【摘 要】
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水下公路隧道具有交通量大、交通组成复杂、通风及疏散条件不利等特点,一旦发生火灾将对人员生命安全构成严重威胁。目前国内外研究人员已经对隧道火灾通风疏散开展了广泛研究,但关于不同纵向风速、风机布控方式、疏散设施配置等设计条件对烟气环境危险水平,气流均匀稳定性,及人员逃生安全影响方面的研究仍有待深入。本文以提高火灾人员逃生安全为导向,使用火灾通风和人员疏散的分离数值模拟研究方法,对纵向通风速度、风机组轴
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水下公路隧道具有交通量大、交通组成复杂、通风及疏散条件不利等特点,一旦发生火灾将对人员生命安全构成严重威胁。目前国内外研究人员已经对隧道火灾通风疏散开展了广泛研究,但关于不同纵向风速、风机布控方式、疏散设施配置等设计条件对烟气环境危险水平,气流均匀稳定性,及人员逃生安全影响方面的研究仍有待深入。本文以提高火灾人员逃生安全为导向,使用火灾通风和人员疏散的分离数值模拟研究方法,对纵向通风速度、风机组轴线横间距、不同火源位置的风机启停、疏散口纵向布置间距4个水下隧道火灾的通风控制与人员疏散设计条件进行优化研究,并提出相应设计优化策略。研究使用Pyro Sim火灾模拟软件和Pathfinder疏散模拟软件对具有典型水下隧道特征的某城市海底隧道构建拥堵工况下的火灾通风模型及人员疏散模型,对关闭机械通风、低速、中速、高速4种通风速度模式下的6个典型速度工况,风机轴线横间距为1至3.6倍风机直径的6种工况,火源位于两风机组下游各处、下游风机组下方、两风机组中间的具体5种特征位置下不同风机启停的9种工况,以及30 m至80 m的6种不同疏散口纵向间距工况进行模拟计算。对各设计条件进行对比分析研究,根据模拟结果计算隧道可用安全疏散时间ASET、必需安全疏散时间RSET、速度分布等参数,作为评估烟气环境危险水平、隧道疏散速度、气流稳定性的依据。研究发现采取纵向通风的低速模式如1.0 m/s有利于火源下游疏散环境安全,风速每增加1.0 m/s,火源下游平均ASET降低6%至25%,主要原因是高速气流破坏烟气分层,其中ASET计算主要取决于能见度指标;设计中需考虑到火源下游可能存在疏散人员的不利情况优先使用低速通风模式。风机组平行射流形成均匀流所需的距离随风机组轴线横间距的增加先减后增,轴线横间距为2倍风机直径时上述距离最短;如风机位于事故多发路段上游,则设计时应选择2倍风机直径以尽快形成均匀流控制烟气。风机射流对逆流烟气的“推动”控制会加速局部能见度下降,但风机出风侧20 m至40 m范围内射流的阻隔稀释效应会延缓局部能见度下降和烟气逆流,风机回风侧气流对烟气施加“牵引”控制时的扰动小且控制效果弱,且烟气经过风机后加快下游区域能见度下降;各火源位置的不同风机启停方案对局部烟气环境影响较复杂,设计中需结合隧道疏散特征进行合理取舍。火源两侧180 m至240 m范围为疏散缓慢区域,对应疏散口的RSET最大,当疏散间口距小于60 m,每增加一个疏散口,最大RSET平均降低量仅为大于60m时的28%,疏散口处排队时间占疏散总时间的较大比例,如口间距为40 m和60 m时分别占55%和66%;设计中需考虑设计条件改变对疏散设计参数的影响如ASET,在1.0m/s,2.0 m/s,3.0 m/s,和大于4.5 m/s的不同风速条件下,使用对应ASET分布计算满足安全疏散要求的最大合理疏散间距分别为60 m,50 m,40 m,和30 m。
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