计,其中包括火灾需风量、通风计算及通风设备控制方案编制等。本文介绍了火灾需风量与火灾规模和排烟模式的关系,介绍了两种需风量计算方法,即按临界风速计算和按大面积火源烟羽流模型计算。压力平衡分析就是分析通风阻力、洞口两端气压差、阻塞车辆通风阻力、火风压、射流升压力之间的平衡关系,以确定射流风机的开启台数。     

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。     

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。     

车辆阻挡效应对隧道火场燃烧及烟流之影响研究

近期国际曾发生多起重大隧道火灾灾难,隧道火灾安全议题已获得全球普便之重视。目前学术界与工程界多采用缩小尺寸实验或数值模拟方法对隧道火场环境进行研究与探讨。然不论实验或计算机模拟最重要的关键为能否充分地反应出实际隧道之火场情境,方能获致合理且有意义之研究成果。检视现今之隧道火害研究,可发现几乎所有的相关研究皆仅简化地假设火场上游无车辆回堵现象,此有违火场上游应发生车辆回堵之实际隧道火灾情境,因此将无法合理地模拟火场上游车辆阻挡风机气流对火场燃烧及烟流所造成之影响。针对此项尚待厘清之议题,本研究首先执行缩小尺寸实验,以均匀风速施加于隧道横断面模拟风机作动所产生之气流,探讨隧道塞车情境对火场燃烧所造成之影响。复执行全尺寸纵流式排烟模式(轴流风机)隧道火灾情境计算机数值模拟,针对火场上游是否有车辆回堵、回堵车体尺寸、火源与回堵车体距离等变因对火场燃烧、温度及烟流所造成之影响进行探讨。研究结果发现火场环境及烟流将受有、无车辆回堵、回堵车体大小及火源与车体距离等因素而有不同程度之影响。     

自然风对射流风机临界风速的影响

临界风速是隧道排烟设计的重要参数,而自然风速与风向均对隧道排烟有显著影响。为研究自然风速与风向对射流风机临界风速的影响,根据π定理和相似理论,对影响射流风机临界风速的相关因素进行量纲分析,推导出射流风机临界风速与火源功率、自然风速这2个影响参数的无量纲函数关系式。采用1∶20隧道模型和5种不同火源功率,设计了11种模拟自然风,并对数据结果进行拟合,确定了射流风机临界风速与这2个影响参数的关系。结果表明:在射流风机与火源纵向间距不小于4 m情况下,其临界风速与火源纵向间距无关。自然风对射流风机临界风速有较大影响,且不同自然风时影响也有所不同:当自然风向与射流风机风向同向时,其临界风速与火源功率的1/3次方成正比,这虽与Oka等模型、Wu等模型和Li等模型相似,但实际隧道断面送风是不均匀的且隧道出入口具有自然风,自然风速越大,临界风速越小;当自然风向与射流风机风向反向时,其临界风速与火源功率的1/5次方成正比,且自然风速越大,临界风速越大。根据这些拟合结果确定了无量纲函数关系式中各未知系数的取值,进而得到了自然风速与风向的射流风机临界风速模型,并将模拟结果进行了验证,取得了较好的一致性。     

控制纵向通风隧道火灾烟流的模型

本模型揭示了公路隧道火灾时期发生逆流时火源区域烟流流动规律，分析得出公式可以估算阻止火灾时期发生逆流时所需的“临界风速”。从本模型得知临界风速取决于隧道高度和火源热释放率的大小。通过和在原型试验隧道火灾实验数据的比较，本模型可以为防灾通风设计提供依据。     

扎尕梁特长公路隧道通风方案比选研究

为找到一种更加适合单洞双向行车特长公路隧道的通风方案,解决此类隧道排烟困难、人员疏散逃生困难的问题,结合具体工程,针对扎尕梁特长公路隧道的特点,提出合流型通风井排出式+射流风机纵向通风、平导压入式网络通风以及射流风机纵向通风+斜井分段排烟3种通风方案,从土建费用、机电设备初期投资、运营电费、通风控制、通风网络稳定性、通风方案的适用性以及管理维护几个方面对各个通风方案进行比选,通过比较各个方案的优点和缺点,最终给出推荐方案:射流风机纵向通风+斜井分段排烟方案。隧道正常运营工况下,主洞采用全射流纵向通风,实现按需通风;火灾工况下利用排烟斜井进行排烟,解决平导排烟只能分2段排烟的问题;利用平行导洞进行人员的疏散逃生和救援,解决人员疏散逃生问题。     

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。     

公路隧道中控制火灾烟流的计算模型

本模型揭示公路隧道火灾期间发生逆流时火源区域烟流流动规律,得出公式可用于估算阻止火灾期间发生逆流时所需的“临界风速”。从本模型得知临界风速取决于隧道高度和火源热释放率的大小。通过与原型试验隧道火灾试验数据进行比较,本模型可以为防灾通风设计提供依据。     

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。     

青山分厂复建工程厂房通风直井之规划、设计与施工探讨

台湾电力公司大甲溪发电厂青山分厂受到921集集地震、敏督利台风(72水灾)及豪雨等事件影响,大量土石堆积于溪床,堵塞了尾水隧道及厂房出风道及尾水平压塔通气道等出口,甚至河水涌入地下厂房,造成发电设施严重损坏,必须重建地下厂房、尾水隧道、厂房通道及厂房通风直井等设施。为了避免土石及淹水灾害再度发生,特别将厂房通风直井向上延伸241 m至旧弃碴场,故必须采用管幂钢管工法及全套管排桩工法克服边坡不稳定及井口松散碴料的问题;再利用升井工法完成深井之导孔及扩孔的工作,以利后续降挖之碴料经由扩孔倒入底部之连接隧道,加速出碴作业。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

EXCEL VBA在隧道断面检测与维护管理数据库之应用

隧道检测中之断面量测,是营运中隧道之维护管理作业最直接的监测数据之一;长期而定期的断面变形监测,不仅可以掌握营运中隧道稳定性的变化,更可以进一步做为隧道安全评估与结构补强之重要信息。透过Microsoft Office 2003成员中之EXCEL及其VBA(Visual Basic for Application)开发隧道断面检测资料处理标准程序模块,处理数量庞大之潜盾隧道断面原始量测数据,使原始资料成为可查询及模块化的信息。程序自动展绘之断面图可配合现地变形状况交叉比对及研析应力影响程度,而爰此逻辑模式可突破不同断面扫描系统量测资料格式不一之限制,经程序模块处理之多次任何格式断面量测资料,皆能自动展绘、套叠前、后期检测断面图并比较其变化。后续以系统处理之断面信息汇入数据库,更可让维护管理主管机关作为主要之维护管理信息系统资料,并发展为加值型之决策支援系统。     

岩石隧道受震反应之工程影响因子研究

地震发生频繁区域之岩石隧道受震破坏案例已发生多起,其相关研究课题已日渐受重视,惟土层隧道耐震设计已有规范遵循,岩石隧道者者尚缺乏深入探讨。研究采经岩石隧道震后破坏案例及解析解等验证正确性之动态数值分析模式,探讨岩石隧道受震工程影响因子,包括衬砌刚度、衬砌与岩盘互制、围岩加劲及围岩弱化等。由分析结果知,衬砌劲度越大,震波引致最大应力增量正规化值愈大,即震波引致应力增量值愈大,因此隧道衬砌耐震设计不能全以提高劲度为主要方法;隧道衬砌与岩盘互制作用研究结果显示,采用匀滑开挖、防水膜及衬砌与岩盘填补增加滑动性材料等,可减少衬砌受震引致轴向应力增量,达到减震效果;岩石隧道混凝土衬砌外侧之再加厚衬砌与辅助工法等加劲措施,经采用等值劲度模拟分析结果显示,采用如一次支撑及辅助工法提高围岩劲度,将增加衬砌轴向应力,但减少剪应力及挠曲应力;加大加劲范围可减少衬砌轴向应力,但将增加剪应力及挠曲应力;开挖引致的松动区减少围岩劲度,将减少衬砌轴向应力,但增加剪应力及挠曲应力。     

山岳隧道涌水评估及施工回馈分析

以曾文越域引水隧道工程为例,透过三维水文地质模式评估隧道施工期间之涌水。依据区域地质图及细部设计阶段地质图建构三维水文地质模型,并透过现地试验结果、水位观测结果、隧道内量水堰及隧道洞口总出水量等量测结果进行水文地质参数率定。所建议之分析模式除可用于评估后续施工所可能遭遇之涌水灾害外,亦可评估隧道开挖对邻近水文环境之影响,并将评估成果回馈至隧道设计及施工。     

隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。     

系统思考于长隧道防灾之研究

长公路隧道空间潜藏之危险可能造成重大灾害之伤亡及交通运输路网系统功能失效,其空间内之安全防灾系统及防灾应变作业必需经过严谨的考量,以因应其空间之复杂及防灾功能性要求,故于灾害管理信息整合及应用上也更趋重要。救灾工作系与时间在赛跑,对于时间延迟的影响,是整体防灾目标达成之关键因素;然救灾仅以灾害后果之情境来模拟,恐无法展现各系统因果关联与灾害信息滞延之后遗症影响,此外对于救灾工作跨组织协调、应变工作派遣、救援资源、疏散避难等面向,皆无法完整真实反应防救灾系统。有鉴于此,对于长隧道空间之防灾及安全管理应谨慎进行评估。本文系以系统思考为出发点,考量长公路隧道具有空间复杂、跨领域防灾知识及科技研究限制等特性,针对系统内具时间延迟特性进行灾害冲击探讨,藉由各子系统之因果关系,探究灾害防治问题与灾措施,最后结合长隧道空间灾害信息,尝试以系统性结构建立定性分析模型,希冀本文研究内容可强化灾害防治工作与救援策略,并避免灾害带来的后遗症累积,而所提出之灾害管理之系统思考,将有助于未来系统建立动力模式与进行风险管理之基础建立。     

隧道铣挖法施工技术

对采用铣挖机进行隧道掘进施工的适用条件、设备配套、施工工艺及有关技术措施进行详细论述,并结合武广客运专线几座不同地质条件的大断面隧道采用铣挖法施工的实际情况,对隧道铣挖法的施工工艺、工效、围岩变形控制、存在问题、注意事项及改进措施等进行分析探讨,认为铣挖法在隧道不允许爆破、围岩强度适中、节理裂隙发育、变形控制严格的条件下,不失为一种经济有效的方法,对提高我国隧道的施工机械化水平作用较大。     

以修正强制变形法分析隧道耐震能力之探讨

提出一种分析隧道耐震能力之拟静态修正强制变形法,此法在包含隧道结构在内之地盘模型边界施加强制之剪应变,监测隧道结构之受力与变形,逐步加大剪应变,直到隧道结构破坏,再将破坏时之剪应变与地动速度进行转换,即可评估隧道之耐震能力。相较于复杂之动力分析方法,此法简单、快速、实用,并具有一定之可靠度,适合工程实务之用。惟应用本分析方法,下列数值要点,需注意并加以探讨;1)地盘领域需取多大;2)施加剪应变的型式与施加速率;3)隧道与地盘接口的影响;4)地盘塑性行为的影响等。首先提出修正强制变形法之分析流程,再与弹性地之圆形隧道解析解进行比较,证明数值分析方法正确无误后,再针对上述数值分析要点摘要研究结果,提出具体建议,以供使用此类分析方法的工程师参考。