PPT公路隧道防災(zāi)救援技術(shù)3

公路隧道道防災(zāi)救救援技術(shù)術(shù)第二部分分公路隧道道防災(zāi)救救援技術(shù)術(shù)研究手手段一、模型型試驗(yàn)研研究二、三維維數(shù)值模模擬研究究三、重要要結(jié)論主要內(nèi)容容一、模型型試驗(yàn)研研究1、隧道火火災(zāi)試驗(yàn)驗(yàn)研究現(xiàn)現(xiàn)狀2、模型試試驗(yàn)?zāi)壳埃朗澜缟详P(guān)關(guān)于火災(zāi)災(zāi)試驗(yàn)總總共有三三大類，，即：（１）等等比例模模型試驗(yàn)驗(yàn)（２）在在運(yùn)營(yíng)前前或運(yùn)營(yíng)營(yíng)時(shí)的隧隧道中進(jìn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)（３）小小比例模模型試驗(yàn)驗(yàn)1、隧道火火災(zāi)試驗(yàn)驗(yàn)研究現(xiàn)現(xiàn)狀（１）等等比例模模型試驗(yàn)驗(yàn)Ofenegg隧道（1965年瑞士））試驗(yàn)：：目的：研研究瑞士士的60個(gè)隧道工工程在火火災(zāi)情況況下的通通風(fēng)量場(chǎng)地：Ofenegg鐵路隧道道，把隧隧道距入入口190m處進(jìn)行封封閉試驗(yàn)內(nèi)容容：采用用6.6m2到95m2的汽油燃燃燒床模模擬了大大約11組火災(zāi)測(cè)試的內(nèi)內(nèi)容：溫溫度、風(fēng)風(fēng)速、氣氣體濃度度（CO和O2）、能見見度Zwenberg隧道（1975年奧地利利）試驗(yàn)驗(yàn)：目的：奧奧地利兩兩項(xiàng)主要要的高速速公路工工程通風(fēng)系統(tǒng)：：縱向通風(fēng)風(fēng)方式和半半橫向通風(fēng)風(fēng)方式兩種種系統(tǒng)試驗(yàn)內(nèi)容：：30組火災(zāi)試驗(yàn)驗(yàn)，燃燒床床6.8m2～13.6m2測(cè)試內(nèi)容：：溫度、氣氣體濃度（（CO、CO2、NOx和O2）、不透明明度和燃燒燒率PWRI試驗(yàn)（1982年日本）：：場(chǎng)地：采用用700m長(zhǎng)的導(dǎo)洞和和3300m長(zhǎng)的公路隧隧道試驗(yàn)內(nèi)容：：火源點(diǎn)采采用汽油燃燃燒床（4m2試驗(yàn)10組，6m2試驗(yàn)2組）、客車車（試驗(yàn)6組）和公共共汽車（試試驗(yàn)6組）來(lái)模擬擬測(cè)試內(nèi)容：：縱向空氣氣流速的影影響Repparfjord隧道（1990～1992年挪威）試試驗(yàn)：場(chǎng)地：在Repparfjord隧道（一個(gè)個(gè)廢棄的長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)2.3km的采礦導(dǎo)洞洞（毛洞、、橫斷面變變化范圍為為30～40m2））人力物力：：集中了9個(gè)歐洲國(guó)家家的人員參參與。試驗(yàn)驗(yàn)花費(fèi)經(jīng)費(fèi)費(fèi)在1千萬(wàn)美元試驗(yàn)內(nèi)容：：采用鐵路和地鐵鐵車輛、客客車、載重重車輛及按要求分分級(jí)的火災(zāi)災(zāi)（庚烷燃燒和和木材堆燃燃燒）進(jìn)行21組模擬試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容：：空氣和墻墻壁的溫度度、流速、、不透明度度、氣體濃濃度、煙霧霧運(yùn)動(dòng)等Memorial隧道（1993～1995年美國(guó)）試試驗(yàn)：場(chǎng)地：位于于西維吉尼尼亞的Memorial隧道（一條條廢棄的長(zhǎng)長(zhǎng)850m的公路隧道道）通風(fēng)方式：：全橫向通通風(fēng)方式和和縱向通風(fēng)風(fēng)方式兩種種人力物力：：這項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)是由聯(lián)邦邦公路管理理局和馬薩薩諸塞州波波士頓Artery隧道工程共共同提供經(jīng)經(jīng)費(fèi)而進(jìn)行行的，試驗(yàn)驗(yàn)花費(fèi)為4千萬(wàn)美元測(cè)試內(nèi)容：：采用柴油油燃燒床模模擬火災(zāi)進(jìn)進(jìn)行了大約約91組試驗(yàn)。熱熱量釋放率率從10MW（4.5m2）～100MW（44.4m2）。（２）在運(yùn)運(yùn)營(yíng)前或運(yùn)運(yùn)營(yíng)時(shí)的隧隧道中進(jìn)行行試驗(yàn)證明在發(fā)生生火災(zāi)的情情況下排煙煙系統(tǒng)是否否能夠正常常工作。這項(xiàng)試驗(yàn)近近期的發(fā)展展說(shuō)明了通通風(fēng)的效率率與通風(fēng)風(fēng)風(fēng)量和通風(fēng)風(fēng)操作方式式兩者均有有關(guān)聯(lián)。因因?yàn)檫@點(diǎn)從從來(lái)沒有被被有關(guān)建議議或是規(guī)范范所論述，，所以為了了對(duì)火災(zāi)（（火災(zāi)點(diǎn)位位置、熱釋釋放率、自自然通風(fēng)等等）做出最最佳反應(yīng)，，進(jìn)行詳細(xì)細(xì)而明確的的研究是很很有必要的的。為了檢驗(yàn)隧隧道操控者者遇到火災(zāi)災(zāi)情況時(shí)如如何做出反反應(yīng)。試驗(yàn)也可以以與火災(zāi)消消防演習(xí)和和救援評(píng)價(jià)價(jià)聯(lián)系起來(lái)來(lái)。如：（1）Puymorens隧道火災(zāi)試試驗(yàn)（2）Chamoise隧道火災(zāi)試試驗(yàn)（3）雁門關(guān)隧隧道防災(zāi)演演習(xí)（4）北碚-西山坪隧道道群防災(zāi)演演習(xí)這種試驗(yàn)存存在的問題題有：（1）目標(biāo)單一一（2）火災(zāi)規(guī)模模?。ú粫?huì)會(huì)超過5MW）（3）火災(zāi)持續(xù)續(xù)時(shí)間短目的：體現(xiàn)現(xiàn)發(fā)生在隧隧道內(nèi)部的的火災(zāi)發(fā)展展現(xiàn)象優(yōu)點(diǎn)：與等等比例模型型試驗(yàn)相比比，這種方方法會(huì)節(jié)省省大量的時(shí)時(shí)間和金錢錢。由于其其能夠用激激光或是染染色的流體體來(lái)顯現(xiàn)煙煙霧，因此此它的結(jié)論論也是令人人信服的。。應(yīng)用：對(duì)于于隧道設(shè)計(jì)計(jì)，很少采采用這種試試驗(yàn)。（３）小比比例模型試試驗(yàn)小比例模型型試驗(yàn)一般般有三種模模型：熱力模型：：由真實(shí)火災(zāi)災(zāi)的不同火火源組成，，表述了熱熱量與墻壁壁之間的熱熱傳遞，表表達(dá)了逆流流距離、坡坡度、熱釋釋放以及與與墻壁間熱熱交換之間間的關(guān)系，，不能夠控控制與原型型相同的熱熱輻射（即即火源放熱熱量）等溫變化模模型：火源是用輕輕氣體和空空氣或者是是氮?dú)獾幕旎旌臀飦?lái)模模擬的，不不能描述與與墻壁之間間的熱交換換，通常用用這種模型型來(lái)模擬逆逆流層長(zhǎng)度度，模擬橫橫向通風(fēng)中中閥門調(diào)節(jié)節(jié)對(duì)煙霧擴(kuò)擴(kuò)散效應(yīng)的的影響是有有效的水力模型：：不能體現(xiàn)與與不同密度度有關(guān)的浮浮力作用（（重力是一一個(gè)常數(shù)）），僅限于于液態(tài)，對(duì)對(duì)應(yīng)的釋放放的熱量很很低，更高高的熱量釋釋放率只能能基于一些些假定來(lái)進(jìn)進(jìn)行模擬小比例模型型試驗(yàn)缺陷陷：（1）熱力模型型：不能夠控制制熱輻射。。（2）等溫變化化模型：不能描述熱熱交換。（3）水力模型型：不能體現(xiàn)浮浮力作用。。（１）相似似關(guān)系（２）試驗(yàn)驗(yàn)系列（３）模型型設(shè)計(jì)與安安裝（４）斷面面和測(cè)點(diǎn)布布置（５）測(cè)試試系統(tǒng)（６）結(jié)果果分析２、模型試試驗(yàn)（１）相似似關(guān)系幾何相似盡量選擇大大幾何比例例模型，縱縱向尺寸可可以采用變變態(tài)摩阻。。流動(dòng)相似保證摩阻系系數(shù)（相對(duì)對(duì)粗糙度））相等，相相對(duì)粗糙度度相等→表表面粗糙度度相等→使使模型流動(dòng)動(dòng)進(jìn)入充分分發(fā)展的紊紊流即可。。溫度場(chǎng)相似似試驗(yàn)中保證證等風(fēng)速即即可以滿足足溫度場(chǎng)分分布相似的的要求。壓力場(chǎng)相似似海拔高程相相差不大時(shí)時(shí)，重力影影響微弱，，可認(rèn)為壓壓力場(chǎng)相似似。（２）試驗(yàn)驗(yàn)系列（３）模型型設(shè)計(jì)與安安裝（４）斷面面和測(cè)點(diǎn)布布置ABCEFGHIKM

DJL燃燒床80m56m40m28m18m10m6m2m2m6m（５）測(cè)試試系統(tǒng)CAN總線壓力探頭風(fēng)速探頭變送器溫度探頭采集器采集器采集器變送器（６）結(jié)果果分析?火災(zāi)時(shí)隧道內(nèi)煙霧性態(tài)分析?火災(zāi)時(shí)隧道內(nèi)壓力場(chǎng)分析?火災(zāi)時(shí)隧道內(nèi)溫度場(chǎng)的分布煙霧的擴(kuò)散規(guī)律火災(zāi)煙流逆流層的性態(tài)壓力場(chǎng)狀態(tài)火風(fēng)壓研究燃燒溫度溫度場(chǎng)分布分析內(nèi)容隧道內(nèi)風(fēng)速的變化二、三維數(shù)數(shù)值模擬研研究1、數(shù)值模擬擬系統(tǒng)2、數(shù)值模擬擬系列①專家系統(tǒng)統(tǒng)②區(qū)域模擬擬③網(wǎng)絡(luò)模擬擬④場(chǎng)模擬⑤混合模擬擬直接數(shù)值模模擬法（DNS）雷諾平均法法（RANS）大渦模擬法法（LES）１、數(shù)值模模擬系統(tǒng)可以使用通通用商業(yè)軟軟件進(jìn)行火火災(zāi)模擬，，如STAR-CD、PHOENICS、FLUENT、CFX等。（１）單隧隧道火災(zāi)三三維數(shù)值分分析（２）雙隧隧道火災(zāi)模模式下通風(fēng)風(fēng)組織三維維數(shù)值分析析（３）送送排式通通風(fēng)模式式下隧道道火災(zāi)通通風(fēng)三維維數(shù)值分分析２、數(shù)值值模擬系系列1、隧道火火災(zāi)區(qū)域域劃分：：三個(gè)區(qū)區(qū)域，即即火區(qū)上上游、火火區(qū)和火火區(qū)下游游2、火區(qū)溫溫度分布布變化規(guī)規(guī)律（1）隧道火火災(zāi)過程程的三個(gè)個(gè)階段：：即發(fā)展展階段、、穩(wěn)定階階段和衰衰減階段段。（2）最高溫溫度變化化規(guī)律：：起火后后的2～10min內(nèi)達(dá)到到最高。。（3）溫度梯梯度變化化規(guī)律：：經(jīng)過2～4分鐘，即即達(dá)最大大。三、重要要結(jié)論（4）通風(fēng)風(fēng)風(fēng)速對(duì)最最高溫度度的影響響：最高高溫度達(dá)達(dá)10000C（5）最高溫溫度在橫橫斷面上上分布：：下部高高上部低低。3、火區(qū)上上游溫度度分布變變化規(guī)律律通風(fēng)風(fēng)速速總能保保持大于于2m/s，高溫?zé)煙熈鲗⒉徊粫?huì)產(chǎn)生生回流，，此時(shí)，，火災(zāi)對(duì)對(duì)上游的的影響距距離不超超過30m，主要是是熱輻射射影響。。4、火區(qū)下下游溫度度分布變變化規(guī)律律（1）火區(qū)下下游溫度度的擴(kuò)散散速度與與此段的的通風(fēng)速速度相當(dāng)當(dāng)。（2）火區(qū)下下游150m范圍內(nèi)處處于渦流流狀態(tài)（3）同等火火災(zāi)規(guī)模模下，當(dāng)當(dāng)風(fēng)速為為2～3m/s后，溫度度最高。。（4）火區(qū)下下游溫度度分布在一定的的通風(fēng)風(fēng)風(fēng)速下，，火區(qū)下下游最高高溫度在在250℃℃以上的區(qū)區(qū)段長(zhǎng)度度在800m左右。一一人高度度處，火火區(qū)下游游最長(zhǎng)在在2500m左右溫度度達(dá)到人人可忍受受的程度度。5、火災(zāi)情情況下煙煙流分布布規(guī)律（1）不產(chǎn)生生回流風(fēng)風(fēng)速為2m/s。（2）不通風(fēng)風(fēng)情況下下，煙霧霧的縱向向擴(kuò)散速速度為1～2m/s，厚度方方向的擴(kuò)擴(kuò)散速度度約為2～4cm/s。（3）在縱向向通風(fēng)情情況下，，煙流的的擴(kuò)散速速度與此此段的通通風(fēng)速度度相當(dāng)。。6、CO濃度場(chǎng)，，最高大大于10%。7、O2濃度場(chǎng)，，最低小小于16%。8、火源處處密度最最小為1/6正常密度度，火源源下游最最小密度度為1/2正常密度度。9、火災(zāi)溫度度隨距離離變化計(jì)計(jì)算方法法10、火災(zāi)溫度度隨時(shí)間間和距離離變化計(jì)計(jì)算方法法11、火災(zāi)節(jié)節(jié)流效應(yīng)應(yīng)煙流阻阻力的計(jì)計(jì)算方法法12、火風(fēng)壓壓計(jì)算方方法13、煙流阻阻力計(jì)算算方法14、風(fēng)機(jī)布布置原則則：5km以下隧道道盡量考考慮風(fēng)機(jī)機(jī)兩端集集中布置置為主，，5km以上隧道道盡量考考慮風(fēng)機(jī)機(jī)分散布布置。根根據(jù)正常常通風(fēng)要要求，確確定風(fēng)機(jī)機(jī)數(shù)量。。以滿足足正常通通風(fēng)壓力力要求布布置風(fēng)機(jī)機(jī)。根據(jù)據(jù)火災(zāi)通通風(fēng)要求