基于公路隧道內(nèi)車(chē)輛對(duì)火災(zāi)影響數(shù)值研究

吳賢國(guó)，方偉立，姜　洲，2，張立茂，劉文黎

(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢　430074；2.湖南省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，長(zhǎng)沙　410007)

?

基于公路隧道內(nèi)車(chē)輛對(duì)火災(zāi)影響數(shù)值研究

吳賢國(guó)1，方偉立1，姜洲1，2，張立茂1，劉文黎1

(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢430074；2.湖南省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，長(zhǎng)沙410007)

摘要：以武漢長(zhǎng)江公路隧道為工程背景，利用FDS5.0數(shù)值模擬軟件建立隧道實(shí)體模型，進(jìn)行火災(zāi)數(shù)值模擬分析。研究不同火災(zāi)熱釋放率、車(chē)輛長(zhǎng)度、火源車(chē)輛阻塞比以及附近車(chē)輛之間間距、附近車(chē)輛長(zhǎng)度、附近車(chē)輛阻塞比6種因素下，隧道內(nèi)拱頂溫度和人平均身高Z=1.70 m處CO濃度的分布規(guī)律，并對(duì)這6種因素進(jìn)行敏感性分析。結(jié)果表明：隧道的拱頂溫度隨著熱釋放率和阻塞比的增加而增加，隨著著火車(chē)輛長(zhǎng)度的增加而減??；Z=1.70 m處CO濃度隨著火災(zāi)熱釋放率和車(chē)輛長(zhǎng)度的增加而增大，隨阻塞比的增大而減??；影響隧道火災(zāi)的主要因素是熱釋放率和車(chē)輛阻塞比，應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)這二種因素進(jìn)行有效的管理。

關(guān)鍵詞：公路隧道；熱釋放率；阻塞比；敏感性分析；火災(zāi)；拱頂溫度；CO濃度

公路隧道作為城市交通建設(shè)的重要組成部分，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要保障。國(guó)內(nèi)外資料顯示，公路隧道發(fā)生火災(zāi)的原因復(fù)雜多變，但大部分是隧道內(nèi)車(chē)輛著火引起的，隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)會(huì)造成車(chē)輛擁堵，對(duì)火災(zāi)的蔓延產(chǎn)生影響。因此，如何有效地預(yù)防隧道內(nèi)車(chē)輛著火是目前消防工程亟待解決的問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)公路隧道火災(zāi)問(wèn)題的研究已經(jīng)形成了一些成果[1-3]，袁建平等[4]通過(guò)1/20小尺寸模型和全尺寸實(shí)驗(yàn)分析了縱向風(fēng)速對(duì)拱頂溫度場(chǎng)的影響，湯淵[5]結(jié)合全尺寸隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)和FDS數(shù)值模擬，確定了火源高度對(duì)隧道內(nèi)流場(chǎng)的影響，董永鋒等[6]研究認(rèn)為阻塞比越大，對(duì)隧道內(nèi)溫度分布影響越大，姜智彬[7]利用FDS得出了不同火災(zāi)場(chǎng)景下車(chē)輛引燃臨界距離。本文基于前人研究成果的基礎(chǔ)上，分析隧道內(nèi)車(chē)輛發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不同熱釋放率、車(chē)輛長(zhǎng)度、車(chē)輛阻塞比以及火源附近車(chē)輛之間間距、車(chē)輛長(zhǎng)度、車(chē)輛阻塞比這6種因素對(duì)隧道內(nèi)溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)的影響，同時(shí)，對(duì)6種影響因素進(jìn)行了敏感性分析，確定每種影響因素的不確定性對(duì)火災(zāi)影響的程度，進(jìn)而判斷影響火災(zāi)的最不利因素，從而有針對(duì)性的為實(shí)際工程提供合理化建議。

1工程概況

以武漢長(zhǎng)江隧道為工程背景，武漢長(zhǎng)江隧道位于長(zhǎng)江大橋、二橋之間，是萬(wàn)里長(zhǎng)江隧道上的第一條穿江隧道，北接漢口大智路，南通武昌友誼大道(遠(yuǎn)期穿越沙湖與中北路銜接)，是解決主城長(zhǎng)江交通的一條城市主干道。隧道工程全長(zhǎng)3 440 m，為雙孔4車(chē)道，隧道內(nèi)采用縱向通風(fēng)模式，同時(shí)頂部設(shè)有排煙通道。隧道平面布置和結(jié)構(gòu)斷面分別如圖1和圖2所示。

圖2　隧道結(jié)構(gòu)斷面(單位：mm)

2隧道模型的建立

本文選取武漢長(zhǎng)江隧道為模擬對(duì)象，為簡(jiǎn)化模型，建立矩形隧道火災(zāi)數(shù)值仿真模型，如圖3所示。隧道尺寸為100 m×8 m×6 m，頂部和墻面均用耐火材料不小于2 h的不燃燒混凝土砌成。假定火災(zāi)發(fā)生區(qū)域在[45 m，60 m]處，劃分網(wǎng)格時(shí)把隧道分成3段，中間一段計(jì)算網(wǎng)格較密，尺寸為0.1 m×0.1 m×0.1 m，左右兩端網(wǎng)格較疏，為1.0 m×0.1 m×0.1 m。火源材料設(shè)置為煤油，由于燃油燃燒速度快，能夠在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，因此假定火源為定?；鹪?。隧道左側(cè)為通風(fēng)入口，根據(jù)Wu和Bakar[8]利用隧道小尺寸模型對(duì)臨界風(fēng)速的預(yù)測(cè)，通風(fēng)速度為隧道火災(zāi)規(guī)模為5 MW時(shí)臨界風(fēng)速為2 m/s時(shí)的風(fēng)速，環(huán)境溫度和入口風(fēng)流溫度均為常溫。

圖3　隧道模擬計(jì)算模型(單位：m)

本研究對(duì)隧道內(nèi)車(chē)輛對(duì)隧道火災(zāi)的影響進(jìn)行數(shù)值模擬分析，主要從著火車(chē)輛和附近堵塞車(chē)輛這2個(gè)方面來(lái)考慮。一方面由于隧道火災(zāi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饩奂谒淼赖捻敳?，使得隧道頂部溫度不斷升高，?dāng)隧道頂部的溫度升高到一定值之后，頂部混凝土將發(fā)生爆裂，鋼筋在超過(guò)一定的溫度后其強(qiáng)度會(huì)大大下降，這將可能引起隧道坍塌[9,10]；另外一方面CO濃度是影響人員逃生的主要因素[11,12]。因此，選取隧道火災(zāi)時(shí)拱頂最高溫度和人體平均身高1.70 m處CO濃度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)隧道內(nèi)車(chē)輛對(duì)火災(zāi)的影響進(jìn)行研究，以便指導(dǎo)隧道結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)和火災(zāi)疏散[13-15]。

3影響因素確定與工況設(shè)定

3.1因素確定

火災(zāi)熱釋放率(Heat Release Rate，HRR)是隧道火災(zāi)設(shè)計(jì)最重要的參數(shù)之一，隧道內(nèi)的溫度、煙氣生成量、熱輻射、火災(zāi)通風(fēng)、人員疏散等計(jì)算數(shù)據(jù)均以此為基礎(chǔ)的，進(jìn)而影響隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等。隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，此時(shí)隧道內(nèi)擁擠大量車(chē)輛，前人研究成果表明，擁擠車(chē)輛對(duì)隧道頂部縱向溫度場(chǎng)和煙氣濃度場(chǎng)的分布有影響，因此，考慮阻塞比和車(chē)輛長(zhǎng)度這兩個(gè)因素顯得尤為重要。其中，隧道阻塞比φ指隧道內(nèi)產(chǎn)生阻塞效應(yīng)的車(chē)輛橫截面積與隧道橫截面積的比值。另外一方面，隧道內(nèi)的車(chē)輛燃燒時(shí)，相鄰的汽車(chē)很有可能受到周?chē)椛錈岫?，造成大?guī)模連環(huán)火災(zāi)，對(duì)火災(zāi)過(guò)程中人群疏散相當(dāng)不利，鑒于此，對(duì)隧道車(chē)距因素也做了進(jìn)一步分析。針對(duì)以上分析，設(shè)定如下6種因素：著火車(chē)輛火災(zāi)熱釋放率、車(chē)輛長(zhǎng)度、火源車(chē)輛阻塞比以及附近車(chē)輛之間間距、附近車(chē)輛長(zhǎng)度、附近車(chē)輛阻塞比，旨在為隧道火災(zāi)下煙氣控制及人員疏散策略提供理論依據(jù)。

3.2工況設(shè)定

本研究只對(duì)武漢長(zhǎng)江公路隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)火源靜態(tài)的情況進(jìn)行模擬，并且著重考慮隧道拱頂溫度和CO濃度的變化情況，基于以上因素分析，從著火車(chē)輛和附近非著火車(chē)輛二個(gè)方面分析。

(1)基于著火車(chē)輛的對(duì)煙氣流動(dòng)影響，設(shè)定如下3種工況：

①著火車(chē)輛有效尺寸為5 m×2.5 m×2.0 m，在不同火源功率(5，10，15，20 MW)下，在火源上游進(jìn)行2 m/s的通風(fēng)，計(jì)算時(shí)間為300 s；

②火源功率為15 MW，著火車(chē)輛阻塞比φ=0.130 2，在不同長(zhǎng)度(5，10，13，15 m)的著火車(chē)輛下，在火源上游進(jìn)行2 m/s的通風(fēng)，計(jì)算時(shí)間為300 s；

③火源功率為15 MW，著火車(chē)輛有效長(zhǎng)度L0=10 m，在不同車(chē)著火車(chē)輛阻塞比(0.104 2，0.130 2，0.156 3，0.182 3)下，在火源上游進(jìn)行2 m/s的通風(fēng)，計(jì)算時(shí)間為300 s；

(2)基于附近非著火車(chē)輛對(duì)煙氣流動(dòng)影響，設(shè)定如下3種工況：

①火源功率為15 MW，附近車(chē)輛阻塞比ξ=0.130 2，車(chē)輛有效長(zhǎng)度L1=5 m，在不同車(chē)距(-10、-5，5，10 m)下，在火源上游進(jìn)行2 m/s的通風(fēng)，計(jì)算時(shí)間為300 s；

②火源功率為15 MW，附近車(chē)輛間距S1=5 m，附近車(chē)輛阻塞比ξ=0.130 2，附近車(chē)輛在不同有效長(zhǎng)度(5,10，13 m，15 m)下，在火源上游進(jìn)行2 m/s的通風(fēng)，計(jì)算時(shí)間為300 s；

③火源功率為15 MW，附近車(chē)輛間距S1=5 m，車(chē)輛有效長(zhǎng)度L1=5 m，附近車(chē)輛在不同阻塞比(0.104 2、0.130 2，0.156 3，0.182 3)下，在火源上游進(jìn)行2 m/s的通風(fēng)，計(jì)算時(shí)間為300 s。

4模擬結(jié)果與分析

4.1著火車(chē)輛的影響

(1)熱釋放率對(duì)隧道火災(zāi)影響(圖4)

隧道內(nèi)火災(zāi)高溫?zé)煔馐芨×ψ饔孟蛏仙穑⒃诳v向通風(fēng)的作用下沿拱頂向下游流動(dòng)擴(kuò)散，在流動(dòng)的過(guò)程中摻混冷空氣和受?chē)o(hù)結(jié)構(gòu)的冷卻，以及縱向通風(fēng)的擾動(dòng)作用使得煙氣向下流動(dòng)，充滿(mǎn)整個(gè)隧道，影響了煙氣的穩(wěn)定分層流動(dòng)，具體分析如下。

①隧道拱頂中心線(xiàn)處的溫度分布趨勢(shì)基本相同，左右兩側(cè)近似對(duì)稱(chēng)，隨著火災(zāi)規(guī)模越大，隧道內(nèi)拱頂溫度越大，煙氣回流越明顯，但煙氣回流長(zhǎng)度幅度卻隨著火災(zāi)規(guī)模的增大而減小，在火災(zāi)規(guī)模為5、10、15、20 MW時(shí)，拱頂?shù)淖罡邷囟染幱诨鹪吹恼戏礁浇?，最高分別為750、570、310 ℃和190 ℃。

② 隨著火災(zāi)規(guī)模增大，煙氣下沉量越大，CO濃度越高。這主要是因?yàn)榛馂?zāi)的規(guī)模越大，拱頂射流強(qiáng)度增大，煙氣流速增大，從而煙氣下沉量也越大。在火災(zāi)規(guī)模為5，10、15、20 MW時(shí)，人體身高Z=1.70 m處CO濃度的最高濃度值在火源附近，分別為10、8、5、4 mg/m3。

(2)車(chē)輛長(zhǎng)度對(duì)隧道火災(zāi)影響(圖5)

圖4　不同熱釋放率下二種評(píng)價(jià)指標(biāo)變化曲線(xiàn)

①隨著車(chē)輛有效長(zhǎng)度的增加，隧道拱頂最高溫度減小，在長(zhǎng)度分別為5、10、13、15 m時(shí)，拱頂?shù)淖罡邷囟染幱诨鹪吹恼戏礁浇?，分別為600、350、305和300 ℃。當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)度為5 m時(shí)，煙氣有明顯回流，長(zhǎng)度大于10 m時(shí)，煙氣回流長(zhǎng)度逐漸趨于平穩(wěn)。

②隨著車(chē)輛長(zhǎng)度增大，CO濃度值越大，且最高濃度值均位于火源附近，分別對(duì)應(yīng)的最高濃度值為35、29、20、3 mg/m3。

形成以上現(xiàn)象的原因主要是由于拱頂上方煙氣速度改變的起始位置發(fā)生了變化，在車(chē)輛橫截面積相同情況下，車(chē)輛長(zhǎng)度越大，煙氣速度的改變位置提前的越多，火源附近煙氣的流場(chǎng)更加穩(wěn)定，對(duì)頂層煙氣作用越大，從而煙氣回流的距離減小，煙氣下沉量增大，導(dǎo)致CO濃度增大。

(3)車(chē)輛阻塞比對(duì)隧道火災(zāi)影響(圖6)

①隨著阻塞比增加，隧道拱頂最高溫度增大，拱頂?shù)淖罡邷囟软樆鹪聪掠畏较蚱?，阻塞比分別為0.104 2、0.130 2、0.156 3、0.186 3時(shí)，拱頂最高溫度分別為720，430，350 ℃和280 ℃。當(dāng)車(chē)輛阻塞比φ<0.156 3時(shí)，隨阻塞比增大，煙氣回流的距離增大，但增加的幅度在減小，而當(dāng)阻塞比φ>0.156 3時(shí)，隨著阻塞比增加，煙氣回流距離減小。

圖6　不同阻塞比下二種評(píng)價(jià)指標(biāo)變化曲線(xiàn)

②在火源下游方向，隨著阻塞比增大，高濃度煙氣層的區(qū)域越窄，Z=1.70 m處CO濃度值降低，CO濃度值分別為11、20、2.5、1.5 mg/m3。

形成以上現(xiàn)象的原因是因?yàn)橛鹆鞯竭_(dá)頂篷時(shí)的速度不同所造成的，由火羽流理論可知，羽流垂直方向的速度隨著羽流高度的上升的變化規(guī)律是先逐漸增大而后到達(dá)一定高度后再逐步減小。車(chē)輛阻塞比φ在0.156 3以下時(shí)，拱頂與火源之間的距離較大，位于羽流垂直速度的遞減階段，此時(shí)羽流到達(dá)頂層的速度隨著車(chē)輛阻塞比的增加而增大，從而頂層射流也就越強(qiáng)，逆流距離也隨之增大；而繼續(xù)增大阻塞比時(shí)，隧道拱頂距火源的距離減小，此時(shí)處于羽流垂直速度的上升階段，因此煙氣到達(dá)頂篷時(shí)的速度較小，頂層射流較弱，逆流距離也就減小；由于火源功率沒(méi)有發(fā)生變化，根據(jù)能量守恒，羽流區(qū)的溫度將不斷升高，從而拱頂溫度增大。

4.2附近車(chē)輛影響

(1)車(chē)輛之間間距對(duì)隧道火災(zāi)影響(圖7)

①當(dāng)車(chē)輛位于火源上游時(shí)，增加車(chē)距對(duì)煙氣回流距離無(wú)影響，火源上方煙氣的傾斜角幾乎為0；當(dāng)車(chē)輛位于火源下游時(shí)，增加車(chē)距，煙氣回流距離增大，但增加幅度隨車(chē)距的增大而減小，同時(shí)，火源上方煙氣傾斜角也在增大。車(chē)距分別為-10、-5、5、10 m時(shí)，拱頂最高溫度均處于火源的正上方附近，且左右兩側(cè)溫度對(duì)稱(chēng)，拱頂溫度分別為510，518，540 ℃和630 ℃。

②車(chē)輛在火源上游方向時(shí)，增加車(chē)距對(duì)CO濃度無(wú)明顯影響；當(dāng)車(chē)輛在下游時(shí)，CO濃度值相比上游濃度值明顯增大，但隨著車(chē)距增大，Z=1.70 m處CO濃度增大幅度減小，對(duì)應(yīng)的CO濃度值分別為3、3、4.5、5.5 mg/m3。

由于車(chē)距減小，火源附近的阻塞比隨之增大，車(chē)輛上方的流速逐步增大，導(dǎo)致煙氣逆流距離減小或向下風(fēng)方向偏移。上游隧道內(nèi)煙氣主要受車(chē)輛下風(fēng)方向的回流的影響，在該區(qū)域湍流強(qiáng)度大，火源處輻射散熱加快，煙氣蔓延迅速，從而使得煙氣向上的速度減小，導(dǎo)致頂篷射流的強(qiáng)度減小，因此煙氣回流距離減小，溫度與煙氣濃度均高于上風(fēng)方向。

(2)車(chē)輛長(zhǎng)度對(duì)隧道火災(zāi)影響(圖8)

圖7　不同車(chē)距下二種評(píng)價(jià)指標(biāo)變化曲線(xiàn)

圖8　不同車(chē)距下二種評(píng)價(jià)指標(biāo)變化曲線(xiàn)

圖9　不同車(chē)距下二種評(píng)價(jià)指標(biāo)變化曲線(xiàn)

①隨著附近車(chē)輛有效長(zhǎng)度的增加，隧道拱頂最高溫度小幅度增大，在長(zhǎng)度分別為5，10，13，15 m時(shí)，拱頂?shù)淖罡邷囟染幱诨鹪吹恼戏礁浇?，分別為550、560，570 ℃和630 ℃。當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)度小于13 m時(shí)，車(chē)輛長(zhǎng)度增加，煙氣回流長(zhǎng)度增大；當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)度增大至13 m時(shí)，煙氣回流長(zhǎng)度逐漸趨于平穩(wěn)。

②整個(gè)過(guò)程中，CO濃度最高值均位于火源上方附近，車(chē)輛長(zhǎng)度小于10 m時(shí)，隨著車(chē)輛長(zhǎng)度增加，CO濃度值越大，當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)度為10 m時(shí)，CO濃度達(dá)到最大值為4.8 mg/m3，繼續(xù)增大車(chē)輛長(zhǎng)度，CO濃度降低。

(3)車(chē)輛阻塞比對(duì)隧道火災(zāi)影響(圖9)

①隧道拱頂中心線(xiàn)處的溫度分布趨勢(shì)基本相同，左右兩側(cè)近似對(duì)稱(chēng)，附近車(chē)輛阻塞比對(duì)拱頂溫度和煙氣回流長(zhǎng)度無(wú)明顯影響，拱頂最高溫度均為550 ℃左右。

②隨著阻塞比增加，在火源下游方向，隨著阻塞比增大，高濃度煙氣層的區(qū)域越窄，Z=1.70 m處CO最高濃度值在增大，CO濃度值分別為2、3、4.5、5.8 mg/m3。

5因素敏感性分析

為了從眾多不確定的影響因素中找出對(duì)火災(zāi)有重要影響的敏感因素，對(duì)以上的6種因素進(jìn)行敏感性分析。通過(guò)計(jì)算因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的敏感性程度，考察每種因素對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生多大程度的影響，進(jìn)而采用相應(yīng)的控制措施，將火災(zāi)提前控制在可控范圍之內(nèi)。

為此，本文參考實(shí)際車(chē)輛尺寸，設(shè)定火災(zāi)規(guī)模為10 MW，車(chē)輛尺寸為5 m×2 m×2 m，車(chē)距為L(zhǎng)1=10 m。假設(shè)第i個(gè)影響因素Xi(i=1，2，3，4，5，6)的實(shí)際值分別變化-15%、-10%、-5%、0，+5%、+10%、+15%時(shí)，對(duì)于最終評(píng)價(jià)結(jié)果也會(huì)發(fā)生變化，設(shè)其最后輸出拱頂溫度值為Ei(xj)，Z=1.70 m處CO濃度為Wi(Kj)。通過(guò)觀(guān)察Ei(xj)、Wi(Kj)的波動(dòng)變化，可了解到各因素指標(biāo)對(duì)該火災(zāi)的敏感性，如表1和圖10所示。

為了量化這種敏感性程度，本文采用標(biāo)準(zhǔn)值(Standard Deviation)來(lái)衡量各因素的敏感性，其中，第i個(gè)因素Xi(i=1，2，3，4，5，6)對(duì)拱頂溫度和Z=1.70 m處CO濃度的敏感性分別用SM(Ei)、SM(Wi)表示，其計(jì)算公式如式(1)和式(2)所示；根據(jù)公式(1)和式(2)，計(jì)算因素敏感性如圖10(c)所示。

(1)

(2)

其中：X1為熱釋放率，X2為火源車(chē)輛長(zhǎng)度，X3為火源車(chē)輛阻塞比，X4為車(chē)輛間距，X5為附近車(chē)輛長(zhǎng)度，X6為附近車(chē)輛阻塞比。

表1　敏感性計(jì)算

圖10　因素敏感性分析

各因素的敏感性貢獻(xiàn)度如表1和圖10所示，可以看到6種影響因素中都存在一個(gè)敏感性貢獻(xiàn)度明顯高于其他影響因素的極度敏感因素。其中，熱釋放率(X1)對(duì)隧道拱頂溫度的變動(dòng)最為敏感，車(chē)輛長(zhǎng)度(X2、X5)對(duì)隧道拱頂溫度的敏感性次之；著火車(chē)輛阻塞比(X3)對(duì)隧道內(nèi)CO濃度的變動(dòng)最為敏感，熱釋放率(X1)次之，其余因素對(duì)其波動(dòng)性不大。

因此，著火車(chē)輛阻塞比(X3)、熱釋放率(X1)以及車(chē)輛長(zhǎng)度(X2、X5)是對(duì)隧道火災(zāi)安全狀態(tài)敏感的因素，而其他因素的敏感性較弱。因此在對(duì)隧道火災(zāi)的安全管理中應(yīng)重點(diǎn)控制這3個(gè)因素，對(duì)進(jìn)出隧道車(chē)輛的尺寸大小進(jìn)行范圍控制，加強(qiáng)改善工作的針對(duì)性與有效性。

6結(jié)論

以武漢長(zhǎng)江公路隧道為工程背景，利用FDS5.0分析了公路隧道內(nèi)著火車(chē)輛與附近車(chē)輛對(duì)火災(zāi)的影響，得出以下結(jié)論。

(1)對(duì)隧道內(nèi)著火車(chē)輛對(duì)火災(zāi)煙氣的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別模擬分析了不同熱釋放率、不同長(zhǎng)度和不同阻塞比的著火車(chē)輛對(duì)隧道拱頂溫度和CO濃度的影響。得出，隧道的拱頂溫度隨著熱釋放率和阻塞比的增加而增加，隨著著火車(chē)輛長(zhǎng)度的增加而減??；Z=1.70 m處CO濃度隨著火災(zāi)熱釋放率和車(chē)輛長(zhǎng)度的增加而增大，隨著阻塞比的增大而減小。

(2)對(duì)隧道內(nèi)火源附近的車(chē)輛對(duì)火災(zāi)煙氣的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別模擬了不同車(chē)距、不同長(zhǎng)度和不同阻塞比的附近車(chē)輛對(duì)隧道拱頂溫度和CO濃度的影響。得出，隧道拱頂溫度隨著車(chē)距和長(zhǎng)度的增加而小幅度增大；Z=1.70 m處CO濃度隨著車(chē)距和阻塞比的增大而增大，隨著長(zhǎng)度的增大先增加后減小。

(3)對(duì)隧道拱頂溫度的變動(dòng)最為敏感的因素是熱釋放率，車(chē)輛長(zhǎng)度次之；對(duì)隧道內(nèi)CO濃度的變動(dòng)最為敏感因素是著火車(chē)輛阻塞比，熱釋放率次之，其余因素對(duì)其波動(dòng)性不大。在火災(zāi)安全管理中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這3個(gè)因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧艷麗.地鐵隧道工程的性能化防火問(wèn)題研究[D].武漢：武漢大學(xué),2005.

[2]方偉.FDS在隧道中建模方式的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(S1):36-38.

[3]雷兵.公路隧道火災(zāi)煙氣流動(dòng)的數(shù)值模擬[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008(2):64-69.

[4]袁建平，方正，程彩霞，等.隧道火災(zāi)時(shí)拱頂最高煙氣溫度的實(shí)驗(yàn)研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010(5):1094-1097.

[5]湯淵.著火車(chē)輛高度對(duì)公路隧道火災(zāi)煙氣蔓延特性影響分析[J].城市道橋與防洪，2012(11):181-185.

[6]董永鋒，萬(wàn)華仙，許秦坤.阻塞比對(duì)隧道頂部縱向溫度場(chǎng)影響的數(shù)值模擬[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2013(12):1341-1343.

[7]姜智彬.公路隧道火災(zāi)車(chē)輛引燃臨界距離研究[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2011(1):29-31.

[8]Wu Y B M Z A. Control of smoke flow in tunnel fires using longitudinal ventilation systems-a study of the critical velocity[J]. Fire Safety Journal. 2000,35(00):363-390

[9]V Wetzig. Destruction mechanisms in concrete material in case of fire and protection system[C]∥Proc. 4th Int. Conf. on Safety in Road and Rail Tunnels(SIRRT), Madrid,Spain,2-6,April 2001:281-290.

[10]姚堅(jiān).公路隧道內(nèi)火災(zāi)溫度場(chǎng)分布規(guī)律數(shù)值模擬分析[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.

[11]安永林，彭立敏，楊偉超.基于FDS仿真火災(zāi)溫度下隧道襯砌安全評(píng)估[J].災(zāi)害學(xué)，2008(2):96-100.

[12]資誼.鐵路盾構(gòu)隧道火災(zāi)煙氣控制數(shù)值模擬研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(9):82-86.

[13]王松林，王婷.廣深港高速鐵路獅子洋隧道消防設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(11):79-84.

[14]張志斌.鐵路長(zhǎng)大隧道消防設(shè)計(jì)探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(5):117-120.

[15]劉云翔,原鑫鑫,竇晨超,等.火災(zāi)危險(xiǎn)度評(píng)估研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2013(4):993-995.

收稿日期：2015-10-19； 修回日期：2015-10-30

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51378235)；湖北省自然科學(xué)基金(2014CFA117)；武漢市科技計(jì)劃(201334)

作者簡(jiǎn)介：吳賢國(guó)(1964—)，女，教授，主要從事工程項(xiàng)目管理、工程安全管理，E-mail：wxg0220@126.com。 通信作者：張立茂(1987—)，男，博士研究生，E-mail:limao_zhang@hotmail.com。

文章編號(hào)：1004-2954(2016)06-0089-06

中圖分類(lèi)號(hào)：U458

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.019

Numerical Simulation of Interaction of Fire and Vehicles in Road Tunnel

WU Xian-guo1, FANG Wei-li1, JIANG Zhou1，2, ZHANG Li-mao1, LIU Wen-li1

(1.School of Civil Engineering and Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China; 2.Administration of Hunan work Safety，Changsha 410007，China)

Abstract：Based on the project of Yangtze River Highway Tunnel，numerical simulation is conducted using FDS5.0 to establish hypostatic tunnel model. The diffusing regularity of dome temperature and CO concentration at the height of 1.7 m during tunnel conflagration are investigated under the condition of different heat release rate，length of the vehicle，blockage ratio and the distance between vehicles，the length of the nearby vehicles，blockage ratio of the nearby vehicles. Meanwhile，this paper also analyzes the sensitivity of the above mentioned six factors. Results show that tunnel dome temperature increases with the increase of heat release rate and blocking ratio，and decreases with the increase of the length of fire-catching vehicle; concentration of CO increases with heat release rate and the length of the vehicle，and decreases with increasing of the blockage ratio. Heat release rate and blocking ratio are the two major factors affecting the fire，and more effective management of the two factors is required．

Key words：Road tunnel; Heat release rate; Blockage ratio; Sensitivity analyses; Fire; Dome temperature; Concentration of CO