地铁区间隧道火灾时利用联络通道排烟的数值分析

朱常琳 ZHU Chang-lin；李岳 LI Yue

（西安建筑科技大学环境学院，西安 710055）

摘要： 当地铁区间隧道中的列车中部着火且着火部位正好处于联络通道附近时，根据就近排烟的原则，可以利用联络通道就近将火灾烟气排入未着火隧道中，使乘客能在无烟的环境下沿隧道顺利疏散至前方或后方车站。文章利用FDS（Fire Dynamics Simulator）数值模拟软件对全尺寸地铁区间隧道利用联络通道排烟的效果进行数值模拟并对模拟结果进行分析，得出了使用联络通道排烟的最佳送风速度、排烟速度。文章为地铁区间隧道火灾的防治提供参考。

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关键词 ： 地铁区间隧道；联络通道；排烟；数值分析；送风速度；排烟速度

中图分类号：X45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0298-02

基金项目：陕西省教育厅自然科学基金项目（12JK0569）；西安建筑科技大学自然科学基金项目（JC1208）。

作者简介：朱常琳（1969-），女，湖南娄底人，副教授，研究方向为地铁环境模拟与调控技术。

0 引言

目前，对于地铁区间隧道火灾，《地铁设计规范》（GB 50157—2012）只是笼统地规定了按“就近排烟”的原则进行事故通风，并没有考虑是否设置联络通道以及列车着火和停靠的位置。当中部着火的列车停靠在区间隧道中部时，采用纵向通风的方式，由于此时地铁列车距离两端车站的距离都较远，此时，乘客无论向隧道的哪一端疏散都会被火灾烟气所淹没。因此，本文对利用联络通道排烟的事故通风方式进行数值模拟研究，并得到了该通风方式下的最佳送风、排烟速度。

1 地铁区间隧道火灾中的临界危险状况

对于地铁区间隧道火灾的数值模拟计算，需要一些相应的评价指标来判别模拟结果，这些评价指标对地铁区间隧道火灾的工程验收和防排烟设计有一定的指导意义。当着火环境已经严重到能够直接威胁到人员生命安全的状态称为火灾的临界危险状态。火灾的危险临界条件主要包括烟气层高度、人眼特征高度处烟气温度、CO浓度以及烟气的能见度。

能够使地铁区间隧道人员安全疏散的三个判定条件是在距离疏散通道地面1.7m人眼特征高度处（即距轨面2.75m高度）：能见度不低于5m；温度不超过66℃；CO浓度不超过250ppm。

利用FDS软件进行地铁区间隧道火灾数值模拟时，当模拟结果中的上述参数超过以上三个判定条件中的任意一个时，可判定此时人员不能够安全地疏散。

2 数值模拟的物理模型和计算模型

2.1 物理模型 本文选取某地铁区间矩形隧道为原型，模型隧道长分别取65m，150m；断面净尺寸为4.4m×5.2m。不考虑列车活塞风的影响和列车形状对烟气蔓延的影响。火源大小为2m×2m×1m（长×宽×高）。

对于地铁火灾的火源强度，目前国内外大多数学者在研究地铁火灾时，火灾规模大都取5MW。本次研究出于保守考虑，将地铁列车火灾规模定为7.5MW。火源大小为2m×2m×1m（长×宽×高）。

2.2 计算模型 采用FDS软件进行数值模拟，湍流模型采用大涡模型，燃烧模型采用混合分数模型，辐射模型为非散射灰体近似，利用有限体积法分析求解辐射传输方程。环境温度为20℃，模拟采用结构化网格，模型计算时间为360s。

3 数值模拟结果及分析

当列车中部着火且着火部位正好处于联络通道处时，根据就近排烟的原则，可以利用联络通道就近将火灾烟气排入未着火隧道中，使乘客能在无烟的环境下沿隧道顺利疏散至前方或后方车站。此时，事故通风方式为着火隧道两端送新风、未着火隧道两端排烟。模拟工况如表1所示。

3.1 着火隧道中的温度分布

图1给出了不同纵向送风速度下着火隧道内的温度分布规律，由图1可以看出，温度在着火隧道中以火源所在位置处为中心向两边呈中心对称分布，并且由于烟气在蔓延过程中不断与围护结构换热，使得烟气在蔓延过程中温度呈逐渐降低的趋势。对比图1（a）（b）（c）可以看出，随着纵向送风速度的增加，着火隧道内人眼特征高度处的温度也随之降低，由图1（a）可知当纵向送风速度为1.0m·s-1时，人眼特征高度处的温度相比0.5m·s-1的工况有所降低但也达到了90℃左右，依然高于安全温度66℃；而当纵向送风速度增加至1.5m·s-1时（图1（b）），人眼特征高度处的温度已经降低到50℃左右，此时已经达到了人员安全疏散的基准温度；当以2.0m·s-1的速度送风时，由于着火隧道内已经几乎没有火灾烟气，此时，人眼特征高度处的温度降至环境温度20℃左右（图1（c））。

3.2 着火隧道中的CO浓度分布

由图2可以看出，列车中部着火且着火部位正好处于联络通道处时，采用着火隧道两端送风未着火隧道两端排烟的通风方式，能够很好的控制CO气体在着火隧道中的扩散；由图2（a）可知当纵向送风速度为1.0m·s-1时，人眼特征高度处的CO浓度值为45ppm；当纵向送风速度为1.5m·s-1时，人眼特征高度处的CO浓度值降为10ppm；而当纵向送风速度为2.0m·s-1时，人眼特征高度处的CO浓度值降为0.1ppm。

由上述分析可知，在以上三种工况下人眼特征高度处的CO浓度均小于250ppm，满足人员疏散的安全标准；随着纵向送风速度的增加，CO浓度逐渐降低，在纵向送风速度增加至2.0m·s-1时着火隧道人眼特征高度处的CO浓度已经几乎降为零，这对人员安全疏散是十分有利的。

3.3 着火隧道中的能见度分布

图3给出了不同工况下着火隧道内能见度的分布，由图3（a）可以看出当纵向送风速度为1.0m·s-1时（图3（b）），人眼特征高度处的能见度增加到2m左右，但此时仍然不能够保证人员安全疏散；当纵向送风速度为1.5m·s-1时（图3（b）），人眼特征高度处的能见度为9m左右，已经高于能够使人员安全疏散的基准能见度5m；而当纵向送风速度继续增加到2.0m·s-1时（图3（c）），人眼特征高度处的能见度已经达到了28m，这对人员的安全疏散非常有利。

由以上分析可知，随着纵向送风速度的增加，越来越多的火灾烟气通过联络通道排至未着火隧道中，使得着火隧道人眼特征高度处的能见度也不断地提高，当纵向送风速度为1.5m·s-1时，人眼特征高度处的能见度已经达到9m以上，满足人员安全疏散的标准。

4 结论

综合上述分析，当中部着火的列车停靠在靠近联络通道处时，采用着火隧道两端送新风未着火两端排烟的事故通风方式，当送风速度，排烟速度均为2.0m·s-1时，火灾烟气能够被迅速地排入未着火隧道中，使着火隧道距离火源2m以外的区域均成为无烟区，且此时着火隧道人眼特征高度处的温度、可见度、CO浓度均能达到人员安全疏散的标准。综合考虑以上因素，在该工况下采用2.0m·s-1的送风速度、排烟速度是比较合适的。

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参考文献：

[1]毕庆焕.地下铁道防排烟系统简介[J].暖通空调，2000（06）.

[2]彭立敏，刘小兵，王薇，杜思村.隧道衬砌的火灾损伤程度试验与检测方法研究[J].实验力学，1999（03）.

[3]芮立群.地铁的火灾疏散和防排烟[J].城市公用事业，1997（01）.