隧道口緊急救援站主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)方案研究

王 勇,劉家平,楊 成,郭 輝,姜學(xué)鵬*

(1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430081;2.武漢科技大學(xué)消防安全技術(shù)研究所,湖北 武漢 430081;3.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司建筑與城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,湖北 武漢 430063)

截止2020年,我國投入運(yùn)營的長度超20 km的隧道11座,在建長度超20 km的隧道10座,規(guī)劃長度超20 km的隧道37座。隧道口緊急救援站通常設(shè)置在超過20 km特長鐵路隧道明線段,其地理位置偏僻,地質(zhì)條件復(fù)雜,一旦列車發(fā)生火災(zāi),救援力量短時(shí)間內(nèi)難以到達(dá)現(xiàn)場,尤其當(dāng)人員通過平導(dǎo)隧道及橫通道進(jìn)行應(yīng)急疏散并等待救援時(shí),需長時(shí)間保證隧道內(nèi)環(huán)境滿足人員疏散的要求。隧道口緊急救援站通過在隧道主洞、疏散通道及平導(dǎo)隧道內(nèi)加壓防煙送風(fēng)將煙氣控制在明線段,以實(shí)現(xiàn)人煙分離,保證人員安全疏散[1-2]。因此,隧道口緊急救援站防煙送風(fēng)系統(tǒng)是保證人員生命與財(cái)產(chǎn)安全的關(guān)鍵因素。

部分學(xué)者對隧道口緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究。如:李琦等[3]研究不同明線段長度下煙氣對隧道內(nèi)環(huán)境的影響,得到了無需設(shè)防災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)的隧道主洞洞口距離;Yang等[4]通過研究明確了隧道口緊急救援站主洞射流通風(fēng)機(jī)、中間通風(fēng)通道和救援平行掘進(jìn)分離通風(fēng)通道3種方案中主洞射流通風(fēng)機(jī)方案為最佳;王成哲等[5]研究了隧道風(fēng)道式通風(fēng),得到風(fēng)道間距為兩倍隧道正洞當(dāng)量直徑時(shí),送風(fēng)速度較大、速度不均勻系數(shù)較小;王峰等[6]通過研究單洞雙線隧道緊急救援站橫通道風(fēng)流的分布規(guī)律,明確了救援站橫通道風(fēng)速分布呈現(xiàn)W型,中部和兩端橫通道內(nèi)風(fēng)速較大,兩側(cè)風(fēng)速較小,并提出了一種優(yōu)化的平導(dǎo)救援站防災(zāi)通風(fēng)方案;趙東平等[7]研究了鐵路隧道防災(zāi)通風(fēng)射流風(fēng)機(jī)安裝位置對通風(fēng)效果的影響;姜學(xué)鵬等[8]推導(dǎo)了鐵路隧道橫通道臨界風(fēng)速與隧道縱向風(fēng)速、火災(zāi)熱釋放率、橫通道防火門高度及寬度、橫通道與隧道夾角的無量綱函數(shù)關(guān)系式;Tarada等[9]通過研究指出隧道口緊急救援站橫通道風(fēng)速達(dá)到2.0～2.5 m/s時(shí)可保證無煙氣侵入橫通道;田偉等[10]研究發(fā)現(xiàn)主隧道縱向送風(fēng)時(shí),平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)可以有效抑制煙氣進(jìn)入橫通道。

上述研究多以隧道口緊急救援站通風(fēng)排煙為主,對隧道口緊急救援站防煙送風(fēng)的研究較少,且對隧道橫通道防護(hù)門處防煙風(fēng)速的研究多為各橫通道內(nèi)采用風(fēng)機(jī)單獨(dú)送風(fēng),對平導(dǎo)隧道采用射流風(fēng)機(jī)向橫通道送風(fēng)的研究較少,且未考慮隧道口緊急救援站主洞送風(fēng)與平導(dǎo)隧道射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)耦合時(shí),隧道主洞洞口及各防護(hù)門處防煙風(fēng)速是否仍滿足隧道防災(zāi)通風(fēng)要求。隧道各橫通道內(nèi)采用風(fēng)機(jī)單獨(dú)送風(fēng)相較于平導(dǎo)隧道采用射流風(fēng)機(jī)向橫通道送風(fēng)的方案,需要設(shè)置大量的通風(fēng)設(shè)備,且由于隧道口緊急救援站特殊的地理位置,其日常運(yùn)營維護(hù)成本較高,經(jīng)濟(jì)適用性較差。因此,針對以上不足,在保證隧道口緊急救援站防煙通風(fēng)系統(tǒng)安全有效的前提下,為了提高其經(jīng)濟(jì)適用性,本文以某隧道口緊急救援站為實(shí)際工程背景,提出了一種適用于隧道口緊急救援站的隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)方案,利用FDS數(shù)值模擬軟件探究了平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道不同距離下各防護(hù)門處防煙風(fēng)速的變化規(guī)律,以及隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)條件下隧道主洞洞口處和橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速的變化規(guī)律,并確定了射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的臨界長度、隧道主洞及平導(dǎo)隧道射流風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 數(shù)值建模

1.1 隧道工程概況

某隧道群長24.54 km,在隧道群出口段至進(jìn)口段設(shè)置長878 m的緊急救援站,明線段長51.1 m;在緊急救援站明線段兩側(cè)對稱設(shè)置6處橫通道及1處平導(dǎo)通道;隧道主洞截面積為105 m2,平導(dǎo)隧道截面積為22.5 m2,各橫通道間距為60 m,平導(dǎo)隧道洞口距鄰近橫通道為200 m,各防護(hù)門尺寸均為2 m×2 m。該隧道截面示意圖如圖1所示。

圖1 某隧道截面示意圖Fig.1 Schematic diagram of a tunnel section

隧道口緊急救援站的隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)方案如下:隧道主洞內(nèi)設(shè)置射流風(fēng)機(jī)或風(fēng)道向明線段送風(fēng),滿足隧道主洞洞口處防煙風(fēng)速的要求;平導(dǎo)隧道內(nèi)設(shè)置射流風(fēng)機(jī)送風(fēng),橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速由平導(dǎo)隧道分流至各橫通道的風(fēng)流提供。其協(xié)同送風(fēng)示意圖如圖2所示。

圖2 隧道口緊急救援站隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同 送風(fēng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of coordinated air supply for main tunnel and parallel adit of tunnel of the emergency rescue station of the tunnel entrance

1.2 數(shù)值建模與邊界條件設(shè)置

本文利用FDS軟件建立了該隧道口緊急救援站平導(dǎo)隧道及疏散通道全尺寸數(shù)值模型。邊界條件設(shè)置如下:隧道壁面設(shè)置為“CONCRETE”,即混凝土表面;列車車體設(shè)置為“STEEL”,即鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì);明線段與外界相接,隧道各洞口及明線均設(shè)置為與外界相通的開口邊界“OPEN”;隧道內(nèi)各固體表面和空氣的初始溫度設(shè)置為20 ℃,大氣壓設(shè)置為101.325 kPa的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

1.3 模擬工況設(shè)置

著火列車位于隧道口緊急救援站明線段中點(diǎn),列車火災(zāi)熱釋放速率取15 MW,火源設(shè)置于列車外底部中間位置[7],火源尺寸為5 m(長)×2 m(寬),為穩(wěn)態(tài)火,火災(zāi)發(fā)生后平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)向洞內(nèi)送風(fēng),取隧道內(nèi)各處的風(fēng)速等參數(shù)均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下的模擬數(shù)據(jù)值進(jìn)行探討。

基于該隧道隧道口緊急救援站工程,研究平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道間距、平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)不同送風(fēng)量(分別取SDS-11.2T-4P-30、SDS-12.5T-4P-45、SDS-14T-8P-55、SDS-16T-6P-75型射流風(fēng)機(jī)迭代計(jì)算)與隧道主洞內(nèi)射流風(fēng)機(jī)不同送風(fēng)風(fēng)速協(xié)同送風(fēng)條件下,平導(dǎo)隧道和疏散通道內(nèi)速度場的空間分布及其隨時(shí)間的變化規(guī)律。模擬工況設(shè)置如表1所示。

表1 隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)工況設(shè)置

1.4 網(wǎng)格獨(dú)立性分析

網(wǎng)格尺寸是影響FDS軟件計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵因素。已有研究表明網(wǎng)格尺寸在1/16D*～1/4D*時(shí),模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果非常吻合[10-11]?；鹪刺卣髦睆紻*的計(jì)算公式為

(1)

式中:D*為火源特征直徑(m);W為火源熱釋放速率(kW);T0為環(huán)境溫度(K),取293 K;ρ0為空氣密度(kg/m3),取1.2 kg/m3;cp為空氣定壓熱容[kJ/(kg·K)],一般取1.02 kJ/(kg·K);g為重力加速度(m/s2),取9.81 m/s2。

將W=15 000 kW代入式(1),通過計(jì)算得到將網(wǎng)格尺寸設(shè)置在0.176～0.705 m范圍內(nèi)較合適,考慮到火源附近熱力學(xué)參數(shù)的變化較大,將近火源區(qū)域(±20 m范圍)網(wǎng)格尺寸加密可使模擬結(jié)果更精確,故進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性分析后,考慮模擬時(shí)間長短及結(jié)果準(zhǔn)確性,將近火源區(qū)域網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.25 m×0.25 m×0.25 m,將火源遠(yuǎn)端區(qū)域網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.5 m×0.5 m×0.25 m。

2 模擬結(jié)果與分析

2.1 射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的臨界長度分析

不同射流風(fēng)機(jī)位置時(shí)平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處風(fēng)流分布,如圖3所示。

圖3 不同射流風(fēng)機(jī)位置時(shí)平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處風(fēng)流分布圖Fig.3 Air flow distribution at the protective door of parallel adit of tunnel and transverse passage under different positions of jet fan

由圖3可以看出:當(dāng)平導(dǎo)隧道采用射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)時(shí),由于射流風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速較大,風(fēng)流從射流風(fēng)機(jī)送出時(shí),平導(dǎo)隧道截面的上部區(qū)域風(fēng)速較大,下部區(qū)域風(fēng)速較小且基本為0 m/s;當(dāng)橫通道距射流風(fēng)機(jī)較近時(shí),橫通道處于該下部區(qū)域風(fēng)速為0 m/s范圍內(nèi),導(dǎo)致平導(dǎo)隧道分流至橫通道的風(fēng)量較小,該范圍內(nèi)橫通道防護(hù)門處防煙風(fēng)速較小且小于2 m/s;當(dāng)橫通道距射流風(fēng)機(jī)的距離過近時(shí),受平導(dǎo)隧道上部區(qū)域風(fēng)速過大的影響,射流風(fēng)機(jī)會卷吸橫通道內(nèi)空氣流向平導(dǎo)隧道,導(dǎo)致平導(dǎo)隧道與主隧道之間壓力差反向,形成反向防煙風(fēng)速(風(fēng)向由主隧道吹向平導(dǎo)隧道);隨著橫通道距射流風(fēng)機(jī)的距離增大,射流風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)流在平導(dǎo)隧道內(nèi)有足夠距離擴(kuò)展至平導(dǎo)隧道全斷面,并在斷面內(nèi)形成均勻分布的風(fēng)流,而分流至各橫通道的風(fēng)流較均勻,使橫通道防護(hù)門處防煙風(fēng)速逐漸變大且大于2 m/s。

因此,本文將使橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速均大于或等于《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10020—2017)[2](下文中簡稱《規(guī)范》)要求的2 m/s防煙風(fēng)速時(shí),平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的距離,稱為射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的臨界長度。

不同工況下平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量隨射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道距離的變化曲線,如圖4所示。

圖4 不同工況下平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處防煙有效 風(fēng)量隨射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道距離的變化曲線Fig.4 Change curves of the effective air volume at the protective door of parallel adit of tunnel with the distance between the jet fan and the adjacent transverse channel under different working conditions

由圖4可以看出:

1) 當(dāng)平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量由29.9 m3/s增大至61.9 m3/s時(shí),距射流風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)的四處橫通道防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量的變化規(guī)律保持一致,均隨著射流風(fēng)機(jī)距鄰近疏散通道距離的增大而減小,且均滿足防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量大于8 m3/s的要求(即防煙風(fēng)速大于2 m/s);而距射流風(fēng)機(jī)較近的兩處橫通道防護(hù)門處,由于距射流風(fēng)機(jī)的距離太近,風(fēng)流主要集中在平導(dǎo)隧道的上部區(qū)域,風(fēng)流未擴(kuò)展至平導(dǎo)隧道全斷面,導(dǎo)致兩處橫通道防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量小于8 m3/s(即防煙風(fēng)速小于2 m/s),這是由于不滿足防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量的要求,當(dāng)距射流風(fēng)機(jī)的距離過小時(shí),這兩處防護(hù)門與平導(dǎo)隧道形成反向壓力差,導(dǎo)致橫通道防護(hù)門處防煙風(fēng)速小于0,即風(fēng)向由主隧道吹向平導(dǎo)隧道。

2) 另外,當(dāng)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量由29.9 m3/s增大至61.9 m3/s時(shí),射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的臨界長度由約140 m減小至115 m,即基于保證各疏散通道防護(hù)門處大于2 m/s的防煙風(fēng)速要求,說明平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)距鄰近疏散通道的距離應(yīng)大于140 m。

3) 平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)在風(fēng)流運(yùn)動140 m后逐漸穩(wěn)定,能夠在平導(dǎo)隧道斷面形成較為均勻的風(fēng)流,但是風(fēng)流的運(yùn)動趨勢還是沿著平導(dǎo)隧道方向,只有部分風(fēng)量向橫通道防護(hù)門分流,由于6#防護(hù)門處于平導(dǎo)隧道末端,剩余的風(fēng)量碰撞墻壁后涌入最近的6#防護(hù)門,所以就會表現(xiàn)出6#防護(hù)門處有效風(fēng)量最大的規(guī)律。

2.2 橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速分析

不同工況下平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量隨隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的變化曲線,如圖5所示。

圖5 不同工況下平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處防煙 有效風(fēng)量隨隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的變化曲線Fig.5 Change curves of the effective air volume at each protective door of the parallel adit of tunnel with the air velocity of the main tunnel under different working conditions

由圖5可以看出:

1) 當(dāng)隧道口緊急救援站平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量由29.9 m3/s增大至61.9 m3/s時(shí),隨著隧道主洞的送風(fēng)風(fēng)速由1 m/s增大至8 m/s,橫通道2#至6#防護(hù)門處的防煙風(fēng)速呈減小趨勢;隨著隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的增大,橫通道各防護(hù)門(2#至6#防護(hù)門)距隧道主洞洞口的距離越遠(yuǎn),橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速減小的趨勢越大,僅橫通道1#防護(hù)門處防煙風(fēng)速呈增大的趨勢,這是因?yàn)楫?dāng)隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速較小時(shí),橫通道各防護(hù)門處的送風(fēng)風(fēng)速由于主要受平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)防煙風(fēng)速的影響,橫通道各防護(hù)門處距平導(dǎo)隧道洞口的距離越遠(yuǎn),防煙風(fēng)速越大,即橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速表現(xiàn)為6#防護(hù)門>5#防護(hù)門>4#防護(hù)門>3#防護(hù)門>2#防護(hù)門>1#防護(hù)門。

2) 隨著隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的增大,對平導(dǎo)隧道經(jīng)橫通道防護(hù)門分流至隧道主洞的風(fēng)流產(chǎn)生的抑制作用變大,且受橫通道位置的影響,距隧道主洞洞口的距離越近,橫通道防護(hù)門處受到的抑制作用越小,但當(dāng)隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速達(dá)到某臨界范圍時(shí),橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速基本保持一致,這是因?yàn)槠綄?dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)風(fēng)量越大,使得橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速基本保持一致的隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的臨界值越大,橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速越大;隨著隧道主洞平均風(fēng)速超過該臨界范圍并逐漸增大,此時(shí)橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速主要受隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的影響,且隨著橫通道各防護(hù)門距隧道主洞洞口的距離越近,防煙風(fēng)速越大,即橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速表現(xiàn)為1#防護(hù)門>2#防護(hù)門>3#防護(hù)門>4#防護(hù)門>5#防護(hù)門>6#防護(hù)門。

由上述分析可知,當(dāng)隧道口緊急救援站平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量分別為29.9、41.6、49.6、61.9 m3/s,隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速分別小于2、5、7、8 m/s時(shí),橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速均大于2 m/s。

2.3 隧道主洞洞口處防煙風(fēng)速分析

不同工況下隧道主洞洞口處防煙有效風(fēng)量隨隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的變化曲線,如圖6所示。

圖6 不同工況下隧道主洞洞口處防煙有效風(fēng)量隨隧道 主洞送風(fēng)風(fēng)速的變化曲線Fig.6 Change curves of the effective smoke-proof air volume at the entrance of the main tunnel with the air velocity of the main tunnel under different working conditions

由圖6可以看出:

1) 當(dāng)隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速由1 m/s增大至8 m/s,平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)集中送風(fēng)量由29.9 m3/s增大至61.9 m3/s時(shí),隧道主洞洞口處防煙有效風(fēng)量呈線性增長的趨勢,且隧道主洞洞口處防煙有效風(fēng)量大于隧道主洞送風(fēng)量,這是由于平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量經(jīng)橫通道分流后進(jìn)入隧道主洞,與隧道主洞送風(fēng)量疊加后在主洞洞口處形成防煙風(fēng)速;隨著隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的增大,平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)不同送風(fēng)量條件下隧道主洞洞口處防煙風(fēng)速的差距減小,這是由于隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速較小時(shí),平導(dǎo)隧道經(jīng)橫通道分流至隧道主洞的風(fēng)量對主洞洞口處形成的有效防煙風(fēng)速影響較大,隨著隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速增大,對平導(dǎo)隧道分流至隧道主洞風(fēng)量的抑制作用越大,導(dǎo)致隧道主洞洞口處防煙風(fēng)速主要受隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速的影響。

2) 受平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量與隧道主洞送風(fēng)量疊加的影響,當(dāng)隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速小于2 m/s或8 m/s時(shí),隧道主洞洞口處防煙風(fēng)速即可達(dá)到2 m/s或8 m/s。

不同隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速和平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量條件下隧道主洞洞口處防煙風(fēng)速分布,如圖7所示。

通過分析圖7可知:由于實(shí)際中隧道的壁面是有粗糙度的,而流體也有一定的黏性,所以造成緊靠隧道壁面處流體速度趨于0,由于流體黏性的作用,從隧道壁到隧道截面中心,流體速度將有一定的梯度變化(從0到最大值),當(dāng)靠近隧道截面中心時(shí)流體速度應(yīng)該達(dá)到最大值。因此,當(dāng)隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速達(dá)到7 m/s時(shí),隧道主洞洞口截面部分區(qū)域的防煙風(fēng)速超過8 m/s,將會影響人員疏散。

通過分析圖6和圖7可知:當(dāng)平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s至61.9 m3/s,隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2 m/s至6 m/s時(shí),隧道主洞洞口處平均防煙風(fēng)速滿足《規(guī)范》規(guī)定的最大及最小防煙風(fēng)速的要求。

2.4 隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)參數(shù)確定

基于有效防煙以及利于人員疏散的原則,隧道口緊急救援站隧道主洞和平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道防護(hù)門處最小防煙風(fēng)速不應(yīng)小于2 m/s,最大防煙風(fēng)速不宜大于8 m/s[2]。通過研究隧道口緊急救援站平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的臨界長度和隧道主洞內(nèi)不同送風(fēng)風(fēng)速(1～8 m/s)與平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)不同送風(fēng)量(29.9～61.9 m3/s)協(xié)同送風(fēng)工況,明確了隧道主洞洞口處和平導(dǎo)隧道內(nèi)橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速的變化規(guī)律,確定了同時(shí)滿足《規(guī)范》要求的隧道主洞洞口處和橫通道各防護(hù)門處防煙風(fēng)速的協(xié)同送風(fēng)方案如下:射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的距離為140 m,平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2 m/s時(shí),平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為41.6 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2～5 m/s時(shí),平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為49.6 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2～6 m/s時(shí),平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為61.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2～6 m/s時(shí)。

采用合理的協(xié)同送風(fēng)方案時(shí),隧道各處防煙風(fēng)速均滿足《規(guī)范》的要求,詳見表2。當(dāng)平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2 m/s時(shí)協(xié)同送風(fēng)方案的防煙效果,如圖8所示。

表2 隧道主洞與平導(dǎo)隧道合理的協(xié)同送風(fēng)參數(shù)匯總表

圖8 射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速 為2 m/s時(shí)的防煙效果圖Fig.8 Smoke control effect diagram of the jet fan with the supply air volume of 29.9 m3/s and the supply air velocity of the main tunnel of 2 m/s

由圖8可以看出:當(dāng)平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2 m/s時(shí),列車火災(zāi)煙氣均控制在隧道口緊急救援站明線段處向上蔓延,不會侵入隧道主洞,且隧道內(nèi)的溫度及能見度均維持不變,滿足溫度小于60 ℃、能見度大于10 m的隧道內(nèi)疏散環(huán)境控制指標(biāo)的要求。

此外,本文在確保防災(zāi)通風(fēng)方案安全有效的前提下,考慮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性,確定了隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)的最優(yōu)防煙通風(fēng)方案為:射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的距離為140 m、平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2 m/s。

3 結(jié) 論

本文以某隧道口緊急救援站為依托工程,提出了一種適用于隧道口緊急救援站的隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)方案,通過對隧道口緊急救援站平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道不同臨界長度(40～180 m)和隧道主洞內(nèi)不同送風(fēng)風(fēng)速(0～8 m/s)與平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)不同送風(fēng)量(29.9～61.9 m3/s)協(xié)同送風(fēng)工況進(jìn)行數(shù)值模擬研究,得到主要結(jié)論如下:

1) 橫通道各防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量之和與射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量呈正比關(guān)系,隨著距平導(dǎo)隧道洞口的距離由160 m減小至20 m,橫通道各防護(hù)門處防煙有效風(fēng)量之和與射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的比例由1.85增大至2.21。

2) 平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量大于或等于29.9 m3/s、射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的距離大于或等于140 m時(shí),6處疏散通道防護(hù)門處防煙風(fēng)速均滿足《規(guī)范》的要求。

3) 確定了隧道主洞與平導(dǎo)隧道協(xié)同送風(fēng)的最優(yōu)防煙通風(fēng)方案為:射流風(fēng)機(jī)距鄰近橫通道的距離為140 m、平導(dǎo)隧道內(nèi)射流風(fēng)機(jī)送風(fēng)量為29.9 m3/s、隧道主洞送風(fēng)風(fēng)速為2 m/s。