【摘 要】
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我国高速铁路线路桥、隧占比高,隧道线路长,部分线别横穿多个连续隧道群。高速列车及特长铁路隧道均属典型狭长受限空间,车厢人员密集、火灾荷载集中,列车在隧道内行驶,受活塞效应、阻塞效应、燃烧动力等耦合作用,列车周围会形成大量高速运动气流,一旦发生火灾,造成火势迅速蔓延,极易发生恶性群集事故,造成巨大经济损失和恶劣社会影响。火灾已成为高速列车安全运行的主要威胁之一,多场耦合作用下特长隧道内高速列车移动火
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我国高速铁路线路桥、隧占比高,隧道线路长,部分线别横穿多个连续隧道群。高速列车及特长铁路隧道均属典型狭长受限空间,车厢人员密集、火灾荷载集中,列车在隧道内行驶,受活塞效应、阻塞效应、燃烧动力等耦合作用,列车周围会形成大量高速运动气流,一旦发生火灾,造成火势迅速蔓延,极易发生恶性群集事故,造成巨大经济损失和恶劣社会影响。火灾已成为高速列车安全运行的主要威胁之一,多场耦合作用下特长隧道内高速列车移动火灾更具特殊,高速列车隧道内发生火灾后保持何种速度等级运行能有效减缓火灾及烟气发展规模,相对快速安全的驶离隧道或隧道群,是研究隧道列车移动火灾重要的价值体现,开展特长隧道高速列车两狭长受限空间多因素耦合作用下烟气羽流运动规律的研究,具有较大前瞻性和理论指导意义。本研究以典型断面单洞双线高铁隧道和CRH380D型列车为研究对象,利用数值模拟软件研究分析特长隧道内高速列车静止及运动状态下不同火灾工况烟气蔓延规律,在特长隧道最不利的中部区域,模拟分析高速列车静止状态下车底和车内火灾隧道、列车双受限空间烟气羽流特征,在此基础上模拟分析高速列车车底突发火灾以不同速度等级运行时,隧道受限空间烟气蔓延规律,分析高速列车车底移动火灾能有效减缓火灾及烟气发展规模且能较快驶离隧道或隧道群的最佳运行速度等级,最后从隧道防烟分区划分角度提出特长隧道内高速列车火灾与烟气防控优化措施。研究表明:(1)列车静止车底火灾,高温烟气会迅速上升撞击顶棚形成顶棚射流,烟气向隧道两端逐步扩散下沉,在火源位置20m范围易形成受温区;列车静止车内火灾在车厢内完全充满烟气后才明显有烟气向车外蔓延,当车厢内行李等被大量引燃时,蔓延至隧道顶棚烟气量会明显加强。(2)列车运动火灾,随着高速列车运行速度不断加快,列车风及活塞效应越明显,受活塞风影响,列车速度越快,被推向行进方向高速扩散的高温烟空气分子量越多,形成受温区距离越长,火源下游随着列车运行风速的增加,车底产生烟气向火源下游偏移蔓延距离增大,大量烟气随隧道顶棚扩散趋势明显减弱,形成的高温区和烟气高浓度区距离更长;经对比分析,特长隧道内高速列车车底突发火灾以50km/h速度等级运行,能有效阻滞火灾及烟气发展规模且相较于20km/h速度能较快驶离隧道或隧道群。(3)根据特长隧道内高速列车车底静止最不利火灾场景烟气生成量,以人员生命安全特征极限值为数据选取参考依据并兼顾事故发生可能性及经济性原则,确定典型断面高铁特长隧道防烟分区长度划分距离为400m,在发生火灾后考虑到特长隧道内高速列车火灾发展的诸多不确定性,应至少同时开启着火列车所在隧道区段相连3个防烟分区的机械排烟装置。本研究可为特长隧道内高速列车火灾发生后行驶速度选择及特长隧道防烟分区划分提供科学参考,对保障人员、列车、隧道安全,具有重要现实意义。
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