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原文传递山区公路隧道大型火灾模拟及人员安全疏散研究

论文题名：	山区公路隧道大型火灾模拟及人员安全疏散研究
关键词：	山区公路隧道;纵向通风;火灾模拟;人员疏散
摘要：	随着我国交通运输的快速增长，隧道在公路中承担着重要作用，特别是在山岭地区尤为突出；但由于隧道结构的狭长、半封闭等特征，当隧道发生火灾时，常因通风排烟的方式不合理，使得隧道结构会受到高温破坏，并且隧道内的被困人员也会受到高温浓烟的不利影响，如高温损害人体机能、CO超标中毒以及能见度范围降低等，严重妨碍被困人员的安全疏散，甚至会导致逃生人员出现伤亡情况。因此，本文根据重载货车引发的大型火灾，研究了以马蹄形截面为主的山区公路隧道在不同纵向通风条件下火灾烟气的发展规律以及被困人员的疏散情况。这不仅在公路隧道火灾理论层面进行了补充与完善，还在山区公路隧道火灾防治、人员疏散及安全运营等方面提供了理论依据，具有较为重要的科学价值和工程意义。　　本文利用Pyrosim模拟软件建立了山区公路隧道大型火灾燃烧模型，通过改变纵向通风速度，研究了隧道内火灾烟气、温度、CO 浓度以及能见度的发展规律，分析了高温烟气在不同纵向通风时对隧道结构的破坏范围，并通过人眼高度处烟气的蔓延规律，确定了火源上游被困人员安全疏散的可用时间TA。结果表明：在无纵向通风作用下，隧道内的烟气蔓延、温度分布、CO分布和能见度分布都呈现出对称性，高温浓烟主要聚集在隧道顶部；而在纵向通风作用下，隧道内的烟气蔓延、温度分布、CO分布和能见度分布都不均匀，并随着纵向通风速度的增加，火源上游的高温烟气得以有效控制；纵向通风可以降低隧道内的温度，减少高温对衬砌结构的破坏范围；并且将纵向通风的速度控制在4.5m/slt;v≤6m/s范围内，可以保障隧道衬砌结构在大型火灾情况下的安全性以及隧道在运营过程中通风的高效性和低成本性；在较小纵向通风速度（如v=1.5 m/s ）下，火源上游的能见度指标低于10 m，不能满足人员安全疏散的要求，使得被困人员在疏散过程中处于危险状态；并根据人员安全疏散可用时间的判定标准，确定了山区公路隧道大型火灾在较小纵向通风速度（如v=1.5 m/s ）作用下被困人员安全疏散的可用时间TA为730 s。　　本文利用Pathfinder模拟软件建立了山区公路隧道人员疏散模型，根据土主隧道人行横向通道的布设情况，将火源位置设在不同人行横向通道口处，分析了隧道内被困人员的疏散过程，确定了人员安全疏散的必需时间TR ，并结合人员安全疏散可用时间TA ，分析了被困人员在大型火灾和较小纵向通风（如v=1.5 m/s ）作用下的疏散安全性。结果表明：改变火源位置时，隧道内的被困人员在自由疏散过程中靠近火源点附近的一个人行横向通道通过的人数最多、疏散运动时间最长；随着火源点距隧道入口距离的增大，洞内被困人员的数量呈现出线性增加，而疏散运动时间呈现出增大、减小、再增大的趋势；当火源在1号人行横向通道口时，被困人员疏散过程中处于安全状态，而火源在其他人行横向通道口时，被困人员疏散过程中始终处于危险状态；为保障被困人员的安全疏散，当土主隧道发生大型火灾并施加较小纵向通风（如v=1.5 m/s ）时，建议同时开启人行横向通道和车行横向通道或者对人行横向通道进行优化设计。　　在保持横向通道总宽度44 m不变的情况下，改变单个横向通道宽度，并将其均匀布设在隧道内，进而达到横向通道优化设计的目的。当火源距隧道入口 2000 m时，模拟了被困人员的疏散过程，分析了不同横向通道宽度下被困人员的疏散运动时间，确定了人员安全疏散的必需时间TR ，并结合人员安全疏散可用时间TA ，分析了被困人员的疏散安全性。结果表明：改变单个横向通道宽度时，隧道内被困人员在逃生过程中的疏散运动时间和横向通道的平均人流率随着横向通道宽度的增加而增加；横向通道优化后，隧道内的被困人员在大型火灾和较小纵向通风（如v=1.5 m/s ）共同作用下能够满足安全逃生，并随着横向通道宽度的减小，安全疏散时间Ts增大，被困人员在疏散过程中越安全；但从设计规范、建设成本和疏散安全等方面进行考虑，当山区公路隧道发生大型火灾并施加较小的纵向通风（如v=1.5 m/s ）时，可将横向通道的宽度设计为2.93 m、相邻横向通道的间距设计为260 m。
作者：	张武超
专业：	交通运输
导师：	李林杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023