火源位置對鐵路隧道救援站內(nèi)拱頂溫度縱向分布的影響

陶亮亮，曾艷華，彭俊欽，劉振撼，白 赟,2

（1.西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031；2.四川省交通運(yùn)輸廳 交通勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610017）

鐵路隧道通常為1 個(gè)狹長的封閉結(jié)構(gòu)物，一旦發(fā)生火災(zāi)將產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，可能?dǎo)致人員難以撤離、外部救援困難，甚至還會對人身安全和隧道結(jié)構(gòu)造成極大威脅。鐵路隧道火災(zāi)問題一直是鐵路建設(shè)、運(yùn)營管理和消防監(jiān)督等部門重點(diǎn)關(guān)注的公共安全問題。

發(fā)生火災(zāi)后的隧道內(nèi)溫度場是隧道火災(zāi)問題研究的熱點(diǎn)之一，例如：Alpert［1］基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了可預(yù)測不同火源位置的隧道拱頂最高溫度計(jì)算模型；Kurioka 等［2］基于小尺寸模型試驗(yàn)，提出了1 種適用于縱向通風(fēng)隧道的拱頂最高溫度預(yù)測模型；Ji 等［3］通過在小尺寸模型隧道中進(jìn)行的一系列試驗(yàn)，研究了自然通風(fēng)條件下不同橫向火源位置對拱頂最高溫度的影響，提出了考慮火源橫向位置的拱頂最高溫度預(yù)測模型；Zhong 等［4］通過全尺寸隧道火災(zāi)試驗(yàn)，研究了曲線隧道內(nèi)溫度分布，指出在整個(gè)火災(zāi)過程中，火風(fēng)壓力與自然風(fēng)壓的相互作用使得隧道內(nèi)溫度變化分布不對稱，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了隧道拱頂溫度衰減計(jì)算模型；Li 等［5］基于軸對稱火羽理論，對拱頂最高溫度進(jìn)行了理論推導(dǎo)，并根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果提出了隧道拱頂最高溫度計(jì)算模型。

救援站對挽救人員生命財(cái)產(chǎn)安全起到重要作用，一般來說，長度超過20 km 的長大鐵路隧道須設(shè)置救援站。由于隧道拱頂?shù)南拗疲鹪锤浇绊敎囟群芨?，這會造成隧道結(jié)構(gòu)損壞，甚至致使隧道襯砌塌落［6?8］。拱頂溫度分布對火災(zāi)監(jiān)測、煙氣控制和人員安全疏散等有著重要指導(dǎo)作用，但目前對鐵路隧道救援站的研究，往往集中在煙氣控制及通風(fēng)設(shè)計(jì)等方面。例如：李琦［9］根據(jù)概率可靠度理論，設(shè)計(jì)了高速鐵路隧道緊急救援站的排煙量確定方法；趙東平等［10］采用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)算法，研究了鄭萬高鐵隧道口緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)參數(shù)；秦寧然等［11］基于FDS 建立了鐵路隧道緊急救援站模型，研究了不同補(bǔ)風(fēng)量對鐵路隧道緊急救援站排煙效果的影響；羅欣宇等［12］分析了救援站內(nèi)煙氣分布及各疏散橫通道內(nèi)壓力和流速分布，提出了救援站風(fēng)機(jī)布置原則；Li 等［13］通過模型試驗(yàn)研究了熱釋放速率、列車阻塞和火源位置對救援站橫通道煙氣控制的影響。Xu等［14］研究了不同通風(fēng)量對救援站橫通道控?zé)熜Ч挠绊憽２苷龋?5］依托關(guān)角隧道，研究了高海拔條件下的火災(zāi)發(fā)展及人員疏散過程，確定了高海拔特長鐵路隧道定點(diǎn)救援站的合理救援橫通道數(shù)量為8～9座。

當(dāng)前對鐵路隧道救援站煙氣控制技術(shù)的研究已相當(dāng)深入，但很少有人對救援站內(nèi)拱頂溫度特別是火源位置對拱頂溫度的影響展開研究。本文以高黎貢山隧道為研究背景，建立考慮縱坡的1∶10 鐵路隧道救援站及列車縮尺寸模型，通過模型試驗(yàn)研究不同火源位置（高端、中端和低端）在不同通風(fēng)模式（自由蔓延、縱向通風(fēng)和半橫向通風(fēng)）下對救援站拱頂溫度縱向分布的影響，所得結(jié)果能為隧道結(jié)構(gòu)防火提供參考。

1 模型試驗(yàn)

1.1 相似設(shè)計(jì)

弗勞德數(shù)Fr是影響冷熱煙氣分層界面上傳熱、傳質(zhì)過程的重要參數(shù)，隧道火災(zāi)模型試驗(yàn)必須滿足弗勞德準(zhǔn)則。同時(shí)根據(jù)相似原理，只要考慮對模型試驗(yàn)有重大影響的相似性理論，就能認(rèn)為模型試驗(yàn)的結(jié)果可靠。本試驗(yàn)只需滿足弗勞德數(shù)相似準(zhǔn)則，此時(shí)縮尺寸隧道模型和原型隧道各參數(shù)之間的關(guān)系為

式中：vm和vf分別為縮尺寸模型隧道和原型隧道中的風(fēng)速，m·s?1；lm和lf分別為縮尺寸模型隧道和原型隧道的長度，m；g為重力加速度，取9.8 m·s?2。

根據(jù)弗勞德數(shù)相似準(zhǔn)則和所選尺寸比例，得到縮尺寸模型隧道和原型隧道的物理參數(shù)間的比例關(guān)系見表1。表中λ為模型與原型的尺寸比例，取1∶10；Tm和Tf分別為縮尺寸模型隧道和原型隧道的溫度，℃；Qm和Qf分別為縮尺寸模型隧道和原型隧道的火源熱釋放速率，kW。

表1 模型試驗(yàn)物理參數(shù)間的比例關(guān)系

1.2 模型設(shè)計(jì)

高黎貢山隧道是我國第1 條穿越橫斷山脈的干線鐵路隧道，隧道全長34.538 km，最大埋深1 155 m。隧道中設(shè)置救援站1 座，長600 m?；诟呃柝暽剿淼谰仍窘孛娉叽?，建立1∶10 的鐵路隧道救援站及列車的縮尺寸模型。

救援站采用耐火磚砌制而成，由主隧道、平行導(dǎo)坑及9條連接主隧道和平行導(dǎo)坑的橫通道共同組成，其中主隧道和平行導(dǎo)坑長60 m，橫通道長1.70 m。列車模型位于救援站中部，由鐵皮制成，長×寬×高為45.00 m×0.31 m×0.44 m?；鹪慈剂蠟槠?，火源大小為0.25 m×0.25 m。試驗(yàn)時(shí)通過汽油的質(zhì)量損失速率計(jì)算火源熱釋放速率，算得模型的火源熱釋放速率為53.08 kW（對應(yīng)原型為16.79 MW）。

為了研究不同火源位置時(shí)拱頂溫度變化，在模型上布設(shè)溫度測點(diǎn)45 個(gè)，設(shè)置K 型熱電偶收集溫度數(shù)據(jù)。在火源附近的10 m 范圍內(nèi)，每隔1 m設(shè)置1個(gè)溫度測點(diǎn)；在遠(yuǎn)離火源的其他位置，每隔2 m 設(shè)置1 個(gè)溫度測點(diǎn)。為減少數(shù)據(jù)誤差，熱電偶通過補(bǔ)償線連接到數(shù)據(jù)采集器?；鹪次恢冒雌渑c地面間的距離，分別選擇高端、中部和低端3 處?？s尺寸隧道模型及火源位置、溫度測點(diǎn)布置如圖1所示。圖1（a） 中：帶圈數(shù)字表示橫通道；V1，V2，V3 和V4 分別為送風(fēng)風(fēng)機(jī)編號；A，B 和C 分別表示高端、中部和低端3處不同位置。

圖1 縮尺寸模型主隧道及橫通道斷面（單位：mm）

1.3 試驗(yàn)工況

選取自由蔓延、縱向通風(fēng)和半橫向通風(fēng)3 種模式分別開展溫度測試，考察不同通風(fēng)模式下救援站內(nèi)拱頂溫度縱向分布，其中自由蔓延模式為主隧道內(nèi)無機(jī)械通風(fēng)，僅平導(dǎo)送風(fēng)，即不考慮主隧道內(nèi)逃生環(huán)境；縱向通風(fēng)模式為主隧道內(nèi)有較大的機(jī)械通風(fēng)，平導(dǎo)不送風(fēng)，即不考慮順風(fēng)方向逃生環(huán)境；半橫向通風(fēng)為在救援站中部設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)排煙且平導(dǎo)送風(fēng)，即兼顧救援站內(nèi)火源上下游逃生環(huán)境。

1）自由蔓延模式

自由蔓延模式主要考察主隧道內(nèi)沒有機(jī)械通風(fēng)條件下救援站內(nèi)溫度分布，探討主隧道內(nèi)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的必要性，此時(shí)的變量為火源位置和平導(dǎo)送風(fēng)風(fēng)速?；鹪次恢糜? 種：高端（位置A）、中部（位置B）和低端（位置C）。平導(dǎo)送風(fēng)方案有4種：平導(dǎo)不送風(fēng)、低端送風(fēng)、高端送風(fēng)和2 端送風(fēng)（根據(jù)試驗(yàn)多次調(diào)試的結(jié)果，送風(fēng)風(fēng)速取1.0 m·s?1時(shí)的控?zé)熜Ч^好）。由此得到試驗(yàn)工況共12 種，分別編號D1—D12，詳見表2。

表2 自由蔓延模式下的試驗(yàn)工況

2）縱向通風(fēng)模式

縱向通風(fēng)模式主要考察主隧道內(nèi)有縱向通風(fēng)時(shí)救援站內(nèi)溫度分布，探究縱向通風(fēng)是否適用于鐵路隧道救援站溫度控制，此時(shí)的變量為火源位置和平導(dǎo)送風(fēng)位置及風(fēng)速大小。當(dāng)火源位于位置A 時(shí)，主隧道內(nèi)僅需低端送風(fēng)就能防止高溫?zé)煔膺M(jìn)入救援站內(nèi)；火源位于位置C時(shí)，僅需高端送風(fēng)就能防止高溫?zé)煔膺M(jìn)入救援站內(nèi)；火源位于位置B時(shí)，無論高端還是低端送風(fēng)，總有一半救援站中充斥著大量高溫?zé)煔猓虼嘶鹪次挥谖恢肂時(shí)才需要考慮高端或者低端送風(fēng)。由于坡度對縱向通風(fēng)模式下煙氣蔓延影響很大，不同火源位置時(shí)控制煙氣蔓延的縱向風(fēng)速不同，試驗(yàn)中縱向風(fēng)速為0.5～2.2 m·s?1。由此得到試驗(yàn)工況共18 種，分別編號E1—E18，詳見表3。

表3 縱向通風(fēng)模式下的試驗(yàn)工況

3）半橫向通風(fēng)模式

半橫向通風(fēng)模式主要考察救援站內(nèi)設(shè)置排煙風(fēng)機(jī)條件下拱頂溫度縱向分布情況，著重對比縱向通風(fēng)模式和半橫向通風(fēng)模式下溫度變化情況，此時(shí)的變量為火源位置、平導(dǎo)風(fēng)速和排煙量。排煙風(fēng)機(jī)位于救援站中部，通過控制風(fēng)機(jī)電流頻率的方式，測得排煙量分別為0.912，1.232 和1.712 m·s?3；平導(dǎo)及主隧道內(nèi)均同時(shí)2 端送風(fēng)，控制主隧道及平導(dǎo)風(fēng)速在0.5～0.7 m·s?1（具體數(shù)值根據(jù)火源大小并結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定），由此得到試驗(yàn)工況共9種，分別編號F1—F9，詳見表4。

表4 半橫向通風(fēng)模式下的試驗(yàn)工況

2 救援站內(nèi)拱頂溫度縱向分布

拱頂溫度的縱向分布不但能影響有毒煙氣在隧道內(nèi)的輸運(yùn)，同時(shí)這也是隧道結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)時(shí)考慮的關(guān)鍵因素之一。為尋求合理的通風(fēng)控溫模式，需要分別討論3 種通風(fēng)模式下、火源位于3 處不同位置時(shí)的救援站內(nèi)拱頂溫度的縱向分布具體情況。

2.1 自由蔓延模式下的溫度縱向分布

1）火源位于位置A

此時(shí)救援站拱頂溫度縱向分布如圖2所示，由圖2可得出以下結(jié)論。

圖2 自由蔓延模式下火源位于位置A的救援站拱頂溫度縱向分布

（1）工況D2 中拱頂最高溫度最高（802 ℃），工況D1 最低（598 ℃），這是因?yàn)楣rD1 中沒有機(jī)械通風(fēng)，新鮮風(fēng)很難進(jìn)入救援站內(nèi)，火源附近充斥的大量煙氣導(dǎo)致火源不能充分燃燒，而有機(jī)械通風(fēng)的其他工況中，新鮮空氣能夠通過橫通道進(jìn)入救援站，使得火源充分燃燒、拱頂溫度升高。

（2）高端送風(fēng)時(shí)的拱頂溫度高于低端送風(fēng)，這是因?yàn)榛鹪次恢门c送風(fēng)位置均位于高端，送風(fēng)時(shí)有更多的新鮮空氣流向火源附近。

（3）工況D4 平導(dǎo)2 端均送風(fēng)時(shí)，拱頂溫度反而低于工況D2和D3單側(cè)送風(fēng)時(shí)，這是因?yàn)榛鹪次挥谌肟诟浇^小的風(fēng)速就能滿足火源充分燃燒的條件，而2 端送風(fēng)會使救援站內(nèi)風(fēng)速過大，高溫?zé)煔鉄o法聚集在拱頂。

（4）送風(fēng)方式不同的4 種工況中，火源上游拱頂溫度超過100 ℃的區(qū)域（高溫區(qū)域）在火源附近4.2 m 范圍內(nèi)，而火源下游在火源附近2.6 m 范圍內(nèi)；平導(dǎo)送風(fēng)風(fēng)速不同時(shí)火源附近下游8.4 m 以外的拱頂溫度均低于50 ℃，送風(fēng)風(fēng)速對拱頂溫度縱向分布影響不大，主要影響的是拱頂最高溫度。這是因?yàn)楦邷責(zé)煔庠诼拥倪^程中熱量逐漸損失致使煙氣動能減小，救援站內(nèi)有多條橫通道，高溫?zé)煔庠诼又疗渌^遠(yuǎn)位置的橫通道時(shí)，橫通道內(nèi)較小的風(fēng)速就能抑制煙氣蔓延。

2）火源位于位置B

此時(shí)救援站拱頂溫度縱向分布如圖3所示。由圖3可知：工況D8中拱頂最高溫度最高（940 ℃）；4種工況中，火源上游高溫區(qū)域在火源附近15.0 m范圍內(nèi)，而火源下游在火源附近4.0 m 范圍內(nèi)，上游高溫區(qū)域明顯廣于火源下游，這是因?yàn)樗淼榔露葘仍緝?nèi)拱頂溫度縱向分布的影響明顯，救援站坡度大而且火源位于位置B 時(shí)“煙囪效應(yīng)”（煙氣沿著有坡度的空間向上升，造成煙氣加強(qiáng)對流的現(xiàn)象）對救援站內(nèi)高溫?zé)煔饴拥挠绊懞艽?，高溫?zé)煔庠凇盁焽栊?yīng)”的作用下會更加容易向火源上游蔓延，同時(shí)坡度會限制火源下游煙氣運(yùn)動，使得高溫?zé)煔飧y向火源下游蔓延。

圖3 自由蔓延模式下火源位于位置B的救援站拱頂溫度縱向分布

3）火源位于位置C

此時(shí)救援站拱頂溫度縱向分布如圖4所示。由圖4可知：工況D12 中拱頂最高溫度最高（785 ℃）；4 種工況中，火源上游的拱頂溫度縱向分布相差不大，高溫區(qū)域基本在火源附近3.0 m 范圍內(nèi)，而火源下游則差異明顯，特別是工況D12平導(dǎo)2 端送風(fēng)時(shí)，火源下游的拱頂高溫區(qū)域分布最廣，在火源附近7.4 m 范圍內(nèi)，且此時(shí)溫度衰減最慢。這是因?yàn)樵谄露鹊淖饔孟?，拱頂對限制煙氣蔓延的作用增?qiáng)，如僅下游送風(fēng)，橫通道內(nèi)的風(fēng)速將促使煙氣向火源下游蔓延，造成高溫區(qū)域向火源下游蔓延；如僅上游單側(cè)送風(fēng)，由于火源離送風(fēng)口很遠(yuǎn)，救援站內(nèi)風(fēng)速又很小，不會對拱頂溫度縱向分布產(chǎn)生較大影響。

圖4 自由蔓延模式下火源位于位置C的救援站拱頂溫度縱向分布

4）3種位置下的拱頂溫度縱向分布對比

綜合自由蔓延模式下火源位于3 處不同位置時(shí)的12 種工況可知：救援站內(nèi)的拱頂溫度均在火源上下游5.0 m 范圍內(nèi)大幅降低；火源位于位置B時(shí)，由于可從救援站2 端通過橫通道向救援站內(nèi)輸送新鮮空氣，救援站中部的橫通道內(nèi)風(fēng)速要比靠近出入口處的小得多，火源很難達(dá)到充分燃燒的條件；因此相比于其他2種情況（火源位于位置A 和位置C），此時(shí)救援站內(nèi)拱頂高溫區(qū)域分布最廣、拱頂溫度最高，最為不利。

2.2 縱向通風(fēng)模式下的溫度縱向分布

1）火源位于位置A

此時(shí)救援站拱頂溫度縱向分布如圖5所示。由圖5和圖2可得出以下結(jié)論。

圖5 縱向通風(fēng)模式下火源位于位置A的救援站拱頂溫度縱向分布

（1）工況E1 中拱頂最高溫度最高（590 ℃），此時(shí)縱向風(fēng)速小于1.0 m·s?1；而縱向風(fēng)速大于1.0 m·s?1后，拱頂最高溫度僅為400 ℃?？v向風(fēng)速對下游火源附近拱頂溫度縱向分布影響很大，縱向風(fēng)速越大拱頂溫度衰減越快。

（2）縱向風(fēng)速不同的5 種工況中，火源上游拱頂高溫區(qū)域幾乎相同，均在火源附近3.5 m 范圍內(nèi)，最不利的工況E2 中，高溫區(qū)域最大也僅在火源下游4.0 m 范圍內(nèi)?？v向風(fēng)速對火源上游高溫區(qū)域分布范圍影響很小。

（3）同樣是火源位于位置A，縱向通風(fēng)模式下的拱頂最高溫度要比自由蔓延模式低212 ℃。這是因?yàn)榭v向通風(fēng)模式下，較低溫度的新鮮縱向風(fēng)不但會降低隧道內(nèi)溫度，還能夠很容易地將高溫?zé)煔獯迪蛳掠纬隹?，避免高溫?zé)煔庠谒淼老掠伟l(fā)生聚集。

2）火源位于位置B

此時(shí)救援站拱頂溫度縱向分布如圖6所示。由圖6可得出以下結(jié)論。

圖6 縱向通風(fēng)模式下火源位于位置B的救援站拱頂溫度縱向分布

（1）低端送風(fēng)時(shí)，工況E8 中拱頂最高溫度最高（509 ℃），工況E6 中最低（400 ℃）；縱向風(fēng)速不同的4 種工況中，高溫?zé)煔庠诨鹪瓷嫌蔚穆泳嚯x最遠(yuǎn)達(dá)20.0 m，在火源下游基本能被控制在1.6 m 范圍內(nèi)，且各工況中火源下游溫度分布范圍相差不大。這是因?yàn)殡S著縱向風(fēng)速增大，更多新鮮空氣進(jìn)入隧道內(nèi)，火源的充分燃燒使得拱頂溫度增高，因此此時(shí)縱向風(fēng)速對火源燃燒起到促進(jìn)作用；如果繼續(xù)增大縱向風(fēng)速，足夠大的縱向風(fēng)速能夠使得高溫?zé)煔饪焖俚亓飨蚧鹪聪掠?，拱頂溫度反而會降低?/p>

（2）高端送風(fēng)時(shí)，工況E10中拱頂最高溫度最高（324 ℃），工況E12 最低（210 ℃）；不同工況下高溫?zé)煔庠诨鹪瓷嫌蔚穆泳嚯x為3.5～7.6 m。相比于低端送風(fēng)，高端送風(fēng)不但將低含氧量的煙氣吹向火源，而且此時(shí)縱向風(fēng)速還需要克服坡度產(chǎn)生的“煙囪效應(yīng)”，會造成煙氣聚集、火源燃燒不充分，進(jìn)而降低拱頂最高溫度。

（3）2 種送風(fēng)條件下，低端送風(fēng)時(shí)隧道坡度更有利于煙氣向火源上游運(yùn)動，因此低端送風(fēng)對拱頂溫度縱向分布的控制效果更強(qiáng)、此時(shí)高溫區(qū)域分布更窄；低端送風(fēng)、高端送風(fēng)2 種送風(fēng)條件下拱頂最高溫度能相差達(dá)220～300 ℃。

3）火源位于位置C

此時(shí)救援站拱頂溫度縱向分布如圖7所示。由圖7可知：工況E15 中拱頂最高溫度達(dá)728 ℃，是縱向通風(fēng)模式下所有工況中的最高溫度，此時(shí)縱向風(fēng)速對火源上游拱頂溫度的影響也是最強(qiáng)的；火源上游拱頂高溫區(qū)域最遠(yuǎn)達(dá)到火源附近9.0 m 處，火源下游大部分拱頂溫度也超過50 ℃；縱向風(fēng)速對火源上游火源附近拱頂溫度縱向分布影響很大，縱向風(fēng)速越大拱頂溫度衰減越快。在這一火源位置下，“煙囪效應(yīng)”對煙氣運(yùn)動的影響最強(qiáng)，而且送風(fēng)口遠(yuǎn)離火源，縱向風(fēng)還需要克服“煙囪效應(yīng)”引起的強(qiáng)對流，因此此時(shí)縱向風(fēng)對拱頂最高溫度的影響最小。

圖7 縱向通風(fēng)模式下火源位于位置C的救援站拱頂溫度縱向分布

4）3種火源位置下的拱頂溫度縱向分布對比

綜合縱向通風(fēng)模式下火源位于3 處不同位置時(shí)的18 種工況并與自由蔓延模式工況對比可知：縱向風(fēng)速對拱頂溫度衰減影響很大，順風(fēng)側(cè)的拱頂溫度縱向分布范圍小于背風(fēng)側(cè)，且不同火源位置時(shí)高溫區(qū)域均能被控制在火源附近15.0 m 范圍內(nèi)；火源位于位置A 時(shí)，拱頂最高溫度隨著縱向風(fēng)速的增大而減小，順風(fēng)側(cè)高溫區(qū)域僅在火源附近4.0 m范圍內(nèi)；火源位于位置B時(shí)，高端送風(fēng)條件下的拱頂溫度遠(yuǎn)低于低端送風(fēng)條件；相比于其他2 種情況，火源位于位置C時(shí)，救援站內(nèi)拱頂溫度縱向分布最廣，最為不利；不同火源位置時(shí)，縱向通風(fēng)模式下的拱頂溫度總低于自由蔓延模式。

2.3 半橫向通風(fēng)模式下溫度縱向分布

1）3種火源位置下的拱頂溫度縱向分布對比

半橫向通風(fēng)模式下，不同火源位置的救援站拱頂溫度縱向分布如圖8所示。由圖8可得出以下結(jié)論。

圖8 半橫向通風(fēng)模式下不同火源位置處的救援站拱頂溫度縱向分布

（1）火源位于位置A 時(shí)，工況F2 中拱頂最高溫度最高（493 ℃），不同工況中火源上游拱頂高溫區(qū)域均在火源附近3.0 m 范圍內(nèi)，此時(shí)排煙風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)離火源，火源附近煙氣因坡度而聚集導(dǎo)致火源燃燒不充分，使得拱頂最高溫度很低。

（2）火源位于位置B 時(shí)，工況F5 中拱頂最高溫度最高（897 ℃），對應(yīng)的高溫區(qū)域也最廣，但不同工況中火源上游拱頂高溫區(qū)域均在火源附近9.7 m范圍內(nèi)，相比于位置A，此時(shí)排煙風(fēng)機(jī)在火源附近，隧道坡度也有利于火源上游煙氣蔓延，火源附近的煙氣能快速擴(kuò)散，因此拱頂最高溫度最高。

（3）火源位于位置C 時(shí)，排煙風(fēng)機(jī)雖遠(yuǎn)離火源，但強(qiáng)烈的“煙囪效應(yīng)”會促使火源上游煙氣蔓延，因此拱頂最高溫度和高溫區(qū)域范圍均介于位置A和位置B之間。

（4）綜合火源位于3 種位置的情況，不同排煙量下的拱頂最高溫度差分別為112，323 和228 ℃，且隨著平導(dǎo)送風(fēng)風(fēng)速和排煙量的增加，拱頂最高溫度均出現(xiàn)先增大后降低的現(xiàn)象。這是因?yàn)閯傞_始增大送風(fēng)風(fēng)速和排煙量時(shí)，隧道內(nèi)煙氣沒有得到有效控制，煙氣聚集在火源附近不利于火源充分燃燒；平導(dǎo)送風(fēng)會向火源輸送新鮮空氣，排煙則會將低氧氣含量的煙氣排出，火源充分燃燒下，會導(dǎo)致拱頂最高溫度升高；進(jìn)一步增大送風(fēng)風(fēng)速和排煙量后，送風(fēng)風(fēng)速能快速將高溫?zé)煔獯迪蛳掠闻懦鏊淼溃⑶易銐虼蟮呐艧熈恳矔⒏邷責(zé)煔馕肱艧煹纼?nèi)，這樣將使得拱頂最高溫度降低。

2）縱向通風(fēng)和半橫向通風(fēng)模式下的拱頂溫度對比

進(jìn)一步對比縱向通風(fēng)和半橫向通風(fēng)模式下，不同火源位置的救援站拱頂溫度縱向分布如圖9所示。由圖9可得出以下結(jié)論。

圖9 縱向通風(fēng)和半橫向通風(fēng)2種模式下不同火源位置處的救援站拱頂溫度對比

（1）火源位于位置A和位置B時(shí)，縱向通風(fēng)模式下拱頂最高溫度遠(yuǎn)高于半橫向通風(fēng)模式，位置A時(shí)高出近100 ℃，位置B時(shí)高出接近200 ℃。

（2）火源位于位置C 時(shí)，2 種模式下的拱頂最高溫度相差并不大，但半橫向通風(fēng)模式下火源下游拱頂溫度總是低于縱向通風(fēng)模式。這是因?yàn)榛鹪次挥谖恢肅時(shí)上坡長度很長，隧道長度越長“煙囪效應(yīng)”越強(qiáng)烈；自由蔓延通風(fēng)模式下，上游煙氣在坡度的作用下能快速向高端蔓延并排出救援站；此時(shí)火源距救援站出口很近，下游煙氣不會在火源處發(fā)生聚集，因此這2 種通風(fēng)模式下拱頂最高溫度僅相差7 ℃。

（3）無關(guān)火源位置，半橫向通風(fēng)模式下的火源上游拱頂溫度總低于縱向通風(fēng)模式，2 種模式下的拱頂最高溫度最多相差203 ℃。

綜合半橫向通風(fēng)模式下火源位于3 處不同位置時(shí)的情況及2 種模式下的對比可知：火源位置對拱頂最高溫度的影響特別明顯，不同的排煙量和縱向風(fēng)速下，拱頂最高溫度最多能相差300 ℃；半橫向通風(fēng)模式下，火源位于位置B時(shí)最為不利，此時(shí)要特別注意火源附近高溫對隧道襯砌的破壞。

3 結(jié) 論

（1）自由蔓延模式下，拱頂最高溫度最高達(dá)940 ℃，是3 種通風(fēng)模式下最高的，此時(shí)火源位于位置B；送風(fēng)風(fēng)速對自由蔓延模式下的拱頂溫度縱向分布影響不大，影響的主要是拱頂最高溫度。

（2）縱向通風(fēng)模式下，拱頂最高溫度最高為728 ℃，當(dāng)火源位于位置B 時(shí)甚至低于300 ℃，遠(yuǎn)低于自由蔓延模式相同工況；但當(dāng)火源位于位置B時(shí)，低端送風(fēng)、高端送風(fēng)2 種送風(fēng)條件下拱頂最高溫度能相差達(dá)220～300 ℃，其中前者的高溫區(qū)域分布相對更窄、后者的拱頂最高溫度相對更低。

（3）半橫向通風(fēng)模式下，拱頂最高溫度最高為897 ℃，此時(shí)拱頂溫度隨縱向風(fēng)速和排煙量的增大先升高后降低；不同的排煙量及縱向風(fēng)速下，拱頂最高溫度能相差300 ℃。

（4）無關(guān)火源位置，半橫向通風(fēng)模式下的火源上游拱頂溫度總低于縱向通風(fēng)模式，火源位置相同時(shí)，2種模式下的拱頂最高溫度最多相差203 ℃。

（5）自由蔓延和半橫向通風(fēng)模式下，最不利的火源位置均為位置B，而縱向通風(fēng)模式下的最不利火源位置為位置C；處于最不利火源位置時(shí)，相同通風(fēng)模式下的高溫區(qū)域分布范圍和拱頂?shù)淖罡邷囟染畲蟆?/p>