在横通道设置过程中,横通道的高度、宽度、数量及其间距的设定都有着严格的要求。横通道的尺寸直接影响着人员疏散的结果,横通道宽度和数量较少时,入口的堵塞情况相对严重,通道内人员通过率低,会严重影响人员疏散过程。在资料调研中,我们发现对横通道的高度作一定的规定,能使之达到人员疏散的高效化。
5.4.3.1 横通道高度
隧道内烟气流动方向与烟气进入横通道的方向垂直,隧道内的烟气主要通过热压进入横通道,动压对烟气进入横通道贡献不大。而横通道内的送风气流则依靠动压来抑制烟气的进入。由于热压沿高度方向逐渐增大,最有可能进入横通道的烟气位于门高度附近。根据热压与动压相等得出:
式中:CCv——横通道临界风速,m/s;
k——与火灾热释放速率和纵向通风速度及隧道几何尺寸 相关的参数;
g——重力加速度,m/s2;
Hd——横通道高度,m。
由上式可看出,横通道高度是影响其临界风速的重要参数,高度增加所需要的对应的临界风速必然增加,而门宽对横通道临界风速几乎没有影响。因此救援站横通道高度应遵循在满足规范的前提下尽量小的原则设置。而且隧道与横通道的高度差具有挡烟梁的作用,因此适当增大救援站内隧道高度有利于横通道内环境控制。
5.4.3.2 横通道防护门宽度
救援站横通道是连接着火隧道和安全区域的通道,横通道内防护门宽度直接影响横通道人员疏散能力。从人员疏散角度考虑,横通道防护门越宽,越有利于人员疏散;但从防止高温烟气进入横通道角度考虑,横通道防护门越宽,通风量越大,且工程造价也越高。
横通道防护门宽度不能完全用于人员通行,有效宽度比实际宽度窄0.3~0.4 m。若车厢内的人数为p(人),单位出口宽度、单位时间通过的人数为r[人/(m·s)),出口宽度为w(m),出口数为n,则人员全部通过所必需的时间为:
式中:r为1.2~1.5人/(m·s)。
若出口宽度为2 m,出口数为4,待疏散人数为667(CRH380B满载并超员20%),由式(5-4)可算出必需的疏散时间为79~116 s。对于救援站横通道而言,横通道疏散能力需大于16人/s,即:
r取1.2人/(m·s),则能够使人员不产生阻塞的横通道数量与宽度的关系为:
横通道间距取50 m,则横通道数量为11个,根据上式得出横通道防护门宽度至少为1.51 m,防护门宽度最小取1.5 m。《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB 10020—2017)规定,紧急救援站的横通道与隧道连接处应设防护门,防护门宽度不应小于1.7 m。平安隧道救援站横通道宽度为4.0 m,其防护门宽度最大为4.0 m。因此,本章选用1.5 m、1.7 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m及4.0 m对防护门宽度影响人员安全疏散进行研究。
由图5-5及表5-5可知,人员疏散总时间随着防护门宽度的增加而逐渐递减,防护门宽度小于1.7 m时,防护门宽度增加,人员疏散时间显著减小;防护门宽度在1.7~2.5 m时,人员疏散总时间基本达到稳定,不随防护门宽度的增加而减少;防护门宽度大于2.5 m时,人员疏散总时间再次出现递减趋势;防护门宽度为4.0 m时,人员疏散总时间达到最小,为120 s。(www.xing528.com)
图5-5 不同防护门宽度人员疏散时间
表5-5 防护门宽度对疏散的影响
站台疏散时间随着防护门宽度增加逐渐减小,防护门宽度较小时,疏散人群在横通道入口极易产生人群阻塞状态,横通道疏散能力不足,显著影响人员安全疏散总时间。车厢疏散时间在防护门宽度到达2.0 m后,随着防护门宽度增加而逐渐减小,防护门宽度小于2.0 m时,横通道入口存在阻塞现象,疏散人员疏散至车厢外后难以直接进入横通道进行进一步安全疏散,因此其车厢疏散时间较大。
因此,为最大限度保证人员安全疏散,防护门宽度不应小于1.7 m,在条件允许范围内,应尽量增大防护门宽度,增强横通道疏散能力,减少必需安全疏散时间,保证人员安全疏散。
5.4.3.3 横通道间距
在横通道总疏散能力可以保证人员在入口不产生阻塞的前提下,总疏散时间的长短由横通道间距决定。人员下车后考虑最不利情况为走过两个横通道间长度的距离。
式中:T——人员疏散时间,s;
L——横通道间距,m。
由于人员疏散时间必须小于360 s,因此横通道间距必须小于93.60 m。实际情况中,列车发生火灾后,车厢内人员便向着火点两边疏散,相邻几节车厢人数增多,加之相邻车厢内旅客不能及时明确逃生转移方向,必然发生拥堵。综合考虑隧道的建设成本以及隧道内火灾的复杂因素,建议一般特长铁路隧道救援站内横通道的间距取40~60 m[42]。
规范规定救援长度以550 m为宜,因此,本章研究以救援站长度为550 m。救援站长度确定了,横通道的间距及个数也相应确定。在保持救援站长度不变的前提下,横通道间距的增加意味着横通道个数的减少,因此,本章以横通道间距为45 m、50 m及55 m,对应横通道个数分别为12个、11个及10个研究横通道间距对于人员安全疏散的具体影响。其计算结果如表5-6所示。
表5-6 横通道间距对疏散的影响
横通道间距主要通过可利用横通道个数来影响人员安全疏散。横通道间距为45 m时,可用横通道为6个;横通道间距为50 m和55 m时,可用横通道为4个。横通道间距的利用情况直接影响人员安全疏散的过程,横通道间距足够小时,人员经过车厢疏散直接进入横通道,可避免在进入横通道时在疏散站台产生对人员安全疏散不利的现象,最大限度地减少对人员安全疏散的影响。
从表5-6可知,横通道间距大于45 m时,横通道防护门宽度等其他因素保持不变,人员疏散总时间随着横通道间距增大而增加。横通道间距过大,人员经过车厢疏散至站台,难以在较短时间内找到横通道入口,从而造成疏散过程的阻滞,影响整个疏散过程。
横通道间距为40 m时,其人员疏散时间为116 s,大于横通道间距为45 m时的人员疏散时间,说明在横通道间距过小时,其容易造成出口前人群阻塞,不利于人员的安全疏散,其横通道间距与人员安全疏散时间并不是简单的负相关关系。在所研究的横通道间距中,横通道间距为45 m时,人员疏散总时间为115.0 s,为最有利疏散工况。
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