随着我国经济的快速发展和隧道施工技术的进步与创新,公路隧道不再局限于传统的直线短隧道,而逐渐发展成为形式各样的特长隧道、水下隧道、曲线隧道等。雅西高速拖乌山北坡栗子坪至铁寨子段建成了世界首创的高速公路小半径双螺旋隧道,为山区高速公路的设计、建设提供了成功经验。然而伴随着公路隧道的车流密度大、载运货物种类繁多、线路长、出入口少、光线昏暗、封闭性较强等特点,致使公路隧道成为极易发生火灾的场所。公路隧道火灾具有火灾危害大、温度高、浓烟大、氧气浓度低、人员疏散难度大、救援困难等特点。因此,研究隧道火灾烟气蔓延特性及火灾事故应急救援工作具有十分重要的现实意义。论文通过查阅国内外文献资料和工程调研,采用理论分析与试验结合、实体实验与数值模拟相结合的研究方法,依托公安部重点研究计划项目,基于搭建的1:67螺旋隧道试验模型和CFD软件建立的1:67缩尺寸、1:1全尺寸螺旋隧道数值模型,开展螺旋隧道火灾烟气蔓延特性及相关规律研究,并进一步开展螺旋隧道火灾事故应急救援技术综合研究。本文的主要研究内容及结果如下:(1)根据相似理论、相似准则和尺度关系等理论基础,建立1:67缩小尺寸螺旋隧道试验模型,通过模拟火灾试验,研究不同坡度和曲率对螺旋隧道火灾烟气流动规律的影响,分析不同坡度、曲率以及不同火源功率等参数下螺旋隧道内温度场、速度场和能见度的变化情况,为开展螺旋隧道火灾实体试验提供数据参考及理论基础。(第二章、第三章)(2)通过ANSYS软件中的建模工具ICEM CFD建立1:67的缩尺计算模型,开展9组不同工况的隧道火灾数值模拟试验,分析比较不同坡度条件下的模拟结果,得出隧道拱顶以及隧道2m高处的沿程温度分布规律以及火源正上方温度随时间变化规律,并对数值模拟计算结果和缩尺实验结果进行对比分析,计算结果和实验结果在温度沿程分布规律上呈现出一定的相似性,并探讨了螺旋隧道火灾烟气在坡度和曲率协同作用下的蔓延规律,首次验证CFD建立螺旋隧道实体计算模型的可行性。(第四章)(3)建立网格大小0.2 m×0.2 m、曲率1/125、长度950m的1:1全尺寸螺旋隧道物理模型,并设置隧道坡度(1%、3%、5%、7%)、4种不同火源位置、火灾功率(20MW、30MW、50MW)等相关参数,开展20组不同工况的全尺寸隧道火灾模拟试验,分析比较不同坡度、不同火源功率、不同曲率等条件下的数值模拟试验结果,研究螺旋隧道内温度场、速度场、浓度和能见度的变化规律,为高速公路螺旋隧道建设设计阶段及运营期火灾烟气控制提供理论依据及工程参数。(第五章)(4)论文针对螺旋隧道火灾不同特点首次开展了高速公路螺旋隧道火灾事故应急救援技术综合研究,制定出适宜的火灾事故应急救援技术综合方案,确定了高速公路螺旋隧道火灾应急救援技术目标、应急救援技术原则、应急救援设施设置、火灾事故应急救援流程及火灾事故后期处置等相关内容,提出切实有效可行的螺旋公路隧道火灾事故应急救援技术。(第六章)论文的研究为螺旋隧道火灾发生发展规律及其火灾烟气蔓延特性的研究提供理论基础和数据支撑,有助于构建科学合理的螺旋隧道应急救援体系,为减少螺旋隧道营运期间事故发生水平,避免重大、特大事故的发生,解决高速公路螺旋隧道建设和营运管理时期的关键问题具有一定理论依据和现实意义。