趙東平， 蔣 堯

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司科學(xué)技術(shù)研究院， 四川 成都 610031)

某鐵路隧道內(nèi)緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)方案及影響因素研究

趙東平， 蔣 堯

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司科學(xué)技術(shù)研究院， 四川 成都 610031)

為確定鐵路隧道內(nèi)緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)機(jī)合理的布置方案，分析相關(guān)因素對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響規(guī)律，合理簡(jiǎn)化防災(zāi)通風(fēng)計(jì)算，以某鐵路隧道內(nèi)緊急救援站工程為依托，利用SES程序建立防災(zāi)通風(fēng)計(jì)算模型，對(duì)風(fēng)機(jī)僅布置于正洞、橫通道及同時(shí)布置于正洞和橫通道內(nèi)3種方案進(jìn)行比選，并研究自然風(fēng)、火災(zāi)位置、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡等因素對(duì)救援站防災(zāi)通風(fēng)的單一及其綜合影響規(guī)律。結(jié)果表明： 對(duì)于左右分離式隧道內(nèi)緊急救援站，將風(fēng)機(jī)布置于救援站前后兩端的正洞內(nèi)時(shí)，滿足防災(zāi)通風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)數(shù)量最少，是較優(yōu)的布置方案； 各因素均會(huì)對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速產(chǎn)生影響，影響程度依次為自然風(fēng)、火災(zāi)位置、火災(zāi)規(guī)模、隧道縱坡； 同時(shí)考慮自然風(fēng)和火災(zāi)因素作用時(shí)，最不利工況下需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量約為不考慮其影響時(shí)的1.9倍。

鐵路隧道； 緊急救援站； 防災(zāi)通風(fēng)； 自然風(fēng)； 火災(zāi)規(guī)模； 火災(zāi)位置； 隧道縱坡

0 引言

截至2015年底，全國在建鐵路隧道3 784座，總長(zhǎng)8 692 km； 規(guī)劃鐵路隧道4 384座，總長(zhǎng)9 345 km； 運(yùn)營鐵路隧道1萬3 411座，總長(zhǎng)1萬3 038 km[1]。2015年新增開通運(yùn)營鐵路隧道1 316座，總長(zhǎng)2 160 km，其中10 km以上隧道18座，總長(zhǎng)245 km[1-2]。中國已經(jīng)成為隧道工程的超級(jí)大國，可以預(yù)見，未來中國鐵路隧道數(shù)量將會(huì)越來越多。隨著隧道向超長(zhǎng)、超深埋方向發(fā)展，長(zhǎng)大隧道的防災(zāi)救援問題也愈發(fā)突出。為此，2012年鐵道部發(fā)布了《鐵路隧道防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，并于2017年進(jìn)行了修編。根據(jù)該規(guī)范要求，長(zhǎng)度超過20 km的鐵路隧道應(yīng)設(shè)置緊急救援站，與救援站配套的通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)滿足通風(fēng)排煙及人員疏散的要求[3]。王立暖等[4]對(duì)長(zhǎng)大隧道內(nèi)設(shè)置緊急救援站的必要性及其規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)等問題進(jìn)行了研究； 安玉紅[5]通過研究明確了長(zhǎng)大鐵路隧道緊急救援站的設(shè)計(jì)原則； 王明年等[6]對(duì)救援站內(nèi)疏散設(shè)施的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了研究； 曾滿元等[7-8]對(duì)太行山隧道防災(zāi)通風(fēng)方案進(jìn)行了研究，得出可以取消排煙豎井的結(jié)論，并對(duì)圣哥達(dá)隧道的防災(zāi)通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行了分析； 丁祥[9]運(yùn)用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)青天寺隧道的防災(zāi)通風(fēng)方案進(jìn)行了研究，確定了較優(yōu)的通風(fēng)方案。綜上可知，以往的研究主要集中在救援站的布置原則、疏散工程的設(shè)計(jì)參數(shù)、防災(zāi)通風(fēng)排煙方案和人員疏散方案等方面，而鮮有對(duì)救援站防災(zāi)風(fēng)機(jī)布置原則和相關(guān)因素對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響規(guī)律等的報(bào)道。本文針對(duì)某鐵路隧道內(nèi)緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)機(jī)布置方案和相關(guān)因素(如自然風(fēng)、火災(zāi)位置、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡等)對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響等問題展開研究，明確防災(zāi)通風(fēng)計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮的影響因素，探尋簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，以期為類似條件下隧道內(nèi)緊急救援站的防災(zāi)通風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

某左右分修雙洞隧道起點(diǎn)里程為DK151+760，終點(diǎn)里程為DK180+186，全長(zhǎng)28.426 km。左右線隧道中心相距30 m，隧道斷面凈空為58 m2，周長(zhǎng)為29 m，隧道縱坡為+20‰的單面上坡。根據(jù)隧道防災(zāi)疏散救援工程的要求，于DK165+325～+875處采用加密橫通道的方式設(shè)置緊急救援站(見圖1)。救援站全長(zhǎng)550 m，由11座橫通道連接左右線隧道； 橫通道間距為50 m，斷面凈空為29 m2，周長(zhǎng)為20 m。橫通道兩端均安裝有防護(hù)門，防護(hù)門尺寸為3.4 m×2.0 m。

圖1 隧道內(nèi)緊急救援站平面布置示意圖

根據(jù)該隧道防災(zāi)救援疏散方案，隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，左右線隧道互為救援，即如果左線隧道內(nèi)列車發(fā)生火災(zāi)，被迫?？吭诰仍具M(jìn)行人員疏散時(shí)，開啟橫通道內(nèi)的防護(hù)門，列車上人員從左線隧道經(jīng)橫通道逃生至右線隧道； 開啟射流風(fēng)機(jī)向事故隧道送風(fēng)，并維持正向風(fēng)壓，同時(shí)保證橫通道內(nèi)防護(hù)門處的風(fēng)速不小于 2.0 m/s，防止煙氣進(jìn)入橫通道影響人員逃生。

2 防災(zāi)通風(fēng)方案研究

由于左右線隧道結(jié)構(gòu)相同，發(fā)生疏散救援時(shí)防災(zāi)通風(fēng)方案也一樣，故本文以左線隧道內(nèi)列車著火后?？吭诰仍緝?nèi)進(jìn)行疏散時(shí)的防災(zāi)通風(fēng)為例進(jìn)行研究。

2.1 擬定通風(fēng)方案

隧道火災(zāi)工況下，采用互為救援模式進(jìn)行人員疏散。根據(jù)風(fēng)機(jī)布置位置的不同，可分為以下3種方案。1)方案A。風(fēng)機(jī)布置于救援站前、后端的隧道正洞，如圖2(a)所示。2)方案B。左右線隧道正洞內(nèi)不設(shè)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)均勻布置于橫通道內(nèi)，如圖2(b)所示。3)方案C。在救援站的前、后端隧道正洞及救援站區(qū)間的橫通道內(nèi)均布置風(fēng)機(jī)，如圖2(c)所示。

(a) 方案A

(b) 方案B

(c) 方案C

2.2 SES程序簡(jiǎn)介

SES(subway environment simulation)軟件是由美國交通部開發(fā)的一維地鐵環(huán)境模擬軟件，能夠模擬各種工況下地鐵隧道內(nèi)空氣的流量、溫度、濕度分布情況，并在許多工程實(shí)例中得到了應(yīng)用。SES軟件利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論將通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為由節(jié)點(diǎn)、節(jié)、段、子段、風(fēng)機(jī)組成的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，采用一維非穩(wěn)態(tài)不可壓縮紊流模型對(duì)隧道中空氣的流動(dòng)進(jìn)行描述，其動(dòng)力學(xué)基本方程為伯努利方程。程序首先計(jì)算各分支的流量，然后計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的流量總和，找出流量最不平衡的節(jié)點(diǎn)，對(duì)其壓力進(jìn)行修正； 當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量和均小于1 m3/s時(shí)，計(jì)算結(jié)束，輸出計(jì)算結(jié)果[10]。

2.3 計(jì)算模型及參數(shù)

2.3.1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖

根據(jù)隧道和救援站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及防災(zāi)通風(fēng)方案，繪制通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，見圖3。

圖3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.3.2 基本計(jì)算參數(shù)

根據(jù)該隧道設(shè)計(jì)資料確定隧道正洞凈空面積為58 m2，救援站橫通道凈空面積為29 m2； 依據(jù)《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]確定各分支的沿程阻力系數(shù)。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算參數(shù)

空氣流過橫通道中的防護(hù)門時(shí)，可以用流體穿過管道中的孔口模型來描述。參考《SES User′s Manual》中提供的局部阻力系數(shù)表(見表2)，橫通道面積A2=29 m2，防護(hù)門面積A0=6.8 m2，則A0/A2=0.23； 利用內(nèi)插法可以求得C0=1.75。在SES中需要輸入對(duì)應(yīng)于管段動(dòng)壓的局部阻力系數(shù)C2，C2=C0/(A0/A2)2=1.75/0.232=33.08。

表2 管道內(nèi)孔口局部阻力系數(shù)

2.3.3 射流風(fēng)機(jī)參數(shù)

為方便計(jì)算和便于比較，通風(fēng)方案比選計(jì)算時(shí)統(tǒng)一采用SDS100T-4P-15型射流風(fēng)機(jī)，其主要性能參數(shù)見表3，射流損失系數(shù)取1.1。

表3 射流風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

2.4 救援站通風(fēng)方案比選

不同風(fēng)機(jī)布置方案下各防護(hù)門處的風(fēng)速計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知： 當(dāng)采用方案A時(shí)，右線隧道救援站前、后兩端正洞內(nèi)需要各開啟10臺(tái)風(fēng)機(jī)才能滿足各防護(hù)門處的風(fēng)速不小于2.0 m/s的要求； 當(dāng)采用方案B時(shí)，需要在每個(gè)橫通道內(nèi)開啟5臺(tái)風(fēng)機(jī)； 當(dāng)采用方案C時(shí)，有3種組合方式均能夠滿足最低風(fēng)速要求。組合1為右線隧道救援站前后端正洞內(nèi)各開啟8臺(tái)風(fēng)機(jī)+每個(gè)橫通道開啟1臺(tái)風(fēng)機(jī)。組合2為右線隧道救援站前后端正洞內(nèi)各開啟6臺(tái)風(fēng)機(jī)+每個(gè)橫通道開啟2臺(tái)風(fēng)機(jī)。組合3為右線隧道救援站前后端正洞內(nèi)各開啟4臺(tái)風(fēng)機(jī)+每個(gè)橫通道開啟3臺(tái)風(fēng)機(jī)。

表4 防護(hù)門處風(fēng)速計(jì)算結(jié)果

表4中的風(fēng)機(jī)數(shù)量為火災(zāi)工況下正洞及橫通道內(nèi)需要開啟的風(fēng)機(jī)數(shù)量。采用方案A時(shí)，隧道左右線正洞內(nèi)均需要安裝風(fēng)機(jī)，救援站前后兩端各需安裝10臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，共需40臺(tái)，風(fēng)機(jī)總功率600 kW； 采用方案B時(shí)，僅需在每個(gè)橫通道內(nèi)安裝5臺(tái)可逆射流風(fēng)機(jī)，共需55臺(tái)，風(fēng)機(jī)總功率825 kW； 采用方案C，左右線正洞每端各安裝8臺(tái)、每個(gè)橫通道內(nèi)安裝1臺(tái)時(shí)，需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量最少，為43臺(tái)，風(fēng)機(jī)總功率645 kW。因此，在不考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)和火災(zāi)因素影響的情況下，方案A需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量和風(fēng)機(jī)總功率最少，是較優(yōu)的風(fēng)機(jī)布置方案。

3 單一影響因素分析

從上文分析結(jié)果可知： 在不考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)和火災(zāi)因素影響的條件下，在左右線隧道救援站前后端各開啟10臺(tái)風(fēng)機(jī)就能夠滿足要求； 但自然風(fēng)和火災(zāi)因素會(huì)成為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)力或阻力，從而影響防護(hù)門處的風(fēng)速，因此，有必要分析自然風(fēng)、火災(zāi)位置、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡等因素對(duì)救援站防災(zāi)通風(fēng)效果的影響，進(jìn)而得出各因素的影響程度，為簡(jiǎn)化防災(zāi)通風(fēng)計(jì)算提供參考。計(jì)算時(shí)救援站防災(zāi)風(fēng)機(jī)采用方案A布置，右線隧道內(nèi)救援站前后端均開啟10臺(tái)風(fēng)機(jī)向救援站送風(fēng)，隧道進(jìn)出口為壓力邊界條件。

3.1 隧道內(nèi)自然風(fēng)的影響

由于隧道周圍環(huán)境復(fù)雜多變，所以隧道內(nèi)的自然風(fēng)也不穩(wěn)定，一般需要在隧址區(qū)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)采集氣象數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)隧道內(nèi)的自然風(fēng)情況?！惰F路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定： 當(dāng)缺乏資料時(shí)，單線隧道內(nèi)自然風(fēng)風(fēng)速可按1.5 m/s計(jì)算，雙線隧道可按2.0 m/s計(jì)算[11]。該隧道左右線均為單線隧道，故隧道內(nèi)自然風(fēng)風(fēng)速按1.5 m/s考慮； 因?yàn)樽匀伙L(fēng)方向不同時(shí)，其在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的作用也不同， 因此需要考慮不同方向的自然風(fēng)對(duì)通風(fēng)的影響。假設(shè)自然風(fēng)方向向右為正、向左為負(fù)，左右線隧道內(nèi)的自然風(fēng)方向相同。

在不考慮火災(zāi)的情況下，分別計(jì)算當(dāng)自然風(fēng)速分別為+1.5、0、-1.5 m/s時(shí)防護(hù)門處的風(fēng)速，計(jì)算結(jié)果見圖4。從圖4可以看出： 當(dāng)無自然風(fēng)時(shí)，各防護(hù)門處風(fēng)速均大于2.0 m/s； 當(dāng)自然風(fēng)速為±1.5 m/s時(shí)，防護(hù)門處風(fēng)速均小于2.0 m/s，說明隧道內(nèi)自然風(fēng)對(duì)防災(zāi)通風(fēng)有不利影響，在有自然風(fēng)影響時(shí)需要開啟更多數(shù)量的風(fēng)機(jī)才能滿足防護(hù)門處最小風(fēng)速的要求。以1#防護(hù)門處的風(fēng)速為例，當(dāng)隧道內(nèi)自然風(fēng)為+1.5 m/s時(shí)，該防護(hù)門處風(fēng)速由2.16 m/s減小至0.84 m/s，變化幅度為61.11%。不同自然風(fēng)工況時(shí)，各防護(hù)門處風(fēng)速最大變化幅度的平均值為61.20%。

圖4 隧道內(nèi)自然風(fēng)對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速的影響

Fig. 4 Wind speeds at protection doors under different natural wind speeds

3.2 最不利火源位置

火源位于不同位置時(shí)，火災(zāi)在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的作用不同。著火列車?？吭诰仍緝?nèi)后，火源(即著火車廂)可能位于救援站內(nèi)的任意位置。為了研究火源位置對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響，選取圖5所示的5個(gè)位置進(jìn)行分析。

圖5 火源位置工況示意

計(jì)算不同火源位置各防護(hù)門處的風(fēng)速時(shí)，左右線隧道縱坡均取+20‰。參考文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[12]，火災(zāi)熱釋放率取15 MW，不考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)的影響，計(jì)算結(jié)果見圖6?？梢钥闯觯?與不考慮火災(zāi)影響的工況相比，火災(zāi)對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速有較大影響。火源位置不同，火災(zāi)對(duì)風(fēng)速的影響不同。當(dāng)火源位于位置3時(shí)，11#防護(hù)門處的風(fēng)速最低，說明在該計(jì)算條件下，位置3是最不利火源位置，對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響最大。以11#防護(hù)門處的風(fēng)速為例，與無火源工況相比，當(dāng)火源處于位置3時(shí)，該防護(hù)門處風(fēng)速由2.15 m/s減小至1.14 m/s，最大變化幅度為46.98%。不同火源位置工況對(duì)各防護(hù)門處風(fēng)速影響最大值的平均值為26.33%。

圖6 火源位置對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速的影響

Fig. 6 Wind speeds at protection doors under different fire locations

3.3 火災(zāi)規(guī)模的影響

火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓會(huì)隨著火災(zāi)規(guī)模的增大而增大[13]，火災(zāi)規(guī)模不同時(shí)，火災(zāi)對(duì)防災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)的影響程度不一樣。TB 10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定： 火災(zāi)規(guī)模應(yīng)按線路運(yùn)行的列車類型確定，普通旅客列車可采用20 MW，動(dòng)車組可采用15 MW[3]。參考此規(guī)范的規(guī)定，選取4種火災(zāi)規(guī)模進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)選取火源位于位置1、隧道縱坡 為+20‰的單面上坡、隧道內(nèi)自然風(fēng)速為0 m/s，計(jì)算結(jié)果見圖7。可以看出： 隨著火災(zāi)規(guī)模的增大，火災(zāi)對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的影響逐漸增強(qiáng)。與不考慮火災(zāi)規(guī)模的情況相比，當(dāng)火源處于位置1時(shí)，隨著火災(zāi)規(guī)模增大，1#防護(hù)門處的風(fēng)速增大，而2#—11#防護(hù)門處的風(fēng)速則逐漸減小。以2#防護(hù)門處的風(fēng)速為例，與不考慮火災(zāi)影響的情況相比，當(dāng)考慮火災(zāi)規(guī)模時(shí)，該防護(hù)門處風(fēng)速由2.16 m/s減小至1.56 m/s，變化幅度為27.78%。不同火災(zāi)規(guī)模工況時(shí)各防護(hù)門處風(fēng)速最大變化幅度的平均值為23.49%。

圖7 火災(zāi)規(guī)模對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速的影響

3.4 隧道縱坡的影響

相關(guān)研究表明，隧道縱坡對(duì)火風(fēng)壓有很大的影響[14]，因此隧道縱坡對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生間接影響。參考《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，鐵路線路的縱坡一般不能超過20‰，特別困難情況下不能超過30‰[15]。按一般情況考慮，計(jì)算隧道縱坡從0變化至20‰時(shí)防護(hù)門處風(fēng)速的變化情況。計(jì)算時(shí)選取自然風(fēng)速為0 m/s、火源位于位置1、火災(zāi)規(guī)模為15 MW，計(jì)算結(jié)果見圖8?？梢钥闯觯?隨著縱坡的增大，2#—11#防護(hù)門處的風(fēng)速逐漸降低，火災(zāi)對(duì)通風(fēng)的影響程度逐漸增強(qiáng)。當(dāng)縱坡超過+10‰時(shí)，2#—11#防護(hù)門處的風(fēng)速均小于2.0 m/s。以2#防護(hù)門處的風(fēng)速為例，當(dāng)隧道縱坡從0變化 到+20‰時(shí)，該防護(hù)門處風(fēng)速由2.09 m/s減小至1.56 m/s，變化幅度為25.4%。不同隧道縱坡工況時(shí)各防護(hù)門處風(fēng)速最大變化幅度的平均值為15.87%。

圖8 隧道縱坡對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速的影響

Fig. 8 Wind speeds at protection doors under different tunnel longitudinal slopes

4 綜合影響因素分析

從上文單一影響因素分析結(jié)果可知，隧道內(nèi)自然風(fēng)、火災(zāi)位置、火災(zāi)規(guī)模和隧道縱坡對(duì)防災(zāi)通風(fēng)均有一定程度的影響。這些因素綜合作用時(shí)對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響則更為復(fù)雜。

本節(jié)將分析不同自然風(fēng)和火災(zāi)位置共同作用時(shí)，最不利情況下需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量。計(jì)算時(shí)風(fēng)機(jī)采用方案A布置，自然風(fēng)速分別取+1.5、0、-1.5 m/s，火源分別位于位置1、位置2、位置3、位置4及位置5，火災(zāi)規(guī)模為15 MW，隧道縱坡為+20‰，隧道進(jìn)出口均設(shè)置為壓力邊界條件，計(jì)算結(jié)果見表5?？梢钥闯觯?當(dāng)同時(shí)考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)、火災(zāi)規(guī)模、隧道縱坡及最不利火源位置時(shí)，通風(fēng)最不利工況為自然風(fēng)為+1.5 m/s時(shí)，火源位于位置1，此時(shí)右線隧道救援站前、后兩端各需要安裝19臺(tái)射流風(fēng)機(jī)才能夠滿足防災(zāi)通風(fēng)的要求； 而不考慮自然風(fēng)和火災(zāi)作用時(shí)僅需要10臺(tái)風(fēng)機(jī)。由此可見，隧道內(nèi)自然風(fēng)、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡等因素同時(shí)考慮時(shí)，風(fēng)機(jī)配置數(shù)量會(huì)有較大變化。在不考慮安全余量的情況下，該隧道防災(zāi)通風(fēng)共需要安裝76臺(tái)SDS100T-4P-15型射流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)總功率為1 140 kW。

表5 同時(shí)考慮各影響因素時(shí)風(fēng)機(jī)配置計(jì)算結(jié)果

Table 5 Calculation results of jet fans under combined action of natural wind and fire location

自然風(fēng)速/(m/s)最不利火源位置風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)/開啟臺(tái)數(shù)防護(hù)門處最小風(fēng)速及位置風(fēng)速/(m/s)位置+1.5位置176/382.092#0位置368/342.0411#-1.5位置372/362.009#

5 結(jié)論與建議

1)對(duì)于左右分離式隧道內(nèi)的互為救援型緊急救援站，當(dāng)防災(zāi)通風(fēng)機(jī)布置于救援站前后兩端的隧道內(nèi)時(shí)，滿足防災(zāi)通風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)數(shù)量最少，建議類似緊急救援站的防災(zāi)風(fēng)機(jī)采用此方案布置。

2)隧道內(nèi)自然風(fēng)、火災(zāi)位置、火災(zāi)規(guī)模、隧道縱坡均會(huì)對(duì)防護(hù)門處的風(fēng)速產(chǎn)生影響，影響程度依次降低，建議在可研階段以前的隧道防災(zāi)通風(fēng)方案概略比選時(shí)暫時(shí)忽略隧道縱坡的影響。

3)綜合影響因素分析表明，當(dāng)考慮自然風(fēng)和火災(zāi)因素共同作用時(shí)，最不利工況下需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量約為不考慮其影響時(shí)的1.9倍。在緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)計(jì)算時(shí)，建議考慮上述因素共同作用的影響，來確定滿足最不利工況通風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)配置數(shù)量。

[1] 洪開榮. 我國隧道及地下工程近兩年的發(fā)展與展望[J]. 隧道建設(shè), 2017, 37(2): 123. HONG Kairong. Development and prospects of tunnels and underground works in China in recent two years [J]. Tunnel Construction, 2017, 37(2): 123.

[2] 趙勇, 田四明, 孫毅. 中國高速鐵路隧道的發(fā)展及規(guī)劃[J]. 隧道建設(shè), 2017, 37(1): 11. ZHAO Yong, TIAN Siming, SUN Yi. Development and planning of high-speed railway tunnels in China [J]. Tunnel Construction, 2017, 37(1): 11.

[3] 鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范： TB 10020—2017[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2017. Code for design on rescue engineering for disaster prevention and evacuation of railway tunnel：TB 10020—2017 [S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2017.

[4] 王立暖, 馬志富, 楊貴生. 鐵路隧道防災(zāi)救援技術(shù)研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 2007(增刊1): 50. WANG Linuan, MA Zhifu, YANG Guisheng. Research on rescue technology for disaster prevention in railway tunnels [J]. Railway Standard Design, 2007 (S1): 50.

[5] 安玉紅. 鐵路隧道防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)研究[J]. 石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013(增刊2): 99. AN Yuhong. Study of design of railway tunnel disaster prevention and rescue works[J]. Journal of Shijiazhuang Tiedao University(Natural Science Edition), 2013(S2): 99.

[6] 王明年, 李琦, 于麗. 長(zhǎng)大鐵路隧道緊急救援站疏散設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)研究[J]. 隧道建設(shè), 2017, 37(3): 285. WANG Mingnian, LI Qi, YU Li. Study of design parameters of evacuation facility of emergency rescue stations in long railway tunnel[J]. Tunnel Construction, 2017, 37(3): 285.

[7] 曾滿元, 趙海東, 王明年. 太行山特長(zhǎng)隧道防災(zāi)通風(fēng)方案探討[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2009, 46(5): 6. ZENG Manyuan, ZHAO Haidong, WANG Mingnian. Discussion on disaster prevention ventilation scheme of Taihangshan Long Tunnel [J]. Modern Tunnelling Technology, 2009, 46 (5): 6.

[8] 曾滿元, 趙海東. 瑞士圣哥達(dá)山底隧道的通風(fēng)防災(zāi)技術(shù)[J]. 高速鐵路技術(shù), 2010, 1(3): 42. ZENG Manyuan, ZHAO Haidong. Ventilation and disaster prevention technology of Swiss St. Gotthard Base Tunnel [J]. High Speed Railway Technology, 2010, 1(3): 42.

[9] 丁祥. 青天寺特長(zhǎng)隧道防災(zāi)通風(fēng)方案研究[J].鐵道建筑技術(shù), 2012(1): 25. DING Xiang. Study of disaster prevention scheme of Qingtiansi Extra-long Tunnel [J]. Railway Construction Technology, 2012(1): 25.

[10] 樊莉. 地鐵熱環(huán)境模擬軟件SES與STESS的比較研究[D]. 北京: 北京工業(yè)大學(xué), 2015. FAN Li. Comparison of software SES and STESS for subway thermal environment [D]. Beijing: Beijing University of Technology, 2015.

[11] 鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范： TB 10068—2010[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2010. Code for design on operating ventilation of railway tunnel: TB 10068—2010 [S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2010.

[12] 趙東平, 王峰, 余顏麗, 等. 鐵路隧道火災(zāi)事故及其規(guī)模研究綜述[J]. 隧道建設(shè), 2015, 35(3): 227. ZHAO Dongping, WANG Feng, YU Yanli, et al. A review of fire accidents in railway tunnels and study of their scale [J]. Tunnel Construction, 2015, 35(3): 227.

[13] 張廷彪, 張祉道. 關(guān)于隧道火災(zāi)時(shí)火風(fēng)壓計(jì)算方法的討論[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2010, 47(1): 17. ZHANG Tingbiao, ZHANG Zhidao. Discussion about the computation method for the fire-caused wind pressure during a tunnel fire [J]. Modern Tunnelling Technology, 2010, 47(1): 17.

[14] 閆治國, 朱合華, 楊其新. 火災(zāi)時(shí)隧道火風(fēng)壓及其對(duì)通風(fēng)影響的試驗(yàn)研究[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, 34(12): 1592. YAN Zhiguo, ZHU Hehua, YANG Qixin．Experimental study of fire pressure and its impact on tunnel ventilation [J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2006, 34(12): 1592.

[15] 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范： TB 10621—2014[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2014. Code for design of high speed railway： TB 10621—2014[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2014.

Study of Fire Ventilation Scheme of Emergency Rescue Station in A Railway Tunnel and Its Influencing Factors Analysis

ZHAO Dongping, JIANG Yao

(ResearchInstituteofScienceandTechnology,ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.,Ltd.,Chengdu610031,Sichuan,China)

An emergency rescue station in a railway tunnel is taken as an example to study the layout scheme of jet fans, analyze the influencing factors and rationally simplify fire ventilation calculation. The fire ventilation calculation model is established by software subway environment simulation (SES); and then three fire ventilation schemes, i. e. jet fans in tunnels, those in cross passages and those in tunnels and cross passages, are compared and selected; finally, the influencing rules of natural wind, fire location, fire scale and tunnel longitudinal slope on fire ventilation are studied respectively and comprehensively. The study results show that: 1) For separated tunnels, the jet fans arranged in main tunnels in front and at end of rescue station is the best choice for minimum fan needed. 2) All the above-mentioned factors have influence on wind speed at protection door; and the influencing degree of the natural wind is the largest, followed by fire location, fire scale and tunnel longitudinal slope. 3) The number of fans needed under the most unfavourable conditions of natural wind and fire conditions is 1.9 times that without consideration of influencing factor.

railway tunnel; emergency rescue station; fire ventilation; natural wind; fire scale; fire location; tunnel longitudinal slope

2017-04-24;

2017-07-11

中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司科研基金資助項(xiàng)目(KYY2016065)

趙東平(1979—)，男，黑龍江嫩江人，2008年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，橋梁與隧道工程專業(yè)，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事隧道及地下工程結(jié)構(gòu)、隧道結(jié)構(gòu)可靠度及隧道通風(fēng)防災(zāi)等方面的設(shè)計(jì)及研究工作。E-mail： 704215958@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.08.006

U 453.5

A

1672-741X(2017)08-0952-06