虹梅南路越江隧道工程非正常排烟工况创新与实践

时间：2023-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：表4.4隧道内温度、能见度和CO 浓度的允许值注：LEC为消光系数。CO浓度、消光系数的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。表4.5纵向排烟计算结果汇总注：1.B点和C点分别位于火源上游10 m，25 m 和50 m。

1.计算工况

本节重点研究排烟失效，启动纵向排烟时，隧道内温度场、烟气流动、有毒气体浓度分布特性及隧道内能见度等。为了研究在相同火灾规模的情况下，纵向风速对烟气流动的控制效果，以及相同风速下，火灾规模对排烟效果的影响，将三种火灾规模(5 MW，20 MW，50 MW)与三种纵向风速(1.0 m/s，2.5 m/s，3.0 m/s)组合成9种模拟工况，见表4.3。模拟计算每30 s保存一次数据。

表4.3　计算工况表

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2.计算结果及分析

参考世界道路协会(PIARC)关于火灾时隧道内温度、能见度和CO 浓度的允许值，并与距离车道面2 m 高度的计算结果进行比较，对隧道内疏散救援环境进行评价。表4.4为世界道路协会提供的评价指标的允许值。

表4.4　隧道内温度、能见度和CO 浓度的允许值

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注：LEC为消光系数。

经过计算分析，选取火源上游三个位置(A 点、B 点和C 点)来评价上游的逃生疏散环境，A 点、B点和C点分别位于火源上游10 m，25 m 和50 m，它们距离模型入口的位置分别是90 m，75 m 和50 m。

工况1分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终低于30℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)最大值为0.5，低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较小规模的火灾(5 MW)，比较低的纵向风速即可控制烟气不向上游蔓延。

工况2分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在20℃附近，温度上升不明显。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较小规模的火灾(5 MW)，纵向风速提高，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。

工况3分析：与工况2相似，火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在20℃附近，温度上升不明显。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较小规模的火灾(5 MW)，较大的纵向风速，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。

工况4分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，但远离火源50 m 的范围内，温度均达到318 K(45℃)。当人处于温度超过318 K 的环境中，便会出现疼痛，皮肤和呼吸系统受到热损伤，出现一度烧伤。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L。消光系数(LEC)在300 s时已超过0.8，能见度始终不能满足大于10 m 的要求。对于中等规模的火灾(20 MW)，比较低的纵向风速(1 m/s)不能保证上游的疏散救援环境。

工况5分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终低于30℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)均低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于中等规模的火灾(20 MW)，纵向风速提高(2.5 m/s)，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。

工况6分析：与工况5相似，火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在300 K 附近，温度上升不高。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于中等规模的火灾(20 MW)，较大的纵向风速(3 m/s)，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。

工况7分析：火源上游，2 m 纵截面上与火源相距75 m 的范围内，温度大于80℃，靠近火源区域的温度均大于100℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)在240 s时已经超过0.8，即不能满足能见度大于10 m 的要求。对于较大规模的火灾(50 MW)，比较低的纵向风速不能控制烟气向下游蔓延。

工况8分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终上升约20℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)均低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较大规模的火灾(50 MW)，纵向风速提高(2.5 m/s)，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。

工况9分析：与工况8相似，火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在300 K 附近，温度上升不高。CO浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较大规模的火灾(50 MW)，较大的纵向风速(3 m/s)使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。

纵向排烟计算结果汇总如表4.5所列。

表4.5　纵向排烟计算结果汇总

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注：1.B点和C点分别位于火源上游10 m，25 m 和50 m。
2.T 表示温度指标，CO 表示CO 浓度指标，LEC表示消光系数指标。
3.“√”表示评价指标在整个900 s的模拟计算过程中，都能够满足逃生疏散要求。
4.对于不满足要求的指标，给出了超过允许值的时间点。(www.xing528.com)

对于小规模的火灾(5 MW)，1 m/s的纵向风度即能保证上游的疏散救援环境，各个评价指标都小于规定的允许值；但是对于中等规模(20 MW)和较大规模的火灾(50 MW)，1 m/s的纵向风速无法控制烟气向下游流动，烟气回流严重，导致上游疏散救援环境无法满足要求，特别是能见度无法满足要求。

各个工况不同时间点(30 s，60 s，90 s，120 s，300 s，480 s，600 s，720 s，840 s，900 s)距离行车路面2 m 高度处隧道轴线上温度场沿隧道长度方向的分布规律如图4.21—图4.29所示。有害气体和烟雾浓度的变化曲线类似于温度场。