详情

原文传递高海拔深埋隧道岩石崩落下施工人员疏散模拟研究

论文题名：	高海拔深埋隧道岩石崩落下施工人员疏散模拟研究
关键词：	隧道施工;岩体崩落;应急疏散;高海拔地区;仿真模拟
摘要：	由于高海拔地区寒冷干燥、气压低、含氧量少，环境气候恶劣，加之施工时的高地温、硬岩岩爆、岩体坍塌等地质灾害的耦合作用，使得修建深埋隧道难度大、危险性高。目前国家重点工程川藏铁路建设中高海拔深埋隧道众多，其特殊的工程地质和环境条件是威胁施工安全的关键问题，因此针对施工人员在各类地质灾害发生中的应急疏散场景进行科学的研究与模拟，实现该场景下应急疏散模拟与逃生效果评估，为制定合理的应急方案提供理论和技术依据就显得尤为重要。目前在隧道应急疏散研究中，主要以火灾烟气下人员疏散模拟为主，而针对岩爆、坍塌等岩石崩落灾害下，能够同时考虑人与落石的两种非线性运动轨迹交互影响的应急疏散研究较为少见，特别是高海拔深埋隧道施工场景下的相关研究更为少见。　　本文以川藏铁路色季拉山隧道施工现场为工程背景，通过文献调研以及现场调研，归纳出高海拔深埋隧道的环境条件，分析该特殊场景下临灾人员疏散行为特征，提出岩爆、坍塌等岩石崩落灾害的“动态危险障碍物”特征，构建施工现场灾害下仿真模拟情景，建立基于元胞自动机原理的人-动态危险障碍物运动轨迹交互影响模型，分别从岩爆、坍塌等岩石崩落灾害的灾害范围与灾害等级两方面，综合设计了九种不同工况下的仿真模型，研究了高海拔环境下，深埋隧道岩体坍塌灾害发生时施工人员应急疏散行为轨迹、伤亡规律、逃生时间等，分析岩体灾害对于人员疏散安全的影响。在基本场景模拟的基础上增设应急逃生管道、紧急避难舱以及路径引导，进行优化疏散模拟，通过对比分析提出动态危险障碍物灾害下的优化逃生方案。论文得到具体成果和结论如下：　　（1）提出在高海拔地区深埋隧道施工时气压低、含氧量低、高地温等环境特征及岩体坍塌地质灾害条件下人员疏散行为特征，以及岩爆、坍塌等岩石崩落的动态危险障碍物塌落特点，从疏散者行为特性与心理特性进行分析，将影响疏散效率的因素归纳概括为疏散者的移动速度、生理因素、心理状态以及场景因素；将人-动态危险障碍物交互行为概括为疏散者绕行、受伤减速、以及疏散失败三种交互方式。　　（2）通过对色季拉山隧道某标段岩爆的数值模拟，确定障碍物大小尺寸规律以及数量函数，对不同灾害等级与不同灾害范围的工况进行仿真模拟，由模拟结果分析可知灾害范围越大，受伤人数越多，疏散速度变慢，疏散时间增长，而灾害等级越高，场景内出现石块的密度越大，临灾人员受伤与死亡的概率就越大。　　（3）分别采取设置应急逃生管道、设置紧急避难舱以及进行路径引导三种逃生方案进行模拟，结果表明疏散效果和疏散速度显著提高，且相较于应急逃生管道，增设紧急避难舱可更好的提高疏散效率，而应急逃生管道则可以更好的降低伤亡率；与设置逃生装置相比，进行路径引导下疏散逃生效率也较好，且成本更低，因此在深埋隧道施工中，应将路径引导纳入应急预案中。
作者：	杜菁
专业：	安全科学与工程
导师：	翟越
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022