• ISSN 0258-2724
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不同排烟口开启状态下妈湾隧道的排烟技术

曾艳华 李杰 张先富 韩通 丁茂瑞 张嵩

曾艳华, 李杰, 张先富, 韩通, 丁茂瑞, 张嵩. 不同排烟口开启状态下妈湾隧道的排烟技术[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1177-1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170452
引用本文: 曾艳华, 李杰, 张先富, 韩通, 丁茂瑞, 张嵩. 不同排烟口开启状态下妈湾隧道的排烟技术[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1177-1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170452
ZENG Yanhua, LI Jie, ZHANG Xianfu, HAN Tong, DING Maorui, ZHANG Song. Smoke Exhaust Technology of Different Opening State of Smoke Vent in Mawan Tunnel[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1177-1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170452
Citation: ZENG Yanhua, LI Jie, ZHANG Xianfu, HAN Tong, DING Maorui, ZHANG Song. Smoke Exhaust Technology of Different Opening State of Smoke Vent in Mawan Tunnel[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1177-1186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170452

不同排烟口开启状态下妈湾隧道的排烟技术

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170452
基金项目: 国家重点研发计划课题资助项目(2016YFC0802201)
详细信息
    通讯作者:

    曾艳华(1968—),女,教授,博士生导师,研究方向为地下工程的通风与防灾救援技术,E-mail:zengyhua@163.com

  • 中图分类号: U458.1

Smoke Exhaust Technology of Different Opening State of Smoke Vent in Mawan Tunnel

  • 摘要: 为了研究隧道发生火灾时通风排烟方式和排烟口开启状态对排烟效果的影响,对妈湾水下盾构隧道的排烟特性和排烟效率进行了分析. 通过理论分析和火灾动力学模拟器FDS,得到了纵向通风排烟方式的临界风速和重点通风排烟方式的最佳排烟量;基于不同的排烟口开启状态设置工况,对烟气高度、蔓延长度、人眼高度处的能见度、CO体积浓度及排烟口的风速大小和排烟效率进行了研究. 研究结果表明:(1) 妈湾水下盾构隧道临界风速为4.5 m/s,重点排烟方式下同时开启上下游排烟口及只开启下游排烟口的最佳排烟量分别为290、410 m3/s;(2) 同时开启上下游排烟口,且及时开启火源正上方排烟口,能保证人眼高度处能见度大于10 m,CO浓度仅在火源上下游200 m范围内超过人体耐受极限,最大值仅为450 ppm,烟气高度在火源上游方向近100 m范围内升高,烟气蔓延距离缩短;(3) 同时开启火灾上下游排烟口时,及时打开火灾点正上方排烟口时的整体排烟效率比不打开时更高;只开启下游排烟口时,则正好相反;(4) 综合人员逃生指标,当发生火灾时,应采用重点排烟,同时开启火灾上下游排烟口,并及时打开火灾点最近的排烟口.

     

  • 图 1  盾构隧道横断面尺寸(单位:cm)

    Figure 1.  Shield tunnel cross-sectional dimensions/cm (unit: cm)

    图 2  隧道火灾计算模型

    Figure 2.  Model of tunnel fire simulation

    图 3  临界风速示意

    Figure 3.  Critical velocity diagram

    图 4  同时开启上下游排烟口时,排烟口与火灾点示意

    Figure 4.  The diagram of fire and the fire point when opening the upper and lower smoke exhaust

    图 5  只开启下游6个排烟口时,排烟口与火灾点示意

    Figure 5.  The diagram of fire and the fire point when Only opening the lower smoke exhaust

    图 6  不同控制风速下烟气蔓延情况

    Figure 6.  Smoke spreading in the case of different velocity

    图 7  上下游同时开启排烟口的烟气高度

    Figure 7.  The smoke height when opening the upper and lower smoke exhaust

    图 8  上下游同时开启排烟口的人眼能见度

    Figure 8.  The visibility of human eye height when opening the upper and lower smoke exhaust

    图 9  上下游同时开启排烟口时人眼高度CO体积浓度

    Figure 9.  The CO volume concentration of human eye height when opening the upper and lower smoke exhaust

    图 10  只开启下游排烟口的烟气高度

    Figure 10.  The smoke height when opening the lower smoke exhaust

    图 11  只开启下游排烟口的能见度

    Figure 11.  The visibility of human eye height when opening the lower smoke exhaust

    图 12  只开启下游排烟口的CO体积浓度

    Figure 12.  The CO volume concentration of human eye height when opening the lower smoke exhaust

    图 13  上下游同时开启排烟口时排烟口下风速

    Figure 13.  Velocity under the smoke exhaust when opening the upper and lower smoke exhaust

    图 14  只开启下游排烟口时排烟口下风速

    Figure 14.  Velocity under smoke exhaust when opening the lower smoke exhaust

    表  1  妈湾水下盾构隧道火灾工况模拟

    Table  1.   Simulation conditions of shield tunnel fire

    火灾场景工况排烟口开启个数/个高洞口边界风速/(m•s−1低洞口边界风速/(m•s−1排烟风量/(m3•s−1
    临界风速 1 0 3.5 自然边界
    2 0 4.0 自然边界
    3 0 4.5 自然边界
    开启上下游排烟口 4 6 2.0 −1.0 250
    5 6 2.0 −1.5 290
    6 6 2.5 −1.0 290
    7 7 2.0 −1.0 250
    8 7 2.0 −1.5 290
    9 7 2.5 −1.0 290
    只开启下游排烟口 10 6 2.5 −1.0 290
    11 6 3.0 −1.0 330
    12 6 4.0 −1.0 410
    13 7 4.0 −1.0 410
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    表  2  CO浓度对人体健康的影响

    Table  2.   Effect of CO concentration on human health

    CO 浓度/ppm影响人体健康的生理特征或症状
    200 经2~3 h 后有轻度头痛
    400 1 h 后有头痛和恶心
    800 45 min 时出现头晕、头痛、恶心
    1 300 有强烈的头痛,皮肤呈樱桃红色
    1 600 30 min 时头昏、恶心,超过2 h引起死亡
    2 000 1 min 后危险或引起死亡
    3 200 5~10 min 即产生头痛、头昏,30 min 后死亡
    6 400 在10 min 内会死亡
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    表  3  同时开启上下游排烟口时烟气蔓延距离

    Table  3.   Smoke spreading distance comparison table of opening the upper and lower smoke exhaust m

    工况上游蔓延长度下游蔓延长度总蔓延长度
    4 162 178 340
    5 160 170 330
    6 120 126 246
    7 130 165 295
    8 92 160 252
    9 89 96 185
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    表  4  只开启下游排烟口时烟气蔓延距离对比

    Table  4.   Smoke spreading distance comparison table of opening the lower smoke exhaust m

    工况沿上游蔓延长度沿下游蔓延长度总蔓延长度
    10 72 280 352
    11 30 284 314
    12 3 236 239
    13 2 345 347
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    表  5  不同排烟口开启状态下各排烟口的排烟效率

    Table  5.   Smoke exhaust efficiency of different smoke exhaust’s opening strategy %

    工况1#2#3#4#5#6#7#合计
    4 0.1 7.5 26.7 44.3 15.2 0.8 94.5
    5 0.0 9.4 31.2 37.4 16.1 1.2 95.3
    6 0.2 3.3 27.5 46.5 13.9 4.8 95.1
    7 0.1 0.4 2.0 69.8 15.7 5.9 0.5 94.4
    8 0.1 0.0 2.5 73.2 13.0 3.4 0.1 92.4
    9 0.2 0.1 0.0 65.1 20.4 6.6 0.8 93.1
    10 21.3 41.2 20.5 8.5 3.8 0.0 95.2
    11 16.4 44.9 24.0 8.6 4.0 0.1 98.1
    12 6.4 41.3 27.4 15.2 5.7 0.5 96.5
    13 34.7 27.0 20.0 11.7 5.0 0.3 98.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-20
  • 修回日期:  2018-03-09
  • 网络出版日期:  2019-09-23
  • 刊出日期:  2019-12-01

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