1、圖書分類號：密級：畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：公路隧道火災(zāi)煙氣流動規(guī)律及通風(fēng)防排煙對策研究study on the law of fire smoke movement andcountermeasures of ventilation and smoke control學(xué)生姓名班級*學(xué)院名稱專業(yè)名稱消防指揮1指導(dǎo)教師v!|!ji畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行 研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含 任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重 要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意

2、識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期：年月日畢業(yè)論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在 學(xué)習(xí)期間所完成的畢業(yè)論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部 門或機構(gòu)送交畢業(yè)論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借 閱?？梢怨籍厴I(yè)論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本畢業(yè)論文的全部或部分 內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制 手段保存和匯編本畢業(yè)論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：日期：年 月 日日期：年 月 日公路隧道火災(zāi)煙氣流動規(guī)律及通風(fēng)防排煙對策研究伴隨著交通業(yè)的迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)建成了越來越多的隧道，其

3、中 絕大部分是公路隧道。公路隧道在給人們帶來便利交通的同時，也給火災(zāi) 防治帶來了許多問題。公路隧道火災(zāi)可能成為人員群死群傷、車損洞毀、 交通中斷的重大惡性火災(zāi)，造成巨大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。因此， 研究公路隧道火災(zāi)的煙氣流動的規(guī)律及防排煙具有非常重要的意義。本文首先介紹了公路隧道火災(zāi)的特點及當(dāng)今世界范圍內(nèi)公路隧道火 災(zāi)的典型案例，在詳細分析了火災(zāi)|寸隧道內(nèi)溫度場、壓力場以及隧道坡度 等因素對火災(zāi)不同發(fā)展階段公路隧道內(nèi)煙氣流動規(guī)律的影響和制約的基 礎(chǔ)上，對公路隧道橫向、縱向等各種不同的通風(fēng)排煙方式的特點進行了探 討與分析。在對公路隧道橫向、縱向通風(fēng)排煙方式在實踐中遇到的一些困 難和問題進行

4、詳細探討研究的基礎(chǔ)上，對公路隧道橫向、縱向通風(fēng)排煙方 式提岀了相應(yīng)的改進措施，為隧道火災(zāi)防排煙系統(tǒng)的工程設(shè)計、滅火救援 提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞 公路隧道； 煙氣流動； 火災(zāi)； 防排煙study on the law of fire smoke movement andcountermeasures of ventilation and smoke controlabstractwith the rapid development of transportation industry, more and more tunnels have been built in the wor

5、ld, most of which are highway tunnels. highway tunnels facilitate the transport of people. however, at the same time, they bring a lot of problems to the fire prevention and control. tunnel fire may be a devastation which might cause great casualty, vehicles damaged; tunnel collapses and major traff

6、ic disruption, causing huge economic losses and adverse social impacts- therefore, it has significant meanings to study the law of the smoke movement in the tunnel fire and the smoke prevention and exhausting.at the beginning, this paper introduces the characteristics of tunnel fire and the typical

7、case in tunnel fire around the world nowadays. on the basic of detailed analysis on the tunnel temperature field, pressure field, as well as factors such as the tunnel slope influence and restrict the law of flue gas movement on different stages of fire, the paper explores and analysis the character

8、istics of different ways on exhausting the smoke, such as horizontal emission and vertical emission and so on. besides, on the basic of exploring the difficulties and problems met when practicing the horizontal, vertical and so on ways of exhausting the smoke, the paper provides with the correspondi

9、ng improvement on horizontal and vertical ventilation; it also provides with theoretic foundation and technical supports on the engineering design, fire-fighting and rescue of the tunnel fire prevention and exhausting system.key words highway tunnel; smoke movement; fire; smoke control中文摘要iabstracti

10、i目錄ill1弓i言1公路隧道火災(zāi)事故概述2.1公路隧道火災(zāi)案例2.2公路隧道火災(zāi)的特點2.3公路隧道火災(zāi)的危害43隧道火災(zāi)煙氣流動規(guī)律及影響因素43火災(zāi)時隧道內(nèi)溫度場分布對煙氣流動的影響43.1.1燃燒溫度43.1.2溫度場分布53.1.3溫度場的擴散速度與范圍63.2火災(zāi)時隧道內(nèi)壓力場分布對煙氣流動的影響73.2.1隧道內(nèi)的風(fēng)流壓力變化73.2.2隧道內(nèi)的風(fēng)速變化83.3火災(zāi)時隧道坡度對煙氣流動的影響83.3.1無通風(fēng)的情況83.3.2有通風(fēng)的情況84公路隧道通風(fēng)及防排煙94公路隧道通風(fēng)排煙的目的94.2公路隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)簡介94.3公路隧道通風(fēng)及排煙方式104.3.1橫向通風(fēng)排煙104

11、.3.2縱向通風(fēng)排煙104.3.3半橫向通風(fēng)排煙104.4公路隧道通風(fēng)及排煙方式選擇的影響因素105公路隧道火災(zāi)通風(fēng)排煙中遇到的問題及改進措施115橫向通風(fēng)排煙存在問題及改善措施115.2縱向通風(fēng)排煙存在問題及改善措施116結(jié)束語12參考文獻13致謝141引言隨著交通業(yè)的迅猛發(fā)展，世界范圍內(nèi)建成了越來越多的隧道，尤其是公路隧道。 它給人們帶來便利交通的同時，也給火災(zāi)防治帶來了許多問題。近年來發(fā)生的幾次群 死群傷的公路隧道火災(zāi)表明，公路隧道火災(zāi)雖然是一種小概率事件，但其一旦得不到 有效控制的話，將給我們帶來災(zāi)難性的損失?；馂?zāi)煙氣流動本身就是一種復(fù)雜的浮力 驅(qū)動流，同時，由于隧道自身結(jié)構(gòu)的限制以及

12、隧道內(nèi)風(fēng)的作用，使得隧道內(nèi)的煙氣流 動相比于一般建筑火災(zāi)煙氣流動更為特殊。統(tǒng)計結(jié)果表明，由于不完全燃燒所產(chǎn)生的 有毒有害煙氣是隧道火災(zāi)中導(dǎo)致人員死亡的最主要因素。因此，研究公路隧道火災(zāi)煙 氣流動的規(guī)律及防排煙具有非常重耍的意義。隧道火災(zāi)的發(fā)生頻率為10次/(億車 km)17次/(億車 km)o雖然發(fā)生概率較小， 但得不到有效控制的話，后果極為嚴(yán)重。特別是1949年美國紐約新澤西州霍蘭(holland) 公路隧道火災(zāi)、1977年3月8日上海打浦路水下隧道火災(zāi)、1979年日本造賀(nihonzaka) 公路隧道火災(zāi)、1979年日本阪公路隧道火災(zāi)、1982年美國加利福尼亞州卡爾德科特 (caldec

13、ott)路隧道火災(zāi)以及1999年法國和意大利間的勃郎峰(montblanc)公路隧道火 災(zāi)等，均造成了重大的人員傷亡和結(jié)構(gòu)破壞。隧道火災(zāi)可能成為人員群死群傷、車損 洞毀、交通中斷的重大惡性火災(zāi)，造成巨大的經(jīng)濟損失和惡為的社會影響。目前我國公路隧道總數(shù)已達1782座，總長度704公里，是改革開放之初的13.5倍， 是世界上公路隧道最多的國家。而且，隨著交通事業(yè)的發(fā)展和曲部大開發(fā)的進行，將 會修建更多的長大公路隧道。不斷發(fā)生的火災(zāi)事故和火災(zāi)造成的慘重損失，已經(jīng)引起 了國際上的高度重視，世界各國對長大交通隧道防治火災(zāi)的研究都非常重視，專門列 為當(dāng)今重耍的研究課題。如日本，專門成立“青函隧道防火對策委

14、員會”，研討青函 隧道防火對策的基本設(shè)想及各種防災(zāi)設(shè)備；以德國為主的西歐八個國家共同出資進行 交通隧道防火問題的專門研究，探討隧道火災(zāi)的原因、隧道火災(zāi)的燃燒過程及其救援 防治措施，其目的就是對隧道火災(zāi)提供早期預(yù)測預(yù)報，及時滅火，杜絕災(zāi)情的發(fā)展或 將隧道火災(zāi)危害減至最小。隨著長大公路隧道的不斷涌現(xiàn)和隧道交通量的增大，火災(zāi)發(fā)生的頻率在逐漸增大, 因此，為了有效的減少公路隧道火災(zāi)的危害，首耍的工作是需耍掌握隧道火災(zāi)煙氣的 特性及其規(guī)律，進而才能對癥下藥，合理有效的設(shè)計和改善隧道火災(zāi)防排煙設(shè)施。2.1公路隧道火災(zāi)案例由于隧道數(shù)量和隧道長度的日益增長，以及公路交通密度的與日俱增，公路交通 隧道內(nèi)火災(zāi)的危

15、險性呈上升趨勢。英國、法國、意大利、日本、加拿大、奧地利、美 國和德國都曾發(fā)生過嚴(yán)重的公路隧道火災(zāi)事故，特別是1949年美國紐約新澤西州霍蘭 公路隧道火災(zāi)，1979年日木造賀公路隧道火災(zāi)，1979年日木大阪公路隧道火災(zāi)，和1982 年美國加利福尼亞州卡爾德科特公路隧道火災(zāi)等均造成了重大傷亡和破壞。而近年來 震驚于世的公路隧道火災(zāi)有：2001年10月24日，瑞士阿爾卑斯山區(qū)圣哥達隧道(全長16.9km)發(fā)牛車禍，兩輛大 卡車迎頭相撞引發(fā)大火，有11人喪命，128人失蹤。隧道內(nèi)濃煙滾滾，空氣難以流通, 救援工作非常困難，大火持續(xù)燒了一天一夜，40輛車被燒毀，運載輪胎的卡車起火燃 燒后，有毒的黑煙使

16、眾多人被熏死。1999年5月29日，4輛轎車，兩輛貨車在穿越全長6.4km奧地利西部的陶m(tauern) 隧道時，在隧道約700m處相撞著火。這場大火燃燒了十幾個小時，燒毀14輛載重卡車 和26輛小轎車，有12名乘客被火焰吞沒或窒息死亡，另有49人受傷。1999年3月24日，位于法國及意大一利間的勃郎峰(mont blanc)隧道(全長118km) 發(fā)生特大火災(zāi)，火勢迅速蔓延，火災(zāi)形成的濃煙和高溫輻射嚴(yán)重阻礙了消防人員滅火, 大火燃燒了50多個小時，導(dǎo)致41人死亡，包括一名消防人員，43輛車被燒毀，結(jié)構(gòu)大 面積破壞，隧道關(guān)閉近三年。我國也曾經(jīng)多次發(fā)生公路隧道火災(zāi)事故，如：1977年上海打浦路

17、水下隧道火災(zāi)； 1991年上海延安東路隧道發(fā)生火災(zāi)事故；1998年7月7日，福建盤陀山第二公路隧道因 貨車在隧道內(nèi)起火引發(fā)火災(zāi)；1999年浙江大溪嶺隧道發(fā)生火災(zāi)；2002年1月10日，浙江 狐貍嶺隧道發(fā)生火災(zāi)隧道等。2.2公路隧道火災(zāi)的特點由于隧道自身結(jié)構(gòu)的限制以及隧道內(nèi)風(fēng)的作用，使得隧道內(nèi)的火災(zāi)相比于一般建 筑火災(zāi)更為特殊。一般說，公路隧道火災(zāi)主要具有以下特性：(1) 起火原因復(fù)雜多變隧道中的車流量不均勻，車型多變，車載物品與火災(zāi)荷載不確定，起火源不確定, 這些因素決定了此類隧道火災(zāi)具有多樣性和不確定性。隧道越長、交通量越大，發(fā)生 火災(zāi)的概率越大。(2) 煙氣的濃度大、溫度高隧道呈狹長形，內(nèi)

18、部空間較小，近似于封閉空間?；馂?zāi)發(fā)牛后，隧道中空氣不足, 多發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生的煙氣濃度很高，而h很難通過自然排煙排出；同時，燃燒 釋放的熱量不易散發(fā)，隧道內(nèi)部的溫度容易迅速升高，在充分燃燒階段，溫度可達 1000°c 以上。(3) 火災(zāi)容易快速蔓延隧道內(nèi)的管道、風(fēng)道、地溝及通道與地面大氣相通，一旦發(fā)生火災(zāi)，這些部位將 成為火災(zāi)蔓延的途徑。隧道內(nèi)具有通風(fēng)系統(tǒng)，車輛的行走也會對隧道內(nèi)的煙氣流動造 成一定影響。如果在發(fā)生火災(zāi)時未能及時控制通風(fēng)設(shè)備，則更會加快火災(zāi)蔓延速度。 隧道火災(zāi)中產(chǎn)生的co等不完全燃燒產(chǎn)物較多，在其流動過程中，當(dāng)遇到新鮮空氣和其 它可燃物時，將會引發(fā)新的燃燒，從而出

19、現(xiàn)火災(zāi)從一處跳躍到另一處的“跳躍式”蔓 延。(4) 可發(fā)牛著火點的移動車輛著火后仍在行走，火災(zāi)報警的位置往往不是有火的位置難以處理。(5) 人員疏散極其困難隧道與外界相連的孔洞少，所以火災(zāi)煙氣容易迅速充滿全洞，致使其中的能見度 降低；此外，不完全燃燒生成的大量co等有害氣體也會對隧道內(nèi)人員的人身安全構(gòu)成 威脅。另外，駕駛?cè)藛T對火災(zāi)的恐懼心理，很容易造成交通堵塞或出現(xiàn)新的交通事故, 而嚴(yán)重影響車輛疏散；隧道越長，車輛疏散所需的時間越長，火災(zāi)期間發(fā)生二次災(zāi)害 的可能性越大。(6) 滅火救援難度很大隧道火災(zāi)類型、發(fā)生蔓延規(guī)律不確定，且燃燒強度很高的惡性油品火災(zāi)較多。燃 燒生成的濃煙、高溫及形成的缺氧

20、狀態(tài)都對救援造成重要影響。地下交通隧道出入口 少，通道狹窄，距離長，而且滅火工作面和救援途徑單一、受限，且滅火救援路線容 易與人員和車輛的疏散路線、煙氣流動路線的交叉；而且由于地下通信困難，從而難 以實施及時有效的指揮。同時大型滅火設(shè)備無法進入隧道，進入的人員也要進行特殊 防護，當(dāng)火場溫度過高時，隧道拱頂混凝土有燒塌崩落的危險。(7) 火災(zāi)損失大隧道火災(zāi)可能成為人員群死群傷、車損洞毀、交通中斷的重大惡性火災(zāi)，造成巨 大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。以1979年的日木坂隧道大火為例，在這次事故中， 共有7人死亡、2人受傷，174輛車被全部焚毀。修復(fù)隧道的費用加上停運兩個月的收入 損失共計67億日元

21、。我國上海市黃浦江第一條越江隧道在建成后投入使用不久的1977 年發(fā)生一次火災(zāi)，一輛滿載乘客的公共汽車車身起火，在開岀隧道前該車即己焚毀， 大部分乘客遇難，造成人員生命的巨大損失2.3公路隧道火災(zāi)的危害隧道火災(zāi)排煙與散熱條件差、煙霧濃度大、能見度低、人員疏散難、溫度高而且 升溫快，消防、滅火難度大，損壞程度嚴(yán)重：(1) 火災(zāi)時產(chǎn)生的大量有毒有害煙霧，不僅降低對到內(nèi)的能見度，影響人員和車輛 的逃生以及救援工作的開展，同時，其也是造成人員傷亡的主要原因。(2) 火災(zāi)時產(chǎn)牛的高溫，不僅燒壞隧道內(nèi)部的裝修，對襯砌產(chǎn)生巨大的損壞，致使 結(jié)構(gòu)的承載力降低或完全喪失，而對隧道防水體系的破壞，會造成隧道不同程

22、度 的滲漏水，以致影響隧道的正常運營及功能的發(fā)揮。(3) 火災(zāi)使隧道內(nèi)的電氣設(shè)備與元器件及線路損壞，導(dǎo)致動力、照明用電失供，通 訊、通風(fēng)及排水設(shè)備無法運轉(zhuǎn)，致使救援難度增大。(4) 火災(zāi)時產(chǎn)牛的火風(fēng)壓會極大的影響整個通風(fēng)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致隧道內(nèi)正常的 通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，致使災(zāi)害擴大。如果火災(zāi)生成的火風(fēng)壓是正值，則在風(fēng)機停止運 轉(zhuǎn)后，在火風(fēng)壓作用下，火煙仍繼續(xù)向各個區(qū)域蔓延、引起人身傷亡事故。隧道火災(zāi)煙氣流動規(guī)律及影響因素3.1火災(zāi)時隧道內(nèi)溫度場分布對煙氣流動的影響火災(zāi)時，隨著通風(fēng)風(fēng)速、火災(zāi)規(guī)模的不同，隧道內(nèi)溫度場的分布差異很大，而且 隨著時間的推移，其分布發(fā)生顯著的變化。研究火災(zāi)時隧道內(nèi)溫度場

23、的分布對于隧道 內(nèi)設(shè)備的選型、火災(zāi)初期的報警、人員逃生，以及火災(zāi)時救援和通風(fēng)方案的制定都有 著極其重耍的意義。3.1.1燃燒溫度(1) 最高溫度與通風(fēng)風(fēng)速、火災(zāi)規(guī)模的關(guān)系由于隧道環(huán)境的特殊性，火災(zāi)時產(chǎn)生的高溫?zé)煔獠灰着懦?，溫度急劇上升，可達 到iooor以上。高溫?zé)煔饪赡茉斐伤淼阑馂?zāi)人員傷亡和設(shè)備、結(jié)構(gòu)的損壞?；鹪袋c風(fēng)流溫度的大小主要取決于兩個因素：一是燃燒物放出熱量的多少；二是 流過火源點風(fēng)量和風(fēng)速的大小。另外火源溫度還受燃燒規(guī)模、強度、通風(fēng)條件等多種 因素的影響。假定在缺氧燃燒狀態(tài)下，煙流中的最低氧氣濃度為零。同時，由于火災(zāi)時，隧道 內(nèi)燃燒區(qū)域較短，故忽略煙流與隧道周圍物體間的熱交換量，且

24、認為煙流流動過程為 穩(wěn)定過程。隨著至火區(qū)距離的不同，最高溫度、火災(zāi)規(guī)模以及通風(fēng)風(fēng)速三者之間的關(guān)系也不 同。在火區(qū)附近，在同等火災(zāi)規(guī)模下，最高溫度隨通風(fēng)風(fēng)速的增大而減小:在同等風(fēng)速 下，最高溫度隨火災(zāi)規(guī)模的增大而增大。當(dāng)遠離火區(qū)時，在同等火災(zāi)規(guī)模下，最高溫 度先隨通風(fēng)風(fēng)速的增大而增大0(2) 溫度隨時間的變化規(guī)律隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，燃燒從一個點或面開始，隨著時間的推延，火焰向周圍蔓延, 火區(qū)由一個點或面延燒成一個區(qū)域，參與燃燒的可燃物數(shù)量逐漸增多，熱量集聚逐漸 增多，火災(zāi)煙流溫度逐漸增高。有關(guān)實驗表明，發(fā)生火災(zāi)時，隧道內(nèi)溫度的變化，并不是按照標(biāo)準(zhǔn)溫度一時間曲 線逐漸上升，而是有一個急劇增加的過程。

25、火災(zāi)進入穩(wěn)定燃燒階段后，其持續(xù)時間隨 火災(zāi)規(guī)模、通風(fēng)風(fēng)速以及燃料自由表面積的大小而變化。在同等條件下，火災(zāi)規(guī)模越 大，火災(zāi)的持續(xù)時間越長。同樣，在同等條件下，燃料的自由表面積越大，燃燒速度 越快，則火災(zāi)的持續(xù)時間越短。同時，在同等條件下，隨著通風(fēng)風(fēng)速的增大，火災(zāi)的 持續(xù)時間縮短。(3) 燃燒速度與通風(fēng)風(fēng)速的關(guān)系速度隨通風(fēng)風(fēng)速的增大而增大，當(dāng)風(fēng)速一定值時，燃燒速度達到最大后，隨著通 風(fēng)風(fēng)速的增大，燃燒速度下降，其主要原因是當(dāng)提高風(fēng)速后，散熱量增加。當(dāng)風(fēng)速增 大到一定程度后，風(fēng)流的散熱量大于燃燒的生成熱時，則燃燒反應(yīng)可能停止，火焰熄 滅。3.1.2溫度場分布(1)火災(zāi)吋縱向溫度分布在機械通風(fēng)動力、

26、自然風(fēng)壓以及火風(fēng)壓的的共同作用下，高溫?zé)熈飨蚧饏^(qū)下風(fēng)側(cè) 方向移動，隨著時間的推移，其影響的區(qū)域越來越大。同吋，由于煙流的溫度高于沿 途隧道襯砌的溫度，所以，在擴散過程中，煙流不斷地與周圍物體進行熱交換，煙流 失去熱能，溫度逐漸下降，隧道襯砌得到熱能，溫度不斷升高。有關(guān)實驗表明，由于燃燒引起的冷熱空氣對流和隧道壁面對于流經(jīng)其中的高溫火 煙的冷卻作用，使得熱煙氣流的熱量被空氣及非燃燒物質(zhì)(主要是隧道壁面)所吸收 而使其溫度沿程下降。因此，在縱斷面方向溫度場的分布規(guī)律是:隨著到火源點距離的 增加，溫度在降低，且下降的梯度在逐漸減小。通風(fēng)風(fēng)速和火災(zāi)規(guī)模對溫度場的縱向分布具有重要的影響，在不同的通風(fēng)條件

27、下, 隧道縱斷面溫度場的分布也不盡相同。有關(guān)研究表明，由于燃燒引起的冷熱空氣對流 和隧道壁面對高溫?zé)煔獾睦鋮s作用，火災(zāi)時，溫度和火災(zāi)的影響沿隧道縱向在逐漸減 弱。在同等條件下，隨著通風(fēng)風(fēng)速的增大，火災(zāi)區(qū)附近的溫度下降，而沿程溫度上升。 發(fā)生火災(zāi)后，隨著時間的推移，隧道內(nèi)各個斷面的溫度都在逐漸上升，當(dāng)火源點溫度 達到最高時，隧道內(nèi)各點的溫度也基木達到最高，之后，隨著時間的持續(xù)，溫度逐步 下降。整個變化過程中，火源點的溫度梯度較火區(qū)下游大，且隨著遠離火區(qū)，溫度梯 度有逐漸減小的趨勢。(2)火災(zāi)時橫向溫度分布不通風(fēng)狀態(tài)下，火災(zāi)時，隧道斷面上部為高溫?zé)煔饬飨騼啥硕纯谝苿?，斷面下?則為外界新鮮空氣向洞

28、內(nèi)流入補充，在斷面中部為高低溫氣流進行熱傳導(dǎo)和對流的紊 流層。由于高溫?zé)釤煔饬鬏^輕上升，隧道底部相對有較冷的空氣補充，因此，其溫度 的橫向分布規(guī)律是拱頂最高，拱腰、邊墻次之，底部最低。但最高溫度并不在拱頂襯 砌表面，而是在離拱頂不遠的區(qū)域內(nèi)。機械通風(fēng)狀態(tài)下，當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速達到一定值時，由于火焰被吹傾斜，火區(qū)下游附近 一段距離內(nèi)斷面底部受火焰的燒烤，溫度急劇上升，斷面溫度橫向分布呈底部高，拱 頂最低的規(guī)律。隨著遠離火區(qū)，由于高溫?zé)煔庵饾u上升，斷面溫度的橫向分布變?yōu)楣?頂最高，拱腰、邊墻次之，底部最低。同時，隨著到火區(qū)距離的增加，橫斷面上溫度 的分布漸趨均勻。在同等規(guī)模下的火區(qū)，隨著通風(fēng)風(fēng)速的增加，斷

29、面底部溫度逐漸增高，斷面溫度 分布呈底部最高，拱頂最低的規(guī)律。而火區(qū)下游，不論通風(fēng)風(fēng)速的大小，溫度分布都 呈拱頂高，底部低的規(guī)律。同等風(fēng)速下，隨著火災(zāi)規(guī)模的增大，沿隧道縱向，各斷面的溫度均有升高，但溫 度橫向分布規(guī)律不變。3.1.3溫度場的擴散速度與范圍發(fā)生火災(zāi)吋，隧道內(nèi)高溫?zé)熈鞯臄U散速度和范圍與人員的逃生直接相關(guān)。因此火 災(zāi)吋，溫度場的擴散速度與范圍受火災(zāi)規(guī)模，通風(fēng)風(fēng)速的影響很人。綜合溫度縱向分布和橫向分布的試驗的有關(guān)成果可知，當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)后，通風(fēng) 風(fēng)速和火災(zāi)規(guī)模對溫度場的擴散范圍和擴散速度影響較大。在相同的火災(zāi)規(guī)模下，風(fēng) 速越小，溫度擴散長度越短，溫度的變化梯度越大；風(fēng)速越大，溫度擴散長

30、度越長， 但溫度的變化梯度越小。在相同的風(fēng)速下，火災(zāi)規(guī)模越大，溫度的擴散長度越長，火 災(zāi)規(guī)模越小，溫度的擴散長度越短。由于隨著通風(fēng)風(fēng)速的增大，溫度場的擴散速度、擴散范圍都在增大。因此，在采 用縱向通風(fēng)系統(tǒng)的隧道中，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)吋，為了便于下游車輛的避難和控制溫度、煙 氣的擴散，應(yīng)降低隧道內(nèi)的風(fēng)速。同吋，位于下游的人員和車輛應(yīng)以快于溫度傳播的 速度撤離隧道，這也要求采用縱向通風(fēng)方式的隧道應(yīng)按單向交通的方式。3.2火災(zāi)時隧道內(nèi)壓力場分布對煙氣流動的影響3.2.1隧道內(nèi)的風(fēng)流壓力變化(1) 火災(zāi)時隧道內(nèi)風(fēng)流壓力的狀態(tài)隧道火災(zāi)的燃燒過程極其不穩(wěn)定?；鹧嬖谏v時與周圍空氣發(fā)生劇烈的混合。隧 道內(nèi)的壓力分布

31、也呈現(xiàn)一種紊動的狀態(tài)。隧道內(nèi)壓力紊動的強弱與火災(zāi)規(guī)模(燃料的多 少)以及火焰燃燒的劇烈程度有關(guān)?；馂?zāi)發(fā)生后，火災(zāi)上游的全壓和動壓變化不大；但 隨著火勢的增大，隧道內(nèi)火區(qū)以及火災(zāi)下游的全壓和動壓較火災(zāi)前明顯增大，而靜壓 變化相對較小。隨著火勢的減弱，壓力的增幅漸漸變小。(2) 橫通道對風(fēng)流壓力的影響由于橫通道的打開和關(guān)閉，這必然會導(dǎo)致兩條隧道原來的壓力場發(fā)生變化，成為 一體的這兩條隧道將進行壓力場的重新分配。壓力場重新分配的最直接的結(jié)果就是風(fēng) 流以一定的方向和一定的風(fēng)速流過橫通道，并導(dǎo)致主隧道和輔助隧道的不同段的風(fēng)速 發(fā)生改變。隧道內(nèi)各點的壓力是由于自然大氣壓及風(fēng)機升壓、風(fēng)流所流經(jīng)路程的風(fēng)阻降壓

32、后 所共同形成的。橫通道在主隧道和輔助隧道的兩個端口，其壓力是由兩套通風(fēng)系統(tǒng)形 成的，在一般情況下，這兩個端口的壓力不會恰好相等。當(dāng)橫通道開啟后，風(fēng)流就會 從壓力大的一端流向壓力小的一端，隧道原來單一的風(fēng)流路線就具有了分支。如果隧 道的一段是有風(fēng)流流入的，則這段隧道內(nèi)的風(fēng)速變大，風(fēng)壓值增大；如果隧道的一段 是有風(fēng)流流出的，則這段隧道內(nèi)的風(fēng)速減小，風(fēng)壓受到損失，將減小。取決于風(fēng)流流 入造成的風(fēng)量增大和風(fēng)流流出造成的風(fēng)量減小z比c5 o在隧道發(fā)生火災(zāi)以前，橫通道開啟以后，短時間內(nèi)兩條隧道形成的新壓力場就達 到平衡，橫通道和隧道各處的風(fēng)速也達到穩(wěn)定狀態(tài)。由于通風(fēng)阻力增加，將阻礙風(fēng)流 的流動；火災(zāi)所形

33、成的火風(fēng)壓在上坡時推動風(fēng)流的流動，下坡時阻礙風(fēng)流的流動；火 災(zāi)還具有煙流摩擦阻力，總是阻礙風(fēng)流的流動?；馂?zāi)發(fā)生后是不斷發(fā)展變化的，因此 火災(zāi)的風(fēng)流流動對壓力場的影響也是不斷變化的，開啟橫通道后形成的新壓力場很難 達到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，橫通道和隧道內(nèi)各處的風(fēng)速也是不斷變化的。橫通道的啟閉造成主隧道內(nèi)風(fēng)流的流入和流出，使各點的壓力發(fā)生改變，在火災(zāi) 發(fā)生前，橫通道的啟閉對火災(zāi)上、下游的全壓差影響不大。在點火后橫通道處于關(guān)閉 的狀態(tài)下，由于火災(zāi)下游的壓力明顯增大，全壓差出現(xiàn)明顯的下降，而且是紊動發(fā)展 的；橫通道開啟以后，全壓差的變化趨勢沒有出現(xiàn)明顯的改變，表明在火災(zāi)發(fā)生后橫 通道的風(fēng)流對壓力的影響也是很

34、小的，而火災(zāi)作用造成的對隧道內(nèi)壓力場的影響是顯 著的同。3.2.2隧道內(nèi)的風(fēng)速變化主隧道相對于輔助隧道的風(fēng)速值越大，則從主隧道流向輔助隧道的風(fēng)流越多，主 隧道風(fēng)速減小得也越多；火災(zāi)的作用使橫通道風(fēng)流發(fā)生變化，火災(zāi)規(guī)模越大，點火后 的主隧道的通風(fēng)阻力作用也越大，導(dǎo)致風(fēng)流更多的流向輔助隧道。處于火災(zāi)下游的截 面，火災(zāi)發(fā)生后其風(fēng)速將顯著增大。3.3火災(zāi)時隧道坡度對煙氣流動的影響3.3.1無通風(fēng)的情況火災(zāi)中的高溫?zé)煔庀騼啥硕纯诼?，但由于隧道有坡度，高溫?zé)煔獠⒉皇菍Φ瘸?兩邊擴散，而是大部分朝上坡方向擴散，向下坡方向擴散的煙流只有小部分。在上坡 方向，縱向擴散速度較大，使得從洞口下半部進入隧道的外界冷

35、氣流速度很快衰減， 而未能到達火區(qū)。然而在下坡方向，高溫?zé)煔庠谒淼郎习氩抠N著頂棚向洞口流動，外 界冷氣流從洞口下半部流入，并深入到火區(qū)。在這種煙流分配及流動下，沿上坡方向 流動的煙氣攜帶的熱量大，加之沿途得不到充分冷卻，因而煙氣溫度非常高。而沿下坡方向的流動的煙氣攜帶的熱量較少，而且沿途不斷與下方的冷氣流進行 逆流式的對流換熱而逐漸得以冷卻，因而煙氣溫度相對較低?？梢?，若無機械通風(fēng)而任由火災(zāi)發(fā)展，隧道坡度將對高溫?zé)煔獾牧鲃赢a(chǎn)生很大的 影響，火勢主要朝上坡向發(fā)展，導(dǎo)致上坡方向的煙流溫度極高，嚴(yán)重威脅上坡方向的 人員及車輛的安全，同吋也將對上坡方向的隧道結(jié)構(gòu)及設(shè)施造成破壞o3.3.2有通風(fēng)的情況在

36、隧道內(nèi)有通風(fēng)的情況下，風(fēng)向有朝上坡方向與朝下坡方向兩種風(fēng)向。兩種風(fēng)向下，各自的回流現(xiàn)象都已消失，且兩者的溫度分布差別很小。存在的差 別可具體從火區(qū)下游溫度分布看:在距火源相同距離的橫斷面上，比較斷面上的最高溫 度是上坡方向通風(fēng)略大于下坡方向通風(fēng)；比較最低溫度卻是下坡方向通風(fēng)略大，隨著 風(fēng)速的加大，兩種風(fēng)向下所形成的煙流溫度分布差異越來越小。對于坡度較小的隧道，當(dāng)無通風(fēng)時，隧道坡度對火勢的發(fā)展有著明顯的影響，煙 流擴散主要受坡度的制約；而在機械通風(fēng)下，當(dāng)風(fēng)速較小而有煙氣回流時，坡度對回 流程度有一定作用；隨著強制通風(fēng)風(fēng)流的增大，縱向風(fēng)速對煙流的控制越來越居于主 導(dǎo)地位，而坡度的影響相比z下越來越

37、不明顯，從而在較大的強制通風(fēng)下，上坡方向 通風(fēng)與下坡方向通風(fēng)所形成的煙流分布極為相似。4.1公路隧道通風(fēng)排煙的目的公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的目的不僅要保證正常營運時的需風(fēng)量，更重要的還要保證火 災(zāi)時的通風(fēng)有利于人員逃生和救災(zāi)。正常營運吋，隧道的通風(fēng)是一項環(huán)境保護工程， 包括隧道內(nèi)環(huán)境的保護和隧道外環(huán)境的保護，但公路隧道一般地處野外，故以隧道內(nèi) 環(huán)境的保護為重點。通風(fēng)的主要對象限于co、煙霧和空氣中的異味。其中，對co進 行稀釋的目的是保證衛(wèi)生條件；對煙霧進行稀釋的目的是保證行車安全；對異味進行 稀釋的目的是提高隧道內(nèi)行車的舒適性。隧道發(fā)?；馂?zāi)后，事故通風(fēng)應(yīng)分為兩個階段: 人員疏散階段及消防滅火階段。不

38、同階段通風(fēng)的目的也有所不同?；馂?zāi)初始，通風(fēng)必 須有利于人員逃生避難，風(fēng)速的大小應(yīng)盡量減少傳到人體上的熱負荷，還要避免因縱 向風(fēng)流的湍流和渦流作用而使洞內(nèi)煙霧彌漫，最大程度地給人員避難創(chuàng)造條件；在消 防滅火排煙階段，通風(fēng)應(yīng)有利于消防隊員救火，使消防隊能從上風(fēng)方向接近火場，開 展滅火工作；還要根據(jù)火災(zāi)點位置不同，選擇不同的通風(fēng)方向，使煙氣從最近的排煙 口排出。4.2公路隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)簡介一個完整的防排煙系統(tǒng)由風(fēng)機、管道、閥門、送風(fēng)口、排煙口、隔煙裝置以及風(fēng) 機、閥門與送風(fēng)口或排風(fēng)口的聯(lián)動裝置等組成。(1) 防火閥典型的防火閥工作原理是藉易熔合金的溫度控制，利用重力作用和彈簧機構(gòu)的作 用關(guān)閉閥門的

39、。亦有利用記憶合金產(chǎn)生形變使閥門關(guān)閉的。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，火焰侵入 風(fēng)道，高溫使閥門上的易熔合金熔解，或使記憶合金產(chǎn)生形變使閥門自動關(guān)閉，它被 用于風(fēng)道與防火分區(qū)貫通的場合。防火閥按其功能可分為：防火閥、防火調(diào)節(jié)閥、防 煙防火調(diào)節(jié)閥等多種結(jié)構(gòu)。(2) 排煙閥排煙閥一般用于排煙系統(tǒng)的風(fēng)管上，平吋常閉，發(fā)生火災(zāi)吋煙感探頭發(fā)出火警信 號，也可手動使閥門打開，手動復(fù)位。閥門開啟后可發(fā)出電訊號至消防控制中心。把 防火、防煙和風(fēng)量調(diào)節(jié)三者結(jié)為一體的閥門，稱防火防煙調(diào)節(jié)閥，又稱排煙防火調(diào)節(jié) 閥。它既與煙感器通過電信號聯(lián)動，又受溫度熔斷器控制，亦可通過手動使閥門瞬吋 嚴(yán)密關(guān)閉。溫度熔斷器更換后，可手動復(fù)位?；馂?zāi)煙

40、氣是危害人員安全和妨礙滅火救援的主要因素，在隧道內(nèi)必須設(shè)置有效的 通風(fēng)排煙系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)根據(jù)隧道長度、平曲線半徑、坡度、交通條件、氣象條件和環(huán)境 條件等選擇通風(fēng)排煙方式，做到既有利于隧道防煙排煙，又經(jīng)濟、合理。隧道通風(fēng)主 第9頁共14頁要有全橫向式通風(fēng)、半橫向式通風(fēng)和縱向式通風(fēng)三種方式。4.3公路隧道通風(fēng)及排煙方式公路隧道機械通風(fēng)方式可分為縱向式、半橫向式、全橫向式以及在這三種基木方 式基礎(chǔ)上的組合通風(fēng)方式。4.3.1橫向通風(fēng)排煙采用橫向通風(fēng)吋，隧道斷面被分為送風(fēng)道、排風(fēng)道和行車道三部分。新鮮風(fēng)流由 風(fēng)機送入送風(fēng)道，經(jīng)送風(fēng)口進入行車道，與污染空氣混合后，橫穿隧道，經(jīng)排風(fēng)口進 入排風(fēng)道，由風(fēng)機排出。

41、和縱向通風(fēng)相比，橫向通風(fēng)供風(fēng)均勻，污染空氣在隧道內(nèi)滯 留時間短，火災(zāi)吋煙流可及吋排出隧道，尤其適用于雙向交通。但橫向通風(fēng)土建、設(shè) 備費投資較高，另外，由于受隧道施工斷面限制，設(shè)在車道板下和吊頂上的送風(fēng)道和 排風(fēng)道斷面小，隧道通風(fēng)阻力大，通風(fēng)能耗高，運營管理費用高。4.3.2縱向通風(fēng)排煙縱向通風(fēng)是最簡單的一種通風(fēng)方式。只需在隧道的適當(dāng)位置安裝通風(fēng)機，靠風(fēng)機 產(chǎn)生的通風(fēng)壓力迫使隧道內(nèi)空氣沿隧道軸線流動，就能達到通風(fēng)的冃的。風(fēng)流沿隧道 縱向流動是其基本特征。經(jīng)過長期實踐，形成了多種多樣的縱向通風(fēng)方式，但歸納起 來有射流風(fēng)機通風(fēng)和豎井送排式通風(fēng)兩大類，這兩種通風(fēng)方式也可以結(jié)合起來應(yīng)用。 縱向通風(fēng)對單向

42、交通是一種非常有效的通風(fēng)方式。火災(zāi)時，縱向通風(fēng)容易控制煙氣流 動方向，通風(fēng)設(shè)備控制簡單，但由于出入口少，煙流不能及時排出隧道，不能用于雙 向交通火災(zāi)通風(fēng)。4.3.3半橫向通風(fēng)排煙半橫向通風(fēng)是介于縱向和橫向通風(fēng)之間的一種通風(fēng)方式，半橫向通風(fēng)只需設(shè)置一 個送風(fēng)道或排風(fēng)道，隧道斷面被分成送風(fēng)道或排風(fēng)道和行車道兩部分。新鮮空氣由送 風(fēng)機送入風(fēng)道，在行車道內(nèi)與污染空氣混合后沿隧道排出。平導(dǎo)送風(fēng)型半橫向通風(fēng)中, 新風(fēng)由平導(dǎo)、橫通道進入隧道，與污染空氣混合后由隧道洞口排岀。主風(fēng)機設(shè)于平導(dǎo) 口，并在隧道內(nèi)安裝射流風(fēng)機調(diào)壓。為實現(xiàn)均勻等量送風(fēng)，每個橫通道設(shè)置可控調(diào)節(jié) 風(fēng)門。當(dāng)隧道中發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)火災(zāi)具體情況，

43、可使主風(fēng)機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以及橫通 道是打開述是關(guān)閉，從而實現(xiàn)由平導(dǎo)逃人或排煙。4.4公路隧道通風(fēng)及排煙方式選擇的影響因素隧道通風(fēng)方式的選擇是一項十分復(fù)雜而艱巨的工作。合理的通風(fēng)方式是安全可靠 性高，建設(shè)安裝方便，投資少，隧道內(nèi)環(huán)境好，對火災(zāi)的適應(yīng)能力強，運營管理方便, 運營費用低的通風(fēng)方式。在確定公路隧道通風(fēng)方式時應(yīng)充分考慮到各通風(fēng)方式的優(yōu)缺 點，并根據(jù)隧道的特點，經(jīng)綜合比較而確定。通常，在選擇隧道通風(fēng)方式時應(yīng)考慮下 列因素：交通條件；地形、地物、地質(zhì)條件；通風(fēng)耍求；環(huán)境保護耍求；火災(zāi)時的通 第10頁共14頁風(fēng)控制；維護與管理水平；分期實施的可能性；工程造價、運營電力費、維護管理費。 一般來說，

44、長大公路隧道應(yīng)設(shè)置兩套通風(fēng)系統(tǒng)，保證正常營運需風(fēng)量的通風(fēng)系統(tǒng)和火 災(zāi)時的應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)隧道內(nèi)壓力發(fā)生變化時，這兩套通風(fēng)系統(tǒng)都應(yīng)該有良好的穩(wěn) 定性，并且兩套通風(fēng)系統(tǒng)在發(fā)生火災(zāi)后轉(zhuǎn)換應(yīng)迅速、及時、可靠。應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 取決于隧道的長度，交通量以及隧道的交通形式（單向、雙向）。而且可以肯定的說, 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車尾氣污染物排放量逐年下降，公路隧道通風(fēng)的設(shè)計將由火 災(zāi)通風(fēng)工況決定。合理的火災(zāi)通風(fēng)形式將是長大公路隧道建設(shè)成功與否的重要標(biāo)志。5公路隧道火災(zāi)通風(fēng)排煙中遇到的問題及改進措施5.1橫向通風(fēng)排煙存在問題及改進措施一般來說，橫向排煙方式被認為是最有效的排煙方式，但由于這種排煙方式需耍 設(shè)

45、置排煙豎井，這導(dǎo)致采用這種方式的隧道排煙系統(tǒng)造價很高，尤其是在過山、跨江、 跨海隧道中，設(shè)置這種排煙方式難度更加巨大；因此，在實際的長隧道中，尤其是長 公路隧道中，經(jīng)常采用的排煙方式是縱向排煙。隨著這兩種排煙方式的應(yīng)用，也暴露 出一些設(shè)計上的問題，例如，橫向排煙系統(tǒng)中排煙口和送風(fēng)口的相對設(shè)置間距，排煙 口的最佳啟動時機。在對地下建筑的火災(zāi)進行機械排煙時，根據(jù)火災(zāi)排煙的“煙氣置換”的原理，必 須設(shè)置相應(yīng)的補氣系統(tǒng)，例如在我國現(xiàn)行高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范中就明文設(shè) 置機械排煙的地下室，應(yīng)同時設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，且送風(fēng)量不宜小于排煙量的50%o在隧 道的橫向排煙系統(tǒng)中，也需耍設(shè)置相應(yīng)的補氣系統(tǒng)。補氣是機械

46、排煙系統(tǒng)的重耍組成 部分，它能直接影響機械排煙系統(tǒng)的效率；補氣位置不同，空氣與火災(zāi)煙氣的混合程 度也將不同，從而使煙氣的稀釋和排岀受到影響。對于隧道橫向排煙系統(tǒng)，應(yīng)如何補 氣口、排煙口兩者的相對位置，使達到優(yōu)化的排煙效果，目前的研究述很少，一個顯 然的問題就是如果排煙口距離補氣口太近的話，將造成排煙系統(tǒng)直接抽補氣口補入的 信箱空氣而造成“氣流的短路”。同時，由于隧道的排煙量一般都很大，而排煙口距 離地面的高度又有限，改善在這種情況下保證排煙的效率也是一個值得關(guān)注的問題。5.2縱向通風(fēng)排煙存在問題及改進措施由于縱向通風(fēng)系統(tǒng)可以利用車倆的活塞作用，多數(shù)隧道在止常行車時不需要開啟 風(fēng)機，在阻塞狀態(tài)時

47、可以根據(jù)車況和洞內(nèi)空氣質(zhì)量等情況調(diào)節(jié)風(fēng)機的運轉(zhuǎn)臺數(shù)，實現(xiàn) 節(jié)能運行；另外縱向通風(fēng)系統(tǒng)無需設(shè)置專門的風(fēng)道、風(fēng)井、風(fēng)機房等輔助工程，因此 它在經(jīng)濟性和節(jié)能方面有其它通風(fēng)方式無法比擬的優(yōu)點。從上世紀(jì)90年代以來，縱向通風(fēng)己越來越被廣泛應(yīng)用于公路隧道、市政道路隧道, 但與半橫向或橫向通風(fēng)相比，在防災(zāi)方面仍然有明顯的缺陷，煙氣需要通過行車隧道 木身而不是通過專門的排煙風(fēng)道排除，因此，對縱向通風(fēng)模式的交通隧道的防災(zāi)設(shè)計 應(yīng)特別引起重視。解決改善方案有以下幾種：其一，一定距離設(shè)置一定數(shù)量的橫通道, 使主隧道相互連通，人員通過橫通道到達另一主隧道逃生。其二，利用隧道上、下部 空間或側(cè)部的空間建成縱向逃生通道，每隔一定的距離設(shè)置緊急逃生口和逃生樓梯、 逃生滑梯等到達逃生通道。對于過江、過海的盾構(gòu)法施工的隧道，由于橫通道存在較 大的施工及運營風(fēng)險，一般不設(shè)橫通道，而是利用道路下面的空間作為逃生通道，在 主隧道和逃生隧道之間設(shè)置逃生滑梯。對于明挖法施工的市政道路隧道，一般采用矩 形斷面