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原文传递地铁隧道联络区域火灾烟气通风控制研究

论文题名：	地铁隧道联络区域火灾烟气通风控制研究
关键词：	地铁隧道;联络区域;火灾烟气;通风控制;全尺寸实验
摘要：	火灾是地铁运营安全的主要威胁之一，合理有效的火灾烟气通风控制方法对于保障乘客生命安全具有重要意义。随着我国地铁工程逐渐向网络化运营趋势发展，作为线路连接节点的隧道联络区域数量不断增加，火灾烟气在同一线路的上下行隧道之间和临近线路之间的扩散将大幅度提高火灾危险性的影响范围，提高烟气控制、应急疏散和救援的难度。而相关标准规范和研究中尚未形成针对性的防排烟技术措施，单线区间隧道现有的通风排烟系统难以适用于隧道联络区域的火灾烟气通风控制。　　按照典型结构特点将地铁隧道联络区域火灾烟气控制需求分为“分岔联络区域烟气纵向通风控制”和“大断面联络区域通风排烟模式”两个研究问题，采用理论分析、小尺寸实验、全尺寸实验和数值模拟，围绕烟气扩散、通风控制和排烟模式开展了以下3个方面的研究: 　　针对地铁隧道分岔联络区域的烟气扩散特性，研究了分岔结构对顶棚温度分布的影响。火源位置方面，采用分岔隧道全尺寸火灾实验，考虑火源偏离弧形断面隧道中心线的情况，发现随着火源逐渐靠近侧壁，顶棚最高温度升高趋势比矩形断面中更加明显，顶棚温度纵向衰减速度降低，基于这一影响对衰减系数进行修正，建立了分岔节点火灾时顶棚温度纵向分布预测模型;线路坡度方面，首先开展水平隧道的模型实验，其次采用数值模拟构建正线和联络隧道不同坡度的火灾场景，发现顶棚最高温度随两隧道坡度的增加而降低，其中任一隧道上坡坡度的增加导致另一隧道顶棚纵向温度整体降低，通过修正水平隧道顶棚温度预测模型，建立了同时考虑正线和联络隧道坡度的顶棚最高温度和纵向分布的预测模型;分岔角度方面，通过开展模型实验发现分岔角度的增加导致节点下风向正线和联络隧道顶棚温度分别升高和降低，基于单线隧道温度衰减系数的修正，建立了考虑分岔角度和联络隧道坡度的顶棚温度纵向分布预测模型。　　针对地铁隧道分岔联络区域的烟气纵向通风控制，研究了烟气由联络隧道向临近线路扩散的逆流长度和临界风速。首先通过理论分析确立了联络隧道无量纲烟气逆流长度与火源功率和纵向风速的基本关系式，其次在1∶20模型实验和数值模拟结果吻合较好的基础上，根据测量数据分别确定了各影响因素作用下无量纲烟气逆流长度L与火源功率和纵向风速的组合量Q/V*3之间的预测关系式。结果表明，分岔节点火灾时，联络隧道临界风速随其上坡和下坡坡度的增加分别升高和降低，正线隧道纵向通风对分岔节点的热压降低效应导致联络隧道临界风速降低。火源偏离分岔节点时，联络隧道临界风速随偏离距离的增大呈指数衰减规律，且火源位于分岔节点下风向比位于上风向时的衰减速度更快;随着正线隧道坡度的增加，位于上坡方向的联络隧道临界风速逐渐增大。基于理论分析、1∶20模型实验和数值模拟结果，分别建立了分岔节点火灾和火源偏离分岔节点时，对烟气由联络隧道向临近线路扩散形成有效控制的临界风速预测模型。　　针对地铁隧道大断面联络区域难以采用单一的纵向通风方式进行烟气控制，研究了既有通风设施不同联动模式的烟气控制效果及优化方法。在开展地铁隧道大断面联络区域全尺寸火灾实验的基础上，通过数值模拟构建了大断面联络区域隧道风机、射流风机和顶部烟道不同联动通风模式的列车火灾场景。结果表明，隧道风机纵向通风作用下，全射流与局部排烟联动模式能够对列车头部、中部和尾部火灾形成较好的烟气控制效果，上风向纵向风速和下风向顶部烟道的排烟效率均相对较高;在通风系统运行参数优化方面，可采用增大顶部排烟口面积及排烟量的方法进一步提高该联动模式的烟气控制效果。结合起火部位和人员疏散方向，提出了地铁隧道大断面联络区域列车火灾通风排烟模式。
作者：	刘畅
专业：	安全科学与工程
导师：	钟茂华
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019