上海虹梅南路越江隧道工程建设及创新实践的烟气流动规律仿真

1.隧道防排烟数值模拟工况

隧道内发生火灾时，考虑启动重点排烟系统进行烟气控制。计算时考虑打开火源附近的4个排烟口进行排烟。计算工况详请见表4.17。排烟口位置如图4.48所示。

表4.17　重点排烟工况

图4.48　排烟口位置示意图

计算中考虑的各关键时间节点见表4.18。

表4.18　重点排烟工况各关键时间节点设置

注：盾构段长度为3 420 m，考虑排烟风机从启动到达到稳定排烟量的时间为30 s，按隧道长度，增加3 s/km 的压力传递时间，排烟系统启动时间为60 s。

2.计算模型

模型尺寸根据隧道实际情况进行模拟，排烟道隔板至车行路面的高度为6.5 m，宽度为12 m；烟道板厚度为0.2 m，隧道模型断面为9.2 m2。在烟道层两端设置风扇模拟设计中布置的两台进行双向排烟的集中排烟风机，并保证排烟量相同，每台排风量为125 m3/s。假设隧道两端是开放的，隧道内无纵向风速。大气压设为101 325 Pa，初始环境温度设为15°C。

3.计算结果分析

为分析评估不同设计火灾规模下重点排烟系统的性能，正常排烟模拟从允许烟气温度、允许热辐射量、最小能见度及有毒气体浓度等方面综合进行分析和评判。

图4.49—图4.54为50 MW 工况下，不同着火点900 s内对应的隧道纵向温度分布曲线及与火源不同距离对应的最高温度变化曲线。

图4.49　位置1下车道2 m 高度处温度分布

图4.50　与火源不同距离处温度变化

图4.51　位置2下车道2 m 高度处温度分布

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图4.52　与火源不同距离处温度变化

图4.53　位置3下车道2 m 高度处温度分布

图4.54　与火源不同距离处温度变化

图4.49—图4.54表明，开启的排烟口均在火源下游将使得烟气主要向火源下游蔓延。上述情况下，在距离车道面2 m 高度处的温度均未超过允许值353 K，在火源附近区域内的温度大约在325 K，符合逃生条件。

图4.55　位置1下车道2 m 高度处CO 分布

图4.56　位置1下隧道内消光系数分布

图4.57　位置2下车道2 m 高度处CO 分布

图4.58　位置2下隧道内消光系数分布

图4.59　位置3下车道2 m 高度处CO 分布

图4.60　位置3下隧道内消光系数分布

从图4.59可以看出，火源靠上游时容易造成上游CO 堆积，但各种情况下CO 浓度在距离车道2 m 高度处均可以满足逃生条件；火源靠上游时存在上游能见度低的问题，在火源附近的能见度小于10 m，不适合向下游逃生；火源在2个排烟口中间时排烟效果较好。

综上，在设定的火灾规模下，隧道内烟气分层现象明显，可以有效控制烟气在隧道内的蔓延。火源上游及下游2 m 高度处烟气温度、能见度、有毒气体浓度及热辐射量均在允许范围内，能够满足20 min内人员疏散逃生的环境要求。

计算结果说明：在设计的重点排烟工况下，通过开启火源附近的4个排烟口可有效控制火灾时隧道内的烟雾扩散和蔓延，可为火灾早期的人员疏散和救援创造有利的环境。