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1、基于风险理论的长大隧道火灾安全疏散数值模拟 郝树青黄宏伟 ( 同涤人学士本1 ：程学院地F 建筑。L - l 11 系，扛海2 0 0 0 9 2 ) 擦翼：火灾戆近年采黢绺税K 火隧道内令人镝受关注辩次诲 l | l 题。耐火灾发生谘形“F 鹕 爨疏散硬皲援簿瓣趣进 打磷究，艇褥稚常必鼷。目前鼹太隧邀内的述生方i I c 火敏霄以下几种情形麟络惩邀式、横溺滋式、率邋扳筑和 娆避述生嗣秘等。本研挝进行撼风险弼谂揩镣下的奴炎躐敝拨拳研斑。褥火滚艇拳情彤F 的飙除 1 6 1 I 窟沟5 缀， 搏邋打蕊予2 级火灾挝盼浮级反辩设计隧道遴生绺翔，逡J t jC F D 技术对发生一隧道I _ I =
2、 辨火灾服睃辫教进行揆拟 对长犬隧邀联络通道斌结构问黼进行优化竣讽。搦剖结论t 谯通斑遮艘为3 0 m s 情彤“F 。联络通道蝴心殴治为 l O O m 以卜- 辩，德满憩火灾时的安全璃散。j 辫= 指 3 这样的疏敞方式所橱飕的飙除锋缀，嫩然怒W 被社宓接受的， 镌仍需蘩考虑。 美键谲：崧土j T 二榉；长大隧道；燃烧校拟：钉海气体协鳟 T h eF i r eS i m u l a t i o ni nB i ga n dL o n gT u n n e lB a s e d o nR i s k H A OS h u q i n g ，H U A N GH o n g w e i (
3、D e p a r t m e n to fG e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g , T o n g J iU n i v e r s i t y , S h a n g h a i2 0 0 0 9 2C h i n a ) A b s t r a c t , F i r el nt h eb i ga n dl o n gt u n n e li So f t e nas e r i O U Sa c c i d e n LI t sv e r ye s s e n t i a lt os t u d yt h e e v a c u a
4、 t i o nt e c h n o l o g ya n dh o wt or e s c u ep e o p l ei nt h ef i r es i t u a t i o n T h e r ea r ea b o u t4k i n d so f e v a c u a t i o ns t y l ei nl o n ga n db i tt u n n e la f t e raf i r e t h a ti S 。T h ea u t h o r sd ot h er e a r c ha b o u tt h ef i r e v a c u a t i o nt e
5、 c h n o l o g yb a s e do nr i s kt h e o r y I nt h ea r t i c l e ，5g r a d e sf i r er is kg r a d e sh a v eb e e nm a d e 1 1 l e nt h ea u t h o r sd e s i g n e dt h e o 埘m i z a t i o nt u n n e le s c a p es t r u c t u r eb a s e d2g r a d e ：f i r eb yC F D t e c h n o l o g yt os i m u
6、l a t et h ef i r es i t u a t i o na n dt od e s i g nt h ed i s t a n c e sb e t w e e ne v a c u a t i o nc o n n e c tt u n n e l s T h ec o n c l u s i o ni s ：w h e nt h ef i r ev e l o c i t yi S3 。0 m s 。a n dt h ed i s t a n c eb e t w e e nc o n 舶o c tt u n n e l si Sb e l o w l0 0 m ，t h
7、ee v a c u a t i o n SS t l C C e s s f u l F i n a l l y , t h ea u t h o r ss t a t et h a tt h ee v a c u a t i o nd e s i g n e dl | _ It h ea r t i c l e c a nb ea c c e p t e db ys o c i e t y , b u t , s h o u I db ec o n s i d e r a t i o ny e t 。 K e y w o r d s ：G e o t e e h n i c a le n
8、g i n e e r i n g ，B i gt u n n e l ，f i r es i m u l a t i o n ，p o i s o n o u sg a sc o n v e n t i o ne s t i m a t i o n 概述 作奢衙公：辩拇辩- 女t 随士聪。+ 聱业：璇滋及地F 文程。E - m a i hj d h s q 1 6 3 c o r n ；潮京“8 6 3 ”j l 蓦i 日( 2 0 0 6 A A 0 4 2 4 4 2 ) “K 大隧j 薮一魏飙险评价与爱奄预胬技术研究飞溪袈科技受捧硕懿( 2 0 0 6 B A J 2 7 8 0 4
9、) “城_ i l 了地下空蛳防灾融灾技术 磁览”： 全球经济恹速笈髓，城谁隧道越建越欹，腥羽越柬越广，然丽隧遂的成滕怒猎飙敞豹，火灾作为风险 之一，出中长大隧邀地。F 空问特点，火灾一烈发生，缀蘩追的问题则楚人爱的蜜全疏散。对安全魏散技术 的研究。成溻建立柱可接受的风险水平下的考虑，以及对隧道内火灾情形下的燃烧特点充分彳躲的基础E ， 将肖助手疏徽方案更究蓠，从两燮钉效她提高人员蜜全硫澈，减少伤亡攀。 1 隧道内火灾特点及研究意义 出逝年澈静砉界舞地发生r 儿场灾难摊的火灾攀效可以瓣出，辞致人员伤t 的睬l 飘火致霄i 淼：、烟 气隧流健人群繁息身亡；= 、蹴邂；兰、翁毒气体和：氧化羰巾镶。
10、 谳遗成人受遇难的环境阑溪憝溆于长天隧道是个特豫的结构。入员处在受限空阀如。火灾且发生， 烟气、黼溢和商毒气俸的散凝都1 B 常困难，掰入瑟簧从空制爨安全疏散出去。落莲E 常不易，蒯火灾情形F ， 翔巢钉翳燃耪存在，又搬辩越燃越烈，麓到埘燃物燃舔为I t 。极籀在隧邀内形成浓烟和热气浪，弼时产擎 火量的诲撵气体。火灾时潮气扩散方向与凡羹巯效力阿致，辩火灾筠聚人爱逃鸯都p 分不剃。癌l 刊隧道 密闭性、火灾赞载犬、人爨密度高等特点，人员安全疏敷滩鹰稷大，所以隧道内火灾人爨疏散是个十分 震饕豹课题，巍建设翔鑫龟够较耩确地设诗好火敷安全疏散结构参数，使火灾疏散控制在可接受风险水乎， 设计好疏散通道，
11、对予改善隧遂运蒋蜜仝状况+ 其有煎蟹的现变意义。 2 隧道内燃烧的理论分析 隧道火灾，烟气中毒鞠窒息怒造成人员伤t ：的主要鞭因。烟怒筒燃物没谢完全燃烧时产生的懋浮巍空 气中的阿瞪徽糙。它的蕾簦成分憝迸热的笼包气体。( 如空气、C O ，c 0 2 ，H C N ，N 0 2 及H 2 S 等。) 、微小 的碳黑粒子和宠全燃烧或涞宠金燃烧的灰粉簿。烟对入的主罄绝密翁3 个；( I ) 火灾产生的浓烟熊强烈刺 激入麴眼睛，降低能她麓，从丽嫡碍逃盎：巍入捷的救援：( 2 ) 融于现代建筑工程中火量使用备种化学物矮， 使重掰雾中禽肖大蘸商毒有害气体，威胁入的生命；( 3 ) 燃烧时产生犬爨笼海气体降
12、低了空气浓度，也遐以 构戏人的醒暇障碍，嗣瓣暇入有毒气体遗成人体塞惑死。因此研究次灾巾烟气的产燮，性质、运动和控 测等对保障人员蜜全鼷密壤簧的意义。本研究将熏惑研究三方面淘弊( 1 ) 对一窀撬模火灾释热率，定 可燃物储形下所造成的肖毒气体浓度动态分布特点进苛予模亨 I I 研究，以指弩火灾F 人员安全疏散；( 2 ) 研究 不隧邋风速度下的潮气流动特点，从两褥到火灾下的最优通风速度。( 3 ) 设计攮饯述蹩邋邀间距。 由予横向疏黻通道避长太隧遵火灾时人员斌激的盒要通道，火灾烟气是从火灏照嗽横向通道逐渐扩救 至纵窿迸邀，然藤发殿剽镳个建筑物，所以耍黢嗣离层建筑火灾烟气的整延扩敖，必缎翁先孬清火
13、灾烟气 在横国邋遴内逐渐扩散的笈髓溉绺。火灾烟气流动和控制婿究主饕霄两种方法：( 1 ) 火炎娴气试验；( 2 ) 泉用计蒸枫羧型。采用变体爽瓣簧求较黼，条悴较为复杂，捆比谳亩，计算机模型比火灾试验更鬟钉缝济 效应鞫实翊徐德。 模拟的熬举髅设舄赫化： 火灾发鬟霸，潮气裢横向骧散避遂内的流动是种高度蔑杂的3 维习# 稳态、傺旋转的不规翱潞韵。焖 气的箨种物理参数。懿l 速度、愿力、温度等都隧时闯与空间发象变化。敲箨戳F 几点假设： ( 1 ) 火灾产生的煳流甜视为雾组分理魑气体； ( 2 ) 风流及烟流遵循理想气体状态方耧； ( 3 ) 火灾绷流程疏散通遴内流动的过程中夸辩发嫩化学反斑； ( 4
14、 ) 产生的巅温娴气巾主要考虑组分C 0 2 气体j ( S ) 发生火灾蔺疏散通递内风流和溢度均匀，为+ 定值。 2 1 烟颡粒受力分析及运移规律 2 圈I 蝈气颗粒受力几何模型 烟气颗较在t 升过程中受到多种力的作川，l 埘力F r 碾力F g 。浮力F a 胄蜥较相互碰掩作I 钉力F y q ， 颗转与墙壁作朋力F k q 颗粒受到其他力F h ( 包括饭力梯度力、颗牲旋转时的马格纽断力鲋力、砒塞特力、 湍流脉动力等的混合力j 。 22 通风条件下地下空间燃烧空气动力学特征 图2 通风条件下地下空间燃烧空气动力学几何攮型 对火火发4 E 下的地F 空问通蝇新鲜空气，对改善烟气流动、降低温
15、度及稀释有害气体浓度县柯重蔓意 义。 分析烟气在受通风力作H j _ F 的情彤I 以看出当熘气颗粒受到较高速风作刚时相当J 二作用f 燃烧 源周界风或边缘风对1 二燃烧潭是二次蝇有助干阳碍一次H 气流直接和高温烟气接触。 | I 于= 次敬通风 量沿程损失使得风量较小且风速较商闲此姓有强烈的奄嗷高温煳气能力如来风速控制恰当将有 助1 二一次风和高温着火火谭的隔绝作抖j 鉴十这样的考虑避j 札町以采用两种方向同时主址杼上通风与F 通M 。上通风仃助手对烟气流动方向 的拄制有效稀释并卷吸输运烟气流动起到良好的扼制j l l I 气“回流”作j 。F 通风，有助千包疆烟气与 着火点利于火焰熄灭。
16、运H J 数值模拟币段对发，上于隧道内的火灾进行模拟，得到以F 结粜云图。 圈3 火源处横切面温度分布云田 23 安全琉散时间 影响艟教时【I j 的啪囊I ：饕彳J j J 上入地F 空f l i J 的人越督度、由钲敏通道的合理化醴控J 芟、火灾燃烧产t 的 删气诳度投毒性等。一般来说八髓密度越人、则城敞越慢、H 越嘲碓：烟气浓度越高，刚堆散越慢、l i 越婀难。壤做通逆密度越人，u 部越太则疏啦越窖特。然而从经济风险的内J 立米考虑- 则不希蛾u 部 醴引得过】：密集f i 增加经济J 拄木做绌舟风险暂啦在满足晟优人蚰疏放风险等级的情形下，在螗敲通 道墩训方向找到屉优的鞋训参数 I I 时K 川镬道内的述，# 竹式大致订咀F I L 种情m 鞋蝌通道 ，晰通邋 ，乍迸扳式和经进诘申潮口尊扣研究考I g 横通道 代城般打代 3 长大隧道火灾风险理论 31 风险评估主要方法 H 险计估
