特长公路隧道双洞互补式网络通风的防灾救援系统研究

摘要

随着我国公路隧道建设的快速发展，特长公路隧道越来越多，通风方式不断出现新的特点，隧道防灾救援的难度也不断增加，隧道火灾存在其特殊性，不同于其他情况，其严重性必须引起足够重视。本文依托甘肃省交通厅科研项目“特长公路隧道双洞互补式网络通风关键技术研究”，利用理论分析、数值方法和物理模型试验方法等技术手段，分析计算了全射流通风的最大适用长度和双洞互补式通风方式的适用条件;进行了关于最不利火灾位置处1∶1原尺寸比例的数值模拟试验和1∶40的物理模型试验，对特长公路隧道双洞互补式网络通风条件下，最不利火灾工况下的防灾救援进行了深入研究。主要有以下研究成果:
　　(1)根据理论分析，计算出了全射流纵向通风在公路隧道中所适用的最大长度，确定了西秦岭隧道近期通风方案选择全射流纵向通风的依据，以及远期通风方式选用双洞互补式通风的可行性和必要性。
　　(2)根据数值模拟方法深入研究，发现最不利火灾工况下，洞口射流风机在车辆阻滞和横通道（人行和车行横通道）开启的状况下，具有很大的不稳定性，可能导致烟气逆流;对如何控制烟气不稳定性，提出了建议。
　　(3)根据物理模型试验方法研究观测，换气系统的排风口在紧急状态下，以人员生命安全为首要考虑原则，可以开启，阻止逆流烟气造成的人员伤亡;提出了紧急调控策略。
　　(4)通过数值模拟方法和物理模型试验方法，研究表明，如果洞内风速能够保证火灾规模不再扩大，阻止烟气逆流，则关闭换气系统，提出了相应的应急措施。
　　(5)公路隧道双洞互补式网络通风条件下火灾工况的防灾救援系统的重要性不言而喻，本文通过研究得到了人行横通道和车行横通道开启对洞内风流的作用，提出了在紧急情况下，烟气发生逆流时的救援方案，提出了关于其最不利火灾位置处的探讨性救援建议。
　　(6)本文基于数值方法和物理模型试验方法对双洞互补式通风方式下的最不利位置火灾发生发展规律的研究，根据研究成果，提出了西秦岭隧道近、远期的火灾工况下的防灾救援措施。
　　本论文主要研究了特长公路隧道双洞互补式网络通风条件下，换气系统位置处发生火灾时的救援策略，建立了防灾救援的防灾分段，通过理论分析、数值模拟和模型试验等研究手段，得出以上相应的结论，对类似特长公路隧道的火灾防灾救援系统的建立具有相应的指导和借鉴意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景

1．1．1 公路隧道的作用及其发生火灾的特殊性

1．1．2 隧道通风方式的发展历程

1．1．3 目前隧道建设中存在的问题

1．2 研究现状

1．2．1 火灾工况研究现状

1．2．2 隧道双洞互补式通风研究现状

1．2．3 目前研究存在的不足

1．3 本论文研究的内容和研究方法

2 特长公路隧道双洞互补式网络通风适用性分析

2．1 双洞互补式网络通风

2．2 西秦岭隧道双洞互补式通风方式的适用性分析

2．2．1 项目概况

2．2．2 选择双洞互补式通风方式的必要性

2．2．3 选择双洞互补式通风方式的可行性

2．3 西秦岭隧道近远期通风方式的确定

2．3．1 西秦岭隧道全射流纵向通风适用长度分析

2．3．2 西秦岭隧道通风方案的选取

2．4 本章小结

3 基于数值方法的双洞互补式通风方式下的最不利条件的火灾规律研究

3．1 计算流体力学基础

3．1．1 计算流体力学(CFD)概述

3．1．2 CFD求解力学问题的过程及隧道通风问题的基本假设

3．2 常用的商业CFD软件---ANSYS FLUENT

3．2．1 网格技术

3．2．2 数值技术

3．2．3 物理模型

3．2．4 ANSYS FLUENT 14．0软件特性

3．2．5 隧道火灾燃烧模型介绍

3．3 西秦岭隧道运营期火灾工况数值试验

3．3．1 计算模型

3．3．2 边界条件

3．3．3 火源设置

3．3．4 西秦岭隧道运营期火灾工况数值试验方案设计

3．5 数值试验计算结果

3．5．1 烟气分布特性

3．6 本章小结

4 基于物理模型试验方法的隧道双洞互补式通风方式下最不利条件的火灾规律的研究

4．1 火灾物理模型试验台

4．2 模型试验所用仪器

4．2．1 测试仪器

4．2．2 动力系统

4．3 燃烧段的设置

4．3．2 火源设置

4．3．3 燃烧释放率的计算

4．4 隧道火灾工况物理模型试验方案

4．4．2 火灾试验的具体实施

4．5 西秦岭隧道短道中央附近火灾物理模型试验

4．5．2 烟气扩散规律

4．6 本章小结

5 特长公路隧道双洞互补式通风方式下的防灾救援系统

5．1 隧道防灾救援系统的主要影响因素

5．2 隧道火灾条件下的其他影响因素

5．2．1 火灾情况下的人员心理以及信号系统的有效性

5．2．2 洞内车辆的阻滞作用

5．3 特长公路隧道双洞互补式通风系统的防灾救援系统的研究

5．3．1 西秦岭隧道近期火灾通风组织

5．3．2 西秦岭隧道远期火灾通风组织

5．4 小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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