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。     

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。     

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。     

海底隧道半横向通风孔物理模型试验

为了研究半横向通风送、排风孔形状和大小对隧道通风的影响,建立了港珠澳大桥海底隧道半横向通风孔物理模型;通过测试分析,研究了隧道内风量与风道内风量的关系以及不同风孔大小对隧道及风道静压的影响规律。结果表明:在相同通风动力下,送、排风孔面积越小越有利;在相同排风孔过风面积下,较高排风动力对应的通风效率较小;当变化风孔类型时,在送风段,风孔面积对风道内静压影响比较明显,在排风段,风孔形状对风道内静压影响比较明显。     

超大断面双层盾构隧道火灾特性及疏散救援研究——以深圳机荷高速公路隧道为例

为解决超大断面高速公路隧道的火灾排烟及疏散救援难题,以深圳机荷高速双层盾构隧道为依托,采用FDS数值模拟方法对隧道标准断面和分叉断面处火灾排烟特性、温度场和能见度的分布规律进行研究,确定火灾工况下各个位置能见度和温度随时间的变化以及烟气扩散情况,建议隧道内应控制纵向风速不小于3 m/s;结合高速公路隧道火灾的起因和特点,开展高速公路隧道火灾事故应急救援综合研究,运用仿真模拟法对多组楼梯参数取值情况下共计6种疏散工况进行计算,确定横通道间距为250 m、楼梯间距为80 m时,可满足人员安全疏散要求;最后,提出超大断面双层高速公路隧道火灾应急救援体系,并针对机荷高速双层盾构隧道给出救援疏散路线以及各位置发生火灾时的排烟疏散策略。     

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。     

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。     

西秦岭隧道互补式通风数值仿真分析

为研究换气风量与换气通道位置对互补式通风隧道内污染物浓度的影响规律,建立隧道通风三维数值仿真计算模型,分析4种不同组合工况下换气风量和换气通道位置对污染物浓度的变化影响。结果表明:随着换气风量的增加,上坡隧道排风段污染物浓度减小,下坡隧道全段污染物浓度减小;随着换气通道与上坡隧道入口距离的增加,上坡隧道排风段污染物浓度增加,下坡隧道排风段污染物浓度减小。     

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。     

基于FDS的某公路隧道侧向集中排烟系统研究

利用FDS火灾动力学模拟软件对某公路隧道进行了模拟试验,研究了隧道侧向集中排烟系统中排烟口面积、排烟口排列方式、不同排烟风量以及纵向通风对烟气蔓延范围、烟气温度场分布、排烟口流量以及排烟口速度等对排烟效果的影响。结果表明,均匀排列方式的排烟效果优于按组排列的方式,排烟效率和排烟效能随着排烟风量的增加呈现出先增后减的趋势,因此,可得到较为合理的排烟口参数、排烟风量及较优的纵向风速,为采用侧向集中排烟系统的公路隧道在设计和研究排烟方案时提供一定的参考依据。     

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。     

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。     

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。     

双线隧道共用竖井排风时中隔板高度优化模型试验

在公路隧道竖井送排式纵向通风系统中,上下行隧道共用竖井排风的工况日趋广泛,为降低通风能耗,对竖井底部中隔板高度进行物理模型试验研究,测试不同风量和中隔板高度时能量损失的变化规律.结果表明在两隧道需风量比值为0.6～1时,中隔板高度宜取风道高度的0.55～0.65倍.     

基于FDS的公路隧道火灾射流风机通风模式数值模拟研究

公路隧道内的纵向射流风机在火灾发生后的启动对控制烟气扩展起着十分重要的作用,通过FDS软件模拟了火源与射流风机之间的不同距离对烟气控制的影响和4种不同工况下射流风机通风模式对烟气扩散、下沉的影响;之后通过数值模拟所得数据得出不同工况下隧道内部的温度分布和能见度分布的情况.通过模拟结果和数值分析得出了射流风机在火灾发生时最有利于协助人员疏散和灭火作战的两种通风模式,为今后消防部门和隧道管理部门正确使用纵向射流风机进行通风提供一定的参考.     

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。     

坡度对隧道通风分配与布置方式的影响

为了使得隧道内风量进行合理的分配与布局,本文依据白茫雪山1#隧道工程展开坡度对隧道通风分配与布置方式的影响,按照坡度的不同将隧道分为2段,分别计算出各种工况下相应的需风量,并在此基础进行单位长度隧道需风量的对比,选出最大需风量,并进行风量分配与布局。     

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。     

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。