公路隧道火灾安全性评价研究.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD0 引言隧道有别于其他建筑,相关数据显示,当隧道内发生火灾事故极易导致烟雾与热量的聚集,如果应急处置不当或救援不及时,极易造成大量的人员伤亡。鉴于此,近年来不断有学者开展公路隧道的火灾实验及仿真模拟研究,研究内容主要包括火灾的热释放速率、火源位置的影响、隧道的阻塞比、断面对隧道火灾的影响、纵向通风的影响以及隧道斜坡的影响等条件对隧道内火灾烟气蔓延情况的影响。目前,数值仿真模拟软件FDS被广泛应用于隧道火灾的仿真模拟研究中。相关研究证实,在隧道火灾中,火灾动力学模拟软件FDS对温度分布、烟气蔓延情况以及临界风速等的预测与实验结果吻合较好。采用FDS使用的LES湍流
2、模型还能够预测隧道斜度对临界通风速度的影响。因此,FDS是一种有效地模拟隧道火灾发展及烟气蔓延行为的工具。在此前的研究中,姜学鹏1采用火灾仿真模拟软件FDS探究了公路隧道内的火源功率大小、断面布局等对火焰形态的影响;卫巍2对公路隧道发生火灾时的CO浓度变化情况、温度以及烟气蔓延情况进行了研究;崔喆3基于火灾仿真模拟软件 PyroSim分析了火源参数、隧道坡度等参数对特长公路隧道临界风速的影响规律,还模拟了隧道火灾的烟气扩散特征。近些年不断有学者针对高海拔地区的隧道火灾的烟气蔓延特性、火焰形态及燃烧特性等进行了研究4-5。此外,也不断有学者开展了公路隧道内发生火灾情况下的人员疏散实验及仿真模拟研
3、究,如张玉春6等人进行了公路隧道横通道的人员疏散实验研究,探究了横通道的各种参数,包括宽度、数量等对疏散行人在紧急情况下的疏散,以及正常情况下的运动行为及运动速度的影响;章庭瑞等7采用数值仿真模拟研究的方法,研究了城市公路隧道在发生火灾的情况下,纵向通风对隧道内部疏散救援环境的影响,以及对被困疏散人员造成的影响;赵文忠等8先是基于火灾动力学仿真软件FDS探究了不同火灾情境下隧道内的温度、一氧化碳浓度以及能见度等的分布情况,然后利用疏散模拟软件Pathfinder模拟了隧道在不同车辆导致的阻塞比、人员的不同运动方向以及隧道内疏散人员的总数量对整个疏散过程的影响,并对人员在隧道发生火灾情况下的疏散
4、安全性进行了评估。基于以上研究,本研究采用数值模拟软件 FDS(Version 6.7.6)建立双车道公路隧道,模拟公路隧道发生火灾时的烟气蔓延特征及温度、能见度的分布规律进行数值模拟分析。1 工程概况以一座长约300 m的单向双车道公路隧道为研究对象,其中隧道的内轮净高为7 m,内轮净宽为10 m。在本节中,使用 FDS建立隧道物理模型,如图1所示,断面图如图2所示。由于FDS难以生成较光滑的曲面,因而采用立方体堆积的方式构建了隧道的物理模型。其中,隧道的衬砌材料采用混凝土,比热容和导热系数分别设为 1.04 kJ/(kgK)和 1.8 W/(mK),厚度为0.5 m。2 仿真模型参数设置火
5、灾动力学模拟软件FDS是由NIST开发的,被认收稿日期:2023-03-14作者简介:豆海涛(1991),男,河南淮阳人,工程师,从事公路设计相关工作。公路隧道火灾安全性评价研究豆海涛(奎屯第七师勘测设计研究院有限公司,新疆 奎屯 833200)摘要:公路隧道火灾危害严重,极易造成人员伤亡事故。为此,基于数值仿真模拟的方法,采用火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)模拟了火灾情境下隧道内的火灾发展及烟气蔓延情况,并分析了火场中的温度和能见度的分布情况。研究结果表明:在无风的情况下,温度与能见度的分布大致呈对称分布;30 MW规模的隧道火灾会导致距离火源位置约
6、45 m的区域成为高温影响的核心区域,人员在该区域的短暂停留都有可能面临烧伤或者死亡的风险;整条隧道的能见度在第200 s左右降至10 m,而在约第250 s时降至5 m以下,在约第300 s趋于稳定,此时人员的疏散速度受到极大影响,极不利于人员的安全疏散。关键词:隧道火灾;温度;能见度;仿真模拟中图分类号:U459.2文献标识码:A17总661期2023年第31期(11月 上)为是模拟火灾产生的烟气与热量流动行为的实用工具,其采用的大涡模拟(LES)技术经常被用于火灾的数值仿真模拟工作,主要功能包括消防工程中常用的火源设置、热解模型、燃烧模型、水喷淋模型以及逻辑控制等,且其结合了丰富的后处理
7、及可视化软件Smokeview,可以动态显示火灾的模拟后果,并且火灾的仿真模拟结果能与疏散仿真模拟软件如Pathfinder等同时显示,是工程中常用的火灾仿真模拟软件。参照相关规范取火灾规模为 30 MW,火源位于隧道中间位置的一侧,采用 t2火灾模型模拟隧道内车辆火灾发展,火源设为快速火,发展系数 取 0.04689,具体火源参数如表1所示。火灾由发生到稳定燃烧时长根据式(1)计算得到,约为400 s。此外不考虑风速情况,将隧道模型两端洞口设置为自然开口。Q=at2(1)式(1)中:Q为火源的总放热率;为发展系数,取值为 0.04689。根据FDS指导手册的建议,本次模拟选用的计算网格尺寸大
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