巴朗山高海拔单洞对向交通公路隧道火灾疏散救援研究

摘要

随着西部的快速崛起，特别在川藏公路和川藏铁路建设中，高海拔特长隧道越来越多，其中，雀儿山公路隧道海拔高度已达到4300米，风火山铁路隧道拔高度已达到4905米。而高海拔下发生灾难时，人们的逃生能力明显降低。目前，国内外公路隧道设计规范只满足3000米以下海拔高度隧道的防灾救援需要，对于3000米以上海拔高度隧道的防灾救援技术研究很少，没有可以利用的成熟成果。
　　本文以巴朗山高海拔公路隧道为研究对象，以不同海拔高度人体运动耐力衰减规律为基础，以高海拔隧道火灾烟气扩散特征为依据，对隧道火灾工况下运营安全技术进行研究，研究的主要工作、结论如下:
　　(1)结合国内外研究者对高海拔低压、低氧环境火灾特性研究成果，利用CFD软件建立了适用于高海拔条件下的火灾模型，并对火灾的热释放率、烟气浓度、烟气扩散速度、温度发展及烟气流动形态等特性进行了研究。
　　(2)通过理论分析、数据整理及现场实验等方法，对不同海拔高度下的人员运功耐力进行了研究。研究表明，最大摄氧量与海拔高度之间存在一定关系，可以作为衡量人体运动耐力的指标;并得到了逃生速度公式中的海拔修正系数与年龄修正系数。
　　(3)从烟气层高度、辐射热、对流热、毒性和能见度5个方面分析，确定了疏散可用时间的判定标准;结合对火灾报警时间、人员响应时间及疏散速度的研究成果，分析得到不同类别人员在无烟状态与有烟状态下的疏散速度。
　　(4)采用数值模拟手段，对背景工程进行火灾疏散模拟。研究表明:在疏散阶段，中等规模下的火灾均可通过0.5m/s对吹风流的通风方案，将高温烟气控制在一定范围内;30MW火灾规模下，建议将人行横通道间距变为150m。
　　(5)在灭火阶段，对火灾临界风速与海拔高度之间关系进行了研究。研究表明:不同火灾规模与海拔影响系数之间没有明显关系;建立了考虑海拔因素影响下的临界风速计算公式。
　　通过研究得出，高海拔环境对火灾燃烧特性与人体机能均有明显影响，给高海拔隧道设计、安全运营及规范制定等带来挑战，救援体系的建立还需进一步研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 依托工程介绍

1．3 国内外研究现状

1．3．1 高海拔火灾特性研究现状

1．3．2 火灾安全控制技术研究现状

1．3．3 高海拔与人体机能关系研究现状

1．4 本文研究的内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第2章 高海拔公路隧道火灾特性研究

2．1 公路隧道火灾模型理论

2．2 CFD火灾模拟软件介绍

2．3 CFD数值模拟高海拔隧道火灾特性

2．3．1 火灾烟气扩散规律

2．3．2 火灾温度发展规律

2．3．3 小结

第3章 海拔高度与人员运动耐力关系研究

3．1 建立人员逃生速度与海拔高度关系式

3．2 现场试验——验证VO2max与海拔高度关系

3．2．1 A-R列线图法测定VO2max介绍

3．2．2 现场试验数据处理分析

3．3 本章小结

第4章 高海拔公路隧道安全疏散标准

4．1 隧道安全疏散标准及分析步骤

4．2 火灾安全疏散可用时间判定标准

4．3 火灾安全疏散必需时间确定方法研究

4．4 本章小结

第5章 巴朗山隧道火灾疏散数值模拟

5．1 火灾工况疏散可用时间模拟计算

5．1．1 确定火灾模拟相应参数及模拟工况

5．1．2 巴朗山隧道火灾计算模型介绍

5．1．3 10MW火灾规模下可用时间

5．1．4 20MW火灾规模下可用时间

5．1．5 30MW火灾规模下可用时间

5．2 人员疏散必需时间模拟计算

5．2．1 巴朗山隧道火灾疏散参数确定

5．2．2 各设计年份下疏散必需时间

5．3 巴朗山隧道火灾临界风速确定

5．3．1 临界风速理论计算方法对比

5．3．2 高海拔隧道临界风速确定

5．4 本章小结

第6章 巴朗山隧道火灾疏散救援建议措施

6．1 巴朗山隧道防灾救援系统设计建议

6．2 隧道交通工程其它防灾措施

6．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加的科研项目