铁路特长隧道火灾应急救援问题研究

以长27.53km的向莆铁路戴云山隧道为研究对象,提出特长隧道的火灾防灾救援总原则,并从其结构、设计、安全管理等方面论述,重点针对火灾防灾救援隧道"定点"设置问题,从设置定点的必要性、定点位置、长度、定点的引导通道、引导通道与主洞的联络横通道、定点处的渡线设置等几方面进行研究,确定了戴云山特长隧道定点设置方案以及定点内的固定消防设施、通风排烟、紧急警报、诱导避难等设备设置,对促进完善我国铁路特长隧道的火灾防灾救援和安全疏散规划管理等具有重要的实践意义。     

隧道口间紧急救援站防灾通风系统设置条件研究

为合理设置长大铁路隧道群紧急救援站的防灾通风系统,采用模型试验和数值模拟的方法研究不同隧道群洞口间距(明线段长度)条件下,列车火灾烟气对相邻隧道内环境的影响,得到无需设置防灾通风系统的洞口安全距离。研究结果表明:距火源点20 m以内,列车火灾烟气对温度、可视度影响严重,50 m以外基本无影响;考虑火源蔓延车厢的长度、火灾列车安全停车距离、烟气影响范围等因素,得出隧道口紧急救援站的洞口间距(明线段长度)大于250 m时,列车火灾烟气对隧道内环境几乎无影响,可不设置防灾通风系统;该间距小于250 m时,应设置防灾通风系统。     

南京长江隧道火灾数值模拟

以南京长江隧道为研究背景,运用火灾动力学模拟软件PYROSIM建立实体物理模型,并将空间划分为0.1 ×0.1 ×0.1m3的网格,对南京长江隧道火灾过程中的纵向通风进行模拟计算.定量分析了不同通风速率条件下火灾及烟气蔓延的规律,并得到隧道拱顶附近温度和烟气分布状况.模拟结果显示较小风速下烟气会产生回流,但随着风速增大烟气扩散速率随之加快,通过对3种不同风速的分析比较,选择3.0m/s纵向通风作为临界风速.进一步结合南京长江隧道现有的消防设施及应急救援系统,分析该临界风速下烟气温度对隧道结构和毒害气体对人员疏散救援的影响.结果显示此临界风速下隧道结构安全,且在疏散及时、救援有效的基础上,基本能保证人员疏散安全.     

类矩形盾构隧道火灾通风控烟关键参数研究

类矩形隧道由于减少了使用空间,只能采取无防火门式的横向联络通道,若不采取有效的通风控烟方案,易导致着火隧道烟气通过联络通道侵入非事故隧道。采用FDS数值模拟,建立了全尺寸区间隧道模型,分析不同火源位置、联络通道设置方式下对隧道纵向通风控烟的影响。结果表明:联络通道的孔洞设置方式直接影响了纵向通风从事故隧道往非事故隧道分流的大小,从而影响控烟效果。在确保人员安全疏散的前提下,事故隧道断面风速至少需要2.40 m/s。     

横通道通风对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究*

为探究隧道横通道通风对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS,对不同火源位置的横通道临界风速、主隧道温度分布以及烟气层高度进行研究。研究结果表明:在一定火源功率范围内,隧道横通道临界风速与火源功率的1/3次方成正比且火源距横通道越远,临界风速越小;当火源位于交叉口,横通道使用临界风速通风时,隧道内烟气温度明显降低,烟气迅速沉降到2 m以下;当火源距离交叉口10,20 m,横通道通风会加快火源下游烟气沉降,烟气沉降速度随横通道通风速率的增大而增大;当火源位于交叉口时,烟气沉降由横通道通风对烟气的降温作用和涡旋作用共同主导,当火源位于距离交叉口10,20 m时,烟气沉降主要由涡旋作用主导。     

基于场、网模拟的地铁隧道火灾控风模式分析

为全面定量分析地铁火灾情况下人员疏散过程,基于网模拟和场模拟对地铁火灾环境的适应性,分析列车着火并滞留在隧道的不同控风方案的可行性,以天津1号线下瓦房站至南楼站之间的隧道为例,用网模拟技术模拟出隧道内风流状态,为场维模拟提供边界条件。以网模拟得出的火源相邻分支风速2 m/s为边界条件进行场模拟,得出的结果表明,列车车头着火并滞留在隧道中,人员在6 min的安全疏散时间内,从着火隧道经联络通道向相邻隧道疏散的情况下,着火隧道推拉式排烟,相邻隧道对送风为可行通风模式。     

基于车辆停靠随机性的公路隧道火灾逃生概率研究

为研究公路隧道火灾时横洞口车辆停靠随机性对被困人员逃生概率的影响，基于马尔科夫链分析车辆跟随行为以确定横洞口车辆停靠概率，并通过数值模拟得到营尔岭隧道在不同火灾规模和通风速度下的可用安全疏散时间及横洞口不同车辆停靠情况下的必需安全疏散时间，进而确定各火灾场景下被困人员逃生概率。结果显示：横洞口有车辆停靠会影响被困人员疏散路径，降低门流率，火源位于横洞口时上游横洞口门流率最大值降低约40%;被困人员全体逃生概率随纵向通风速度的提升而增大，在5 MW、20 MW、50 MW的火灾规模下，通风速度分别达到其临界风速1.7 m/s、3.2 m/s、4.0 m/s后，车辆停靠随机性影响可忽略，逃生概率为100%;当风速未达到临界风速时，车辆停靠会降低被困人员安全疏散概率且大型车的不利影响更显著。     

公路隧道火灾发生位置与人群疏散通道仿真研究

利用EXODUS建立隧道的仿真场景,确定疏散人群仿真参数,并将出口工效OPS作为评价疏散效率的指标,分析不同火灾发生位置对疏散时间的影响。采用K-means算法分别对火灾发生位置和人群疏散通道位置进行聚类,并建立基于两者影响下的出口工效模型,通过对该模型求偏导,得出隧道火灾发生位置和人群疏散通道选择之间的关系。研究结果表明:火灾发生位置越接近人行横通道,疏散时间波动越大,人行横通道和隧道入口的疏散时间随人群疏散区域分界线变化,当火灾发生距人行横通道20~110 m时,变化明显,当距140~350 m时,变化平稳;出口工效OPS总体呈现不稳定的阶梯状变化趋势;火灾发生位置和人群疏散通道的最优位置呈线性递减关系。研究结果可应用于隧道应急指挥中心管理人员制定有效疏散路径和采取诱导分流人群措施。     

细水雾灭火系统扑救铁路隧道救援站内客车火灾的全尺寸试验研究

研究了细水雾灭火系统对铁路隧道救援站火灾的扑救性能。试验在铁路隧道救援站全尺寸模拟隧道平台上开展,研究了隧道内不同纵向通风条件下,细水雾灭火系统作用前后隧道内的温度场、燃烧成分、火源热辐射参量的分布及变化。结果表明,细水雾灭火系统可有效抑制模拟隧道内火灾,验证了细水雾灭火系统在铁路隧道救援站内的可行性和有效性。     

公路隧道人员疏散时间计算模型及应用

为精确计算隧道人员疏散时间并为疏散通道合理设计提供理论依据,综合人员疏散距离、运动速度、隧道宽度、出口流量以及交通量等参数对人员疏散时间的影响,提出一种新型公路隧道人员疏散时间计算经验模型,全面考虑出口处发生交通堵塞的临界条件、堵塞开始时间及堵塞持续时间;基于该模型,以某水下隧道为例,分析隧道设置不同横向/竖向疏散通道时,隧道人员荷载密度、人员运动速度对人员疏散时间和出口堵塞状况的影响,提出横/竖向通道等效设置间距基本关系。结果表明:在隧道横/竖向通道不同疏散方式下,人员疏散时间受行走速度影响程度不同,而与人员荷载密度关系极大;同等条件下隧道横通道疏散能力明显大于竖向疏散通道。     

基于FDS的综合管廊电缆火灾烟气优化控制模式研究

为给火灾情景下管廊检修人员应急疏散和外部消防救援提供有益指导，采用火灾动力学软件对不同的通风系统（自然通风、机械负压通风和全面机械通风）与防火门、喷淋系统的不同开启状况等12种组合模式下的温度、能见度等参数变化进行分析，探究综合管廊火灾烟气优化控制模式。结果表明:进风系统、排烟系统、喷淋系统以及防火门合理的优化组合模式能够达到有效控制管廊火灾烟气的目的；火灾情景下，自然通风系统不能有效控制火灾烟气的发展，而机械负压通风和全面机械通风系统，如能及时启动喷淋以及关闭防火门，管廊内的烟气便可得到有效的控制。研究结果可为应急条件下人员疏散提供参考。     

地铁站台导流栏杆对人员疏散的影响研究

为研究地铁站台导流栏杆对人员疏散的影响，以某地铁车站为研究对象，采用数值模拟方法研究地铁站台导流栏杆的设置方式及长度对人员疏散的影响，为地铁车站导流栏杆的设置及优化提供参考。研究结果表明:随着固定导流栏杆长度的增加，人员疏散时间呈现增加趋势，固定导流栏杆长度为14 m时比不设导流栏杆时疏散效率降低了20.8%，人员在长度为14 m的固定导流栏杆内呈现通道型排队现象；随着可推拉导流栏杆长度的增加，人员疏散时间呈现减小趋势，可推拉导流栏杆长度为6 m时比固定导流栏杆长度为14 m时的疏散效率提高了9.7%。     

单洞双线铁路隧道火灾人员疏散安全性分析

为了分析单洞双线铁路隧道火灾人员疏散安全性，基于单洞双线铁路隧道结构特点，分析不同火灾场景下人员疏散模式，利用火灾动力学模拟软件FDS，建立隧道火灾模型，分别研究火源位于车头和列车中部车厢内时可用安全疏散时间。利用Pathfinder软件，模拟人员折返路线与不同疏散口间距下人员疏散过程，分析必需安全疏散时间及其影响因素。研究结果表明:隧道发生火灾时，人员可用安全疏散时间与火源位置有关，必需安全疏散时间受疏散总人数、疏散口选择、疏散口间距等因素影响很大。在设计隧道疏散系统时，可通过减小疏散口间距和设置明显的疏散设施指示标识，减少人员疏散所用时间。     

隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延影响机制研究

为探索隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延的影响机制，采用FDS数值模拟，研究横通道与隧道不同交叉角情况下火灾烟气温度、浓度、烟气层高度等的变化规律，建立开启火源下风向横通道时隧道内烟气最高温度修正公式，提出烟气纵向蔓延恢复长度的概念，并探讨其影响规律。 结果表明:隧道和横通道交叉角越小，隧道内同一位置烟气层高度越高，当交叉角由90°降低到30°时，烟气层高度最大增加32%；烟气纵向蔓延恢复长度与交叉角及通风速率呈正相关，而与火源功率几乎无关。研究结果对隧道通风排烟系统设计及相关标准的制定具有参考意义。     

超长距离盾构隧道疏散通道加压送风系统研究

为确保隧道火灾时人行疏散通道安全性,通过在人行疏散通道两端设置独立机械加压送风系统,使疏散通道保持正压状态,防止烟气侵入。利用风速法计算疏散通道加压送风量,利用FDS软件模拟计算单侧及双侧2种送风方式下隧道内烟气蔓延范围、疏散口及疏散通道气流速率分布情况。结果表明:对疏散通道加压送风时,应重点分析火源附近150 m范围内疏散口气流速率是否符合规范要求;当开启疏散口数量≤10时,采用单侧或双侧送风方式对疏散通道加压送风,疏散口稳定时气流速率均符合规范要求;采用双侧送风方式疏散口气流速率分布规律较优,确保加压送风系统适用性。     

特长公路隧道火灾烟气沉降特性对人员疏散影响的研究*

为研究特长公路隧道火灾烟气沉降对人员疏散安全的影响,通过数值模拟方法,对0,1.0,1.5 m/s和临界风速值4种不同纵向通风风速下隧道火灾烟气沉降特征进行研究,并分析不同风速下烟气沉降对人员疏散的影响。研究结果表明:在无纵向风时,烟气沉降现象较为明显,烟气下沉造成的不均匀烟气温度、能见度分布,提前终止人员疏散的进行;随着纵向风速的增加,沉降现象仍存在,但沉降点后移,对人员疏散的影响减小;在1.5 m/s的纵向通风条件下,火源下游500 m范围内烟气基本不发生沉降且能维持分层,此时几乎不影响火灾下游人员疏散。在实际应用中,火灾初期可先以1.5 m/s的分层风速值进行通风,待下游人员疏散后,再施加临界风速加快烟气排出。研究结果可为特长公路隧道火灾防治和疏散救援提供参考。     

湖底双层超大直径盾构隧道火灾人员疏散分析*

为分析湖底双层隧道共用疏散楼梯间距设置对人员疏散安全性的影响,以两湖双层隧道为研究对象,运用数值模拟分析盾构段下层隧道发生火灾后,不同疏散楼梯间距对人员疏散时间、利用效率以及通过率的影响。研究结果表明:隧道采用侧部重点排烟,人员可用安全疏散时间TASET为1 200 s;疏散楼梯间距为100,120 m时,各疏散楼梯的利用效率、平均通过率相对稳定;从安全性、综合利用率和运行成本考虑,推荐疏散楼梯间距为120 m。研究结果可为湖底双层隧道工程疏散楼梯间距设计和人员安全管理提供理论依据。     

综合管廊兼顾疏散能力分析及辐射范围研究*

为研究综合管廊在安全疏散中的作用，应用Pathfinder疏散仿真软件对综合管廊疏散能力模拟分析，得出不同断面管廊通道、各疏散口部、楼梯处通过能力，分析管廊人员在单车、步行疏散速度下覆盖范围与事故波及范围，通过两者交集得到综合管廊疏散辐射范围。结果表明:综合管廊具备一定兼顾疏散能力，得出的通过能力可指导综合管廊人流量监控器布局，提供各部位人流量上限取值，预防拥堵和踩踏事故发生，为化工园区制定疏散方案提供新思路。