上海越江隧道工程排烟工况创新实践

1.计算工况(表4.1)

表4.1　计算工况

参考上海长江隧道，计算时考虑打开火源附近的3个排烟口。综合考虑排烟口与火源的位置及排烟口形状，设计图4.1所示工况，详细工况如表4.2所列。

图4.1　排烟口形状示意图

表4.2　重点排烟详细工况

(续表)

此外，本章还考虑以下几个重要影响因素：

(1)在相同排烟条件下，火灾规模对排烟效果的影响。

(2)在相同火灾规模下，火源与排烟口的相对位置对排烟效果的影响。

(3)在相同的火灾规模和火源与排烟口相对位置的情况下，排烟口间距对排烟效果的影响。

(4)在同等条件下，开启排烟口数量对排烟效果的影响。

(5)在其他情况相同时，排烟口自身形状变化对排烟效果的影响。

2.计算结果及分析

(1)火灾规模对排烟效果的影响。

为研究火灾规模对排烟效果的影响，本章选取了火灾规模为5 MW 的工况11和火灾规模为50 MW 的工况1在其他条件相同的情况下进行排烟效果对比，如图4.2、图4.3所示。

(2)火源与排烟口的相对位置对排烟效果的影响。

为研究隧道内温度随时间的变化规律，在火灾规模为20 MW 时选取距离火源±10 m，±30 m和±50 m 的位置进行对比分析，正号代表该点位于火源上游，负号代表该点位于火源下游。工况6和工况7在距离火源不同位置的温度随时间变化的曲线分别如图4.4、图4.5所示。

开启的排烟口在火源下游将使得烟气主要向火源下游蔓延。火灾规划为20 MW 时，在火源下游10 m 处的温度较高，火灾发生240 s之后，温度迅速上升，大约在360 s时超过允许值353 K，在480 s达到410 K，之后基本保持稳定，但火源上游的温度较低，模拟时间范围内均低于允许值。火灾规模为20 MW 时，距离火源10 m 处的温度比距离火源50 m 处的温度值高10 ℃。火源位于中间的排烟口和靠近下游的排烟口之间时，火灾规模为20 MW 时，在火源上游10 m 处的温度在360 s至480 s时有下降的趋势，但变化幅度很小，仅下降3℃。

图4.2　工况11的2 m 高度处温度分布

图4.3　工况1的2 m 高度处温度分布

图4.4　火灾规模为20 MW 时工况6距火源±10 m，±30 m 和±50 m 位置的温度变化

图4.5　火灾规模为20 MW 时工况7距火源±10 m，±30 m 和±50 m 位置的温度变化

(3)排烟口间距对排烟效果的影响。

为了研究排烟口间距对排烟效果的影响，本章选取了火灾规模为20 MW 的工况9、工况10和火灾规模为50 MW 的工况4、工况5进行比较(图4.6—图4.10)，这两种工况都只开启了两个排烟口，火源的位置都位于两个排烟口中间，唯一不同的是工况4、工况9两个排烟口之间的距离是50 m，而工况5、工况10两个排烟口之间的距离是100 m。其中，图4.8为火灾规模为20 MW 时，工况9与工况10在火灾发展900 s时的温度分布图。

由以上可以看出，在中型火灾规模下(20 MW)，排烟口相距50 m 和排烟口相距100 m的排烟效果没有太大差异，都能满足隧道火灾逃生的条件。在火灾规模较大时(50 MW)，虽然排烟效果也没有太大差异，但是在火灾发展到900 s时，隧道内火源周围的能见度以及上、下游100 m 范围内车道2 m 上方能见度已经非常低，不能满足逃生条件。

(4)开启排烟口数量对排烟效果的影响。

火灾规模较小时，排烟口的开启数量对排烟效果的影响不明显。为研究同等条件下，开启排烟口数量对排烟效果的影响，对火灾规模为50 MW 的工况2、工况5 及火灾规模为20 MW的工况7、工况10进行对比(图4.11—图4.14)。其中，工况10开启两个排烟口，两个排烟口之间相距100 m；工况7开启3个排烟口，每个排烟口相距50 m。两种工况的火源均位于两个外围排烟口的中间位置。

图4.6　工况9的2 m 高度处温度分布

(www.xing528.com)

图4.7　工况10的2 m 高度处温度分布

图4.8　火灾规模为20 MW，火灾发展900 s时隧道中温度分布图

图4.9　工况4的2 m 高度处温度分布

图4.10　工况5的2 m 高度处温度分布

图4.11　火灾规模为20 MW 时，工况10与工况7(上、下)在火灾发展900 s时CO 浓度分布图

图4.12　火灾规模为50 MW 时，工况5与工况2(上、下)在火灾发展900 s时CO 浓度分布图

图4.13　工况2的2 m 高度处温度分布

图4.14　工况5的2 m 高度处温度分布

由以上对比可以看出，在中型火灾规模(20 MW)下，两个排烟口与一个排烟口的排烟效果差别不明显，两个排烟口的排烟效果稍微差一些，但在火灾发展至900 s时两种排烟工况的温度能满足隧道火灾逃生条件。在火灾规模加大之后(50 MW)，工况2 在火灾发展至900 s时虽然温度和CO 浓度都能达标，但是隧道中近火源处的能见度非常低，不能满足隧道火灾逃生条件；相对而言，工况5在温度、CO 浓度等方面都能满足要求。

(5)排烟口自身形状变化对排烟效果的影响。

排烟口为长方形，将排烟口的长边垂直于隧道纵向轴线排布，方便施工且节约成本。为了研究排烟口自身形状变化对排烟效果的影响，本章取火灾规模为20 MW 的工况7与工况19(图4.15，图4.16)，以及火灾规模为50 MW 的工况9与工况21(图4.17，图4.18)进行对比。

图4.19为火灾规模为20 MW 时工况7与工况19在900 s时温度的分布云图。图4.20为火灾规模为50 MW 时工况9与工况21在900 s时温度的分布云图。

由以上对比可以看出，在火灾规模为20 MW 和50 MW 时，垂直排烟口与水平排烟口的排烟效果区别不大，甚至在50 MW 的时候，垂直排烟口的排烟效率略高一点。

图4.15　工况7的2 m 高度处温度分布

图4.16　工况19的2 m 高度处温度分布

图4.17　工况9的2 m 高度处温度分布

图4.18　工况21的2 m 高度处温度分布

图4.19　火灾规模为20 MW 时工况7与工况19(上、下)在900 s时温度分布图

图4.20　火灾规模为50 MW 时工况2与工况16(上、下)在900 s时温度分布图

3.小结

(1)火灾规模较小时(5 MW，20 MW)，隧道纵断面上各点受火灾影响变化不明显；而火灾规模较大时(50 MW)，隧道纵断面上各点与正常运营情况下各点的参数有着很大的区别。此外，排烟口对称布置情况下，火源处于上、下游的排烟效果相同，单向排烟情况下，排烟口方向的排烟效果较差。

(2)火灾规模不大时(5 MW，20 MW)排烟口间距对排烟效果影响不大，都能满足隧道火灾逃生的条件。但火灾规模较大时(50 MW)，排烟口间距较大(100 m)的隧道不能满足逃生条件。

(3)火灾规模不大时(5 MW，20 MW)，开启1个或2个排烟口对排烟效果影响不大，都能满足隧道火灾逃生的条件。但火灾规模较大时(50 MW)，只开启1个排烟口的隧道不能满足逃生条件。

(4)火灾规模不大时(5 MW，20 MW)，垂直和水平排烟口对排烟效果影响不大；但火灾规模较大时(50 MW)，垂直排烟口的效率优于水平排烟口。