基于FDS的高速公路隧道火灾人员疏散研究

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我国的隧道交通建设在国家经济实力和科学技术持续进步的背景下不断发展。隧道的建设在为交通出行提供方便的同时也存在着不小的安全隐患,特别当隧道内发生火灾时会对车辆和乘客的生命财产安全造成严重的威胁。目前大多数针对隧道火灾的研究集中于铁路隧道和单洞双向隧道,人员疏散方式多考虑上游或下游存在堵塞情况,少有分析上下游均可疏散的情况。因此,本文依托于广东山隧道并利用计算流体动力学软件FDS模拟不同火灾工况下的火灾燃烧特性,再使用Pathfinder软件对不同车辆堵塞密度和疏散方向以及疏散人数下人员的疏散逃生过程进行研究,最后结合疏散模拟中的不利因素对人员疏散进行优化研究。具体研究内容和结论如下:(1)根据广东山隧道结构设计图建立流体动力学模型,采用仿真模拟试验的方式探究火灾情形下隧道内温度、能见度及CO浓度在不同通风条件下的变化情况。其中,隧道内温度受风速影响最小,高温区域集中于燃烧火源左右各50m的范围内,且距离火源25m以外的区域温度下降明显,隧道内的温度场在火灾发生后100s至模拟结束基本处于稳定的状态,温度随燃烧时间长短的变化不大。能见度和CO浓度的变化受风速影响明显,随着风向具有蔓延趋势,且风速越大CO气体蔓延距离越远,其浓度下降趋势越平缓。能见度随着风速的增大而降低,且风速达到3m/s时下游能见度仅为5m左右,会对人员的安全疏散造成严重影响。(2)设置4种不同的隧道火灾通风工况场景,依据温度、能见度及CO浓度的临界危险值和安全疏散准则,分析得到4种通风工况下的人员安全疏散情况。当火源释放功率在20MW以内,隧道纵向通风风速不大于2m/s的情况下,人员均可以从上游的车行通道和下游的人行通道安全疏散,当风速增加至3m/s时,下游受风速影响能见度过低而无法保证人员从下游安全撤离。但在下游人行通道出现故障不能安全使用且隧道内受困人员多集中于上游和隧道中部区域时,采取高风速通风可使烟雾向下游蔓延,上游区域能保持良好的能见度水平,有利于人员向上游通道尽快疏散。(3)从增大ASET并减小RSET的角度出发对人员疏散的安全性进行优化,可以达到提高人员疏散安全性的目的。本文从缩短人行和车行通道之间的距离、改进隧道通风形式、完善人员疏散引导体系及优化隧道火灾探测报警设备几个角度入手,详细分析各个措施的对人员疏散的优化效果。综合考量造价和安全性,选择集中式通风并将人行和车行通道之间的距离缩短为260m能够有效保证该隧道在出现火灾时内部人员的安全疏散。
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