公路隧道洞口结构因素对废气窜流的影响

为了给减弱公路隧道洞口废气窜流提供洞口土建结构设计方案,对洞口废气窜流影响的显著性因素进行了探讨,从洞口纵向错开不同距离、洞外设置不同位置及高度的挡壁等结构因素出发,借助计算流体动力学技术,进行了多因素异水平混合型数值模拟正交试验,探讨了不利自然风条件下洞外不同组合结构因素对洞1：7废气窜流的影响规律。结果表明：不同结构因素组合对废气窜流改善效果明显不同,洞1：7纵向错开改善窜流效果最为明显;在隧道出口侧设置有挡壁的所有组合结构均能较好地改善出口废气窜流,其中最有效的是同时在出口侧、中侧、入口侧设置与洞口等高的挡壁;仅在洞外中侧设置中间挡壁,其高度约为洞口高度的2倍时,可以有效改善废气窜流,其他情况下采用高挡壁结构的改善效果不佳;若同时在两隧道中侧与入口隧道侧设置挡壁则废气窜流改善效果差;若仅在入口隧道侧设置长挡壁,则加剧废气窜流。     

不同排烟口开启状态下妈湾隧道的排烟技术

为了研究隧道发生火灾时通风排烟方式和排烟口开启状态对排烟效果的影响,对妈湾水下盾构隧道的排烟特性和排烟效率进行了分析. 通过理论分析和火灾动力学模拟器FDS,得到了纵向通风排烟方式的临界风速和重点通风排烟方式的最佳排烟量;基于不同的排烟口开启状态设置工况,对烟气高度、蔓延长度、人眼高度处的能见度、CO体积浓度及排烟口的风速大小和排烟效率进行了研究. 研究结果表明:（1） 妈湾水下盾构隧道临界风速为4.5 m/s,重点排烟方式下同时开启上下游排烟口及只开启下游排烟口的最佳排烟量分别为290、410 m3/s;（2） 同时开启上下游排烟口,且及时开启火源正上方排烟口,能保证人眼高度处能见度大于10 m,CO浓度仅在火源上下游200 m范围内超过人体耐受极限,最大值仅为450 ppm,烟气高度在火源上游方向近100 m范围内升高,烟气蔓延距离缩短;（3） 同时开启火灾上下游排烟口时,及时打开火灾点正上方排烟口时的整体排烟效率比不打开时更高;只开启下游排烟口时,则正好相反;（4） 综合人员逃生指标,当发生火灾时,应采用重点排烟,同时开启火灾上下游排烟口,并及时打开火灾点最近的排烟口.      

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。     

基于不同火源位置的分岔隧道临界风速数值研究

分岔隧道越来越多地出现在城市地下互通中,但当前对分岔隧道的研究却很少.因此,探究分岔隧道火灾的规律为工程实践提供一定的参考就显得格外重要.基于FDS(Fire Dynamic Simulator)研究了火源位置与分岔角度对临界风速的影响,结果表明:当火源在分岔点之后时,分岔隧道临界风速与单管直线隧道的临界风速相比差距不大.当火源在分岔点之前时,单管直线隧道的无量纲临界风速是分岔隧道的23％～37％,分岔隧道临界风速与单管直线隧道差异巨大;相同分岔角度下无量纲临界风速随着火源与分岔点距离的增大而减小,最大幅度为0.24Q*1/3.当火源在分岔点之前时,分岔角度与火源位置对临界风速的影响不大,不同分岔角度与火源位置下无量纲临界风速的最大差值为0.06Q*1/3.通过量纲分析与线性拟合得到了分岔隧道临界风速计算模型,能为隧道通风设计提供一定的参考.     

特长公路隧道送排式通风设备配置的优化研究

根据某特长公路隧道不同行车速度下的风量计算,运用通风网络理论,进行了送排式通风射流风机和轴流风机的优化配置研究.研究表明:竖井(斜井)分段送排通风设计时,应通过各行车速度及风量计算射流风机台数,合理配置射流风机;如按最大行车速度设计可能会导致某一速度情况下风量不足,最小行车速度设计又将导致隧道通风能力严重过剩.主风机的选型应结合射流风机设置的控制风量进行.按最大设计风量计算,将导致主风机的选型偏大;按最小设计风量计算,将导致主风机的选型偏小,而射流风机的能耗会急剧增加.     

无纵向风下环境压强对拱顶最高温度影响数值研究

为了给高海拔隧道火灾防灾救援设计提供参考依据，通过火灾动态模拟软件(FDS)建立全尺寸模型隧道，设置5种不同环境压强，研究环境压强对隧道火灾拱顶最高温度的影响。结果表明： 1)相同火源热释放速率(HRR)下，拱顶最高温度随着压强降低而增大； 2)环境压强降低引起的空气密度与卷吸强度变化是造成拱顶最高温度变化的主要原因。基于理论分析和数值计算结果，提出考虑环境压强的拱顶最高温度预测模型。预测模型拱顶最高温度与考虑环境压强的无量纲热释放速率的2/3次幂成正比，试验数据验证了预测模型的可靠性。     

妈湾跨海盾构隧道人员疏散模式研究

为研究水下隧道人员疏散模式,以妈湾跨海盾构段隧道为工程依托,采用pathfinder数值模拟方法,建立人员疏散路径选择理论模型,研究“楼梯”、“滑梯”、“横通道+楼梯”3种疏散模式下间距对人员疏散的影响,并对安全范围进行分析。结果表明：　1）妈湾跨海盾构隧道楼梯疏散模式的最佳间距为80 m,滑梯疏散模式的最佳间距为60 m;　2）在相同条件下,滑梯疏散效果优于楼梯,当间距为60~70 m时,建议使用滑梯进行疏散;　3）楼梯间距为60~80 m时,人行横通道间距可以适当加大,当楼梯间距为80~90 m时,人行横通道间距不宜过大;　4）当隧道发生火灾时,应优先开启上下游范围的排烟口,其次考虑只开启下游排烟口。     

平行导坑通风计算的研究

应用气体流动的能量方程建立了公路长隧道平行导坑通风的计算模式，对其基本作用力和阻力调节进行了分析，并结合某公路隧道进行实例计算，供类似工程设计参考。     

基于对流-导热耦合作用的寒区隧道保温隔热层研究

寒区隧道的抗冻措施研究对隧道建设有重要意义,基于对流-导热耦合作用的非稳态传热有限差分计算模型,计算分析寒区隧道多年冻土和非冻土段外贴式及中隔式保温隔热层的保温隔热效果,并对寒区隧道纵向铺设保温隔热层后的抗冻效果展开研究。结果表明:1)在非冻土地层外贴式保温层保温效果较佳,在多年冻土地层中隔式隔热层隔热效果较佳,两者效果相差不大;2)受周期性入口风温的影响,隧道衬砌背后温度呈现周期性变化,变化幅度逐年递减。在材料、施工允许的前提下,建议采用外贴式保温隔热层;设计时,保温隔热层厚度应作经济技术比选。本文研究成果可供寒区隧道设计者与研究者参考。     

双向行车特长公路隧道通风方案网络分析

白芷山隧道是重庆城万二级路上的单洞双向行车隧道,采用平导压入分段纵向式通风.运用通风网络理论,对白芷山隧道进行了开启不同横通道条数的数值模拟,比较了各通风方案的通风能耗及通风网络稳定性.研究结果表明:白芷山隧道开启1条横通道、3条横通道及5条横通道的通风方案相比,开启1条横通道的能耗最大,后两个方案中期能耗分别降低20％、28.5％,远期能耗分别降低25％、40％.但从网络的稳定性分析,开启5条横通道的通风方案的稳定性最差,开启3条其次,开启1条最稳定.综合考虑,白芷山隧道中期和远期均采用开启3号、5号、7号横通道的通风方案.