公路隧道火灾烟气流动规律及通风防排烟对策研究【毕业论文】

1、图书分类号：密级：毕业设计（论文）题目：公路隧道火灾烟气流动规律及通风防排烟对策研究study on the law of fire smoke movement andcountermeasures of ventilation and smoke control学生姓名班级*学院名称专业名称消防指挥1指导教师v!|!ji毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意

2、识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期：年月日毕业论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用毕业论文的规定，即：本校学生在 学习期间所完成的毕业论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部 门或机构送交毕业论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借 阅。可以公布毕业论文的全部或部分内容，可以将本毕业论文的全部或部分 内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本毕业论文。论文作者签名： 导师签名：日期：年 月 日日期：年 月 日公路隧道火灾烟气流动规律及通风防排烟对策研究伴随着交通业的迅速发展，世界范围内建成了越来越多的隧道，其

3、中 绝大部分是公路隧道。公路隧道在给人们带来便利交通的同时，也给火灾 防治带来了许多问题。公路隧道火灾可能成为人员群死群伤、车损洞毁、 交通中断的重大恶性火灾，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。因此， 研究公路隧道火灾的烟气流动的规律及防排烟具有非常重要的意义。本文首先介绍了公路隧道火灾的特点及当今世界范围内公路隧道火 灾的典型案例，在详细分析了火灾|寸隧道内温度场、压力场以及隧道坡度 等因素对火灾不同发展阶段公路隧道内烟气流动规律的影响和制约的基 础上，对公路隧道横向、纵向等各种不同的通风排烟方式的特点进行了探 讨与分析。在对公路隧道横向、纵向通风排烟方式在实践中遇到的一些困 难和问题进行

4、详细探讨研究的基础上，对公路隧道横向、纵向通风排烟方 式提岀了相应的改进措施，为隧道火灾防排烟系统的工程设计、灭火救援 提供一定的理论依据和技术支持。关键词 公路隧道； 烟气流动； 火灾； 防排烟study on the law of fire smoke movement andcountermeasures of ventilation and smoke controlabstractwith the rapid development of transportation industry, more and more tunnels have been built in the wor

5、ld, most of which are highway tunnels. highway tunnels facilitate the transport of people. however, at the same time, they bring a lot of problems to the fire prevention and control. tunnel fire may be a devastation which might cause great casualty, vehicles damaged; tunnel collapses and major traff

6、ic disruption, causing huge economic losses and adverse social impacts- therefore, it has significant meanings to study the law of the smoke movement in the tunnel fire and the smoke prevention and exhausting.at the beginning, this paper introduces the characteristics of tunnel fire and the typical

7、case in tunnel fire around the world nowadays. on the basic of detailed analysis on the tunnel temperature field, pressure field, as well as factors such as the tunnel slope influence and restrict the law of flue gas movement on different stages of fire, the paper explores and analysis the character

8、istics of different ways on exhausting the smoke, such as horizontal emission and vertical emission and so on. besides, on the basic of exploring the difficulties and problems met when practicing the horizontal, vertical and so on ways of exhausting the smoke, the paper provides with the correspondi

9、ng improvement on horizontal and vertical ventilation; it also provides with theoretic foundation and technical supports on the engineering design, fire-fighting and rescue of the tunnel fire prevention and exhausting system.key words highway tunnel; smoke movement; fire; smoke control中文摘要iabstracti

10、i目录ill1弓i言1公路隧道火灾事故概述2.1公路隧道火灾案例2.2公路隧道火灾的特点2.3公路隧道火灾的危害43隧道火灾烟气流动规律及影响因素43火灾时隧道内温度场分布对烟气流动的影响43.1.1燃烧温度43.1.2温度场分布53.1.3温度场的扩散速度与范围63.2火灾时隧道内压力场分布对烟气流动的影响73.2.1隧道内的风流压力变化73.2.2隧道内的风速变化83.3火灾时隧道坡度对烟气流动的影响83.3.1无通风的情况83.3.2有通风的情况84公路隧道通风及防排烟94公路隧道通风排烟的目的94.2公路隧道通风排烟系统简介94.3公路隧道通风及排烟方式104.3.1横向通风排烟104

11、.3.2纵向通风排烟104.3.3半横向通风排烟104.4公路隧道通风及排烟方式选择的影响因素105公路隧道火灾通风排烟中遇到的问题及改进措施115横向通风排烟存在问题及改善措施115.2纵向通风排烟存在问题及改善措施116结束语12参考文献13致谢141引言随着交通业的迅猛发展，世界范围内建成了越来越多的隧道，尤其是公路隧道。 它给人们带来便利交通的同时，也给火灾防治带来了许多问题。近年来发生的几次群 死群伤的公路隧道火灾表明，公路隧道火灾虽然是一种小概率事件，但其一旦得不到 有效控制的话，将给我们带来灾难性的损失。火灾烟气流动本身就是一种复杂的浮力 驱动流，同时，由于隧道自身结构的限制以及

12、隧道内风的作用，使得隧道内的烟气流 动相比于一般建筑火灾烟气流动更为特殊。统计结果表明，由于不完全燃烧所产生的 有毒有害烟气是隧道火灾中导致人员死亡的最主要因素。因此，研究公路隧道火灾烟 气流动的规律及防排烟具有非常重耍的意义。隧道火灾的发生频率为10次/(亿车 km)17次/(亿车 km)o虽然发生概率较小， 但得不到有效控制的话，后果极为严重。特别是1949年美国纽约新泽西州霍兰(holland) 公路隧道火灾、1977年3月8日上海打浦路水下隧道火灾、1979年日本造贺(nihonzaka) 公路隧道火灾、1979年日本阪公路隧道火灾、1982年美国加利福尼亚州卡尔德科特 (caldec

13、ott)路隧道火灾以及1999年法国和意大利间的勃郎峰(montblanc)公路隧道火 灾等，均造成了重大的人员伤亡和结构破坏。隧道火灾可能成为人员群死群伤、车损 洞毁、交通中断的重大恶性火灾，造成巨大的经济损失和恶为的社会影响。目前我国公路隧道总数已达1782座，总长度704公里，是改革开放之初的13.5倍， 是世界上公路隧道最多的国家。而且，随着交通事业的发展和曲部大开发的进行，将 会修建更多的长大公路隧道。不断发生的火灾事故和火灾造成的惨重损失，已经引起 了国际上的高度重视，世界各国对长大交通隧道防治火灾的研究都非常重视，专门列 为当今重耍的研究课题。如日本，专门成立“青函隧道防火对策委

14、员会”，研讨青函 隧道防火对策的基本设想及各种防灾设备；以德国为主的西欧八个国家共同出资进行 交通隧道防火问题的专门研究，探讨隧道火灾的原因、隧道火灾的燃烧过程及其救援 防治措施，其目的就是对隧道火灾提供早期预测预报，及时灭火，杜绝灾情的发展或 将隧道火灾危害减至最小。随着长大公路隧道的不断涌现和隧道交通量的增大，火灾发生的频率在逐渐增大, 因此，为了有效的减少公路隧道火灾的危害，首耍的工作是需耍掌握隧道火灾烟气的 特性及其规律，进而才能对症下药，合理有效的设计和改善隧道火灾防排烟设施。2.1公路隧道火灾案例由于隧道数量和隧道长度的日益增长，以及公路交通密度的与日俱增，公路交通 隧道内火灾的危

15、险性呈上升趋势。英国、法国、意大利、日本、加拿大、奥地利、美 国和德国都曾发生过严重的公路隧道火灾事故，特别是1949年美国纽约新泽西州霍兰 公路隧道火灾，1979年日木造贺公路隧道火灾，1979年日木大阪公路隧道火灾，和1982 年美国加利福尼亚州卡尔德科特公路隧道火灾等均造成了重大伤亡和破坏。而近年来 震惊于世的公路隧道火灾有：2001年10月24日，瑞士阿尔卑斯山区圣哥达隧道(全长16.9km)发牛车祸，两辆大 卡车迎头相撞引发大火，有11人丧命，128人失踪。隧道内浓烟滚滚，空气难以流通, 救援工作非常困难，大火持续烧了一天一夜，40辆车被烧毁，运载轮胎的卡车起火燃 烧后，有毒的黑烟使

16、众多人被熏死。1999年5月29日，4辆轿车，两辆货车在穿越全长6.4km奥地利西部的陶m(tauern) 隧道时，在隧道约700m处相撞着火。这场大火燃烧了十几个小时，烧毁14辆载重卡车 和26辆小轿车，有12名乘客被火焰吞没或窒息死亡，另有49人受伤。1999年3月24日，位于法国及意大一利间的勃郎峰(mont blanc)隧道(全长118km) 发生特大火灾，火势迅速蔓延，火灾形成的浓烟和高温辐射严重阻碍了消防人员灭火, 大火燃烧了50多个小时，导致41人死亡，包括一名消防人员，43辆车被烧毁，结构大 面积破坏，隧道关闭近三年。我国也曾经多次发生公路隧道火灾事故，如：1977年上海打浦路

17、水下隧道火灾； 1991年上海延安东路隧道发生火灾事故；1998年7月7日，福建盘陀山第二公路隧道因 货车在隧道内起火引发火灾；1999年浙江大溪岭隧道发生火灾；2002年1月10日，浙江 狐狸岭隧道发生火灾隧道等。2.2公路隧道火灾的特点由于隧道自身结构的限制以及隧道内风的作用，使得隧道内的火灾相比于一般建 筑火灾更为特殊。一般说，公路隧道火灾主要具有以下特性：(1) 起火原因复杂多变隧道中的车流量不均匀，车型多变，车载物品与火灾荷载不确定，起火源不确定, 这些因素决定了此类隧道火灾具有多样性和不确定性。隧道越长、交通量越大，发生 火灾的概率越大。(2) 烟气的浓度大、温度高隧道呈狭长形，内

18、部空间较小，近似于封闭空间。火灾发牛后，隧道中空气不足, 多发生不完全燃烧，产生的烟气浓度很高，而h很难通过自然排烟排出；同时，燃烧 释放的热量不易散发，隧道内部的温度容易迅速升高，在充分燃烧阶段，温度可达 1000°c 以上。(3) 火灾容易快速蔓延隧道内的管道、风道、地沟及通道与地面大气相通，一旦发生火灾，这些部位将 成为火灾蔓延的途径。隧道内具有通风系统，车辆的行走也会对隧道内的烟气流动造 成一定影响。如果在发生火灾时未能及时控制通风设备，则更会加快火灾蔓延速度。 隧道火灾中产生的co等不完全燃烧产物较多，在其流动过程中，当遇到新鲜空气和其 它可燃物时，将会引发新的燃烧，从而出

19、现火灾从一处跳跃到另一处的“跳跃式”蔓 延。(4) 可发牛着火点的移动车辆着火后仍在行走，火灾报警的位置往往不是有火的位置难以处理。(5) 人员疏散极其困难隧道与外界相连的孔洞少，所以火灾烟气容易迅速充满全洞，致使其中的能见度 降低；此外，不完全燃烧生成的大量co等有害气体也会对隧道内人员的人身安全构成 威胁。另外，驾驶人员对火灾的恐惧心理，很容易造成交通堵塞或出现新的交通事故, 而严重影响车辆疏散；隧道越长，车辆疏散所需的时间越长，火灾期间发生二次灾害 的可能性越大。(6) 灭火救援难度很大隧道火灾类型、发生蔓延规律不确定，且燃烧强度很高的恶性油品火灾较多。燃 烧生成的浓烟、高温及形成的缺氧

20、状态都对救援造成重要影响。地下交通隧道出入口 少，通道狭窄，距离长，而且灭火工作面和救援途径单一、受限，且灭火救援路线容 易与人员和车辆的疏散路线、烟气流动路线的交叉；而且由于地下通信困难，从而难 以实施及时有效的指挥。同时大型灭火设备无法进入隧道，进入的人员也要进行特殊 防护，当火场温度过高时，隧道拱顶混凝土有烧塌崩落的危险。(7) 火灾损失大隧道火灾可能成为人员群死群伤、车损洞毁、交通中断的重大恶性火灾，造成巨 大的经济损失和恶劣的社会影响。以1979年的日木坂隧道大火为例，在这次事故中， 共有7人死亡、2人受伤，174辆车被全部焚毁。修复隧道的费用加上停运两个月的收入 损失共计67亿日元

21、。我国上海市黄浦江第一条越江隧道在建成后投入使用不久的1977 年发生一次火灾，一辆满载乘客的公共汽车车身起火，在开岀隧道前该车即己焚毁， 大部分乘客遇难，造成人员生命的巨大损失2.3公路隧道火灾的危害隧道火灾排烟与散热条件差、烟雾浓度大、能见度低、人员疏散难、温度高而且 升温快，消防、灭火难度大，损坏程度严重：(1) 火灾时产生的大量有毒有害烟雾，不仅降低对到内的能见度，影响人员和车辆 的逃生以及救援工作的开展，同时，其也是造成人员伤亡的主要原因。(2) 火灾时产牛的高温，不仅烧坏隧道内部的装修，对衬砌产生巨大的损坏，致使 结构的承载力降低或完全丧失，而对隧道防水体系的破坏，会造成隧道不同程

22、度 的渗漏水，以致影响隧道的正常运营及功能的发挥。(3) 火灾使隧道内的电气设备与元器件及线路损坏，导致动力、照明用电失供，通 讯、通风及排水设备无法运转，致使救援难度增大。(4) 火灾时产牛的火风压会极大的影响整个通风系统正常运转，导致隧道内正常的 通风系统发生紊乱，致使灾害扩大。如果火灾生成的火风压是正值，则在风机停止运 转后，在火风压作用下，火烟仍继续向各个区域蔓延、引起人身伤亡事故。隧道火灾烟气流动规律及影响因素3.1火灾时隧道内温度场分布对烟气流动的影响火灾时，随着通风风速、火灾规模的不同，隧道内温度场的分布差异很大，而且 随着时间的推移，其分布发生显著的变化。研究火灾时隧道内温度场

23、的分布对于隧道 内设备的选型、火灾初期的报警、人员逃生，以及火灾时救援和通风方案的制定都有 着极其重耍的意义。3.1.1燃烧温度(1) 最高温度与通风风速、火灾规模的关系由于隧道环境的特殊性，火灾时产生的高温烟气不易排出，温度急剧上升，可达 到iooor以上。高温烟气可能造成隧道火灾人员伤亡和设备、结构的损坏。火源点风流温度的大小主要取决于两个因素：一是燃烧物放出热量的多少；二是 流过火源点风量和风速的大小。另外火源温度还受燃烧规模、强度、通风条件等多种 因素的影响。假定在缺氧燃烧状态下，烟流中的最低氧气浓度为零。同时，由于火灾时，隧道 内燃烧区域较短，故忽略烟流与隧道周围物体间的热交换量，且

24、认为烟流流动过程为 稳定过程。随着至火区距离的不同，最高温度、火灾规模以及通风风速三者之间的关系也不 同。在火区附近，在同等火灾规模下，最高温度随通风风速的增大而减小:在同等风速 下，最高温度随火灾规模的增大而增大。当远离火区时，在同等火灾规模下，最高温 度先随通风风速的增大而增大0(2) 温度随时间的变化规律隧道内发生火灾时，燃烧从一个点或面开始，随着时间的推延，火焰向周围蔓延, 火区由一个点或面延烧成一个区域，参与燃烧的可燃物数量逐渐增多，热量集聚逐渐 增多，火灾烟流温度逐渐增高。有关实验表明，发生火灾时，隧道内温度的变化，并不是按照标准温度一时间曲 线逐渐上升，而是有一个急剧增加的过程。

25、火灾进入稳定燃烧阶段后，其持续时间随 火灾规模、通风风速以及燃料自由表面积的大小而变化。在同等条件下，火灾规模越 大，火灾的持续时间越长。同样，在同等条件下，燃料的自由表面积越大，燃烧速度 越快，则火灾的持续时间越短。同时，在同等条件下，随着通风风速的增大，火灾的 持续时间缩短。(3) 燃烧速度与通风风速的关系速度随通风风速的增大而增大，当风速一定值时，燃烧速度达到最大后，随着通 风风速的增大，燃烧速度下降，其主要原因是当提高风速后，散热量增加。当风速增 大到一定程度后，风流的散热量大于燃烧的生成热时，则燃烧反应可能停止，火焰熄 灭。3.1.2温度场分布(1)火灾吋纵向温度分布在机械通风动力、

26、自然风压以及火风压的的共同作用下，高温烟流向火区下风侧 方向移动，随着时间的推移，其影响的区域越来越大。同吋，由于烟流的温度高于沿 途隧道衬砌的温度，所以，在扩散过程中，烟流不断地与周围物体进行热交换，烟流 失去热能，温度逐渐下降，隧道衬砌得到热能，温度不断升高。有关实验表明，由于燃烧引起的冷热空气对流和隧道壁面对于流经其中的高温火 烟的冷却作用，使得热烟气流的热量被空气及非燃烧物质(主要是隧道壁面)所吸收 而使其温度沿程下降。因此，在纵断面方向温度场的分布规律是:随着到火源点距离的 增加，温度在降低，且下降的梯度在逐渐减小。通风风速和火灾规模对温度场的纵向分布具有重要的影响，在不同的通风条件

27、下, 隧道纵断面温度场的分布也不尽相同。有关研究表明，由于燃烧引起的冷热空气对流 和隧道壁面对高温烟气的冷却作用，火灾时，温度和火灾的影响沿隧道纵向在逐渐减 弱。在同等条件下，随着通风风速的增大，火灾区附近的温度下降，而沿程温度上升。 发生火灾后，随着时间的推移，隧道内各个断面的温度都在逐渐上升，当火源点温度 达到最高时，隧道内各点的温度也基木达到最高，之后，随着时间的持续，温度逐步 下降。整个变化过程中，火源点的温度梯度较火区下游大，且随着远离火区，温度梯 度有逐渐减小的趋势。(2)火灾时横向温度分布不通风状态下，火灾时，隧道断面上部为高温烟气流向两端洞口移动，断面下部 则为外界新鲜空气向洞

28、内流入补充，在断面中部为高低温气流进行热传导和对流的紊 流层。由于高温热烟气流较轻上升，隧道底部相对有较冷的空气补充，因此，其温度 的横向分布规律是拱顶最高，拱腰、边墙次之，底部最低。但最高温度并不在拱顶衬 砌表面，而是在离拱顶不远的区域内。机械通风状态下，当通风风速达到一定值时，由于火焰被吹倾斜，火区下游附近 一段距离内断面底部受火焰的烧烤，温度急剧上升，断面温度横向分布呈底部高，拱 顶最低的规律。随着远离火区，由于高温烟气逐渐上升，断面温度的横向分布变为拱 顶最高，拱腰、边墙次之，底部最低。同时，随着到火区距离的增加，横断面上温度 的分布渐趋均匀。在同等规模下的火区，随着通风风速的增加，断

29、面底部温度逐渐增高，断面温度 分布呈底部最高，拱顶最低的规律。而火区下游，不论通风风速的大小，温度分布都 呈拱顶高，底部低的规律。同等风速下，随着火灾规模的增大，沿隧道纵向，各断面的温度均有升高，但温 度横向分布规律不变。3.1.3温度场的扩散速度与范围发生火灾吋，隧道内高温烟流的扩散速度和范围与人员的逃生直接相关。因此火 灾吋，温度场的扩散速度与范围受火灾规模，通风风速的影响很人。综合温度纵向分布和横向分布的试验的有关成果可知，当隧道发生火灾后，通风 风速和火灾规模对温度场的扩散范围和扩散速度影响较大。在相同的火灾规模下，风 速越小，温度扩散长度越短，温度的变化梯度越大；风速越大，温度扩散长

30、度越长， 但温度的变化梯度越小。在相同的风速下，火灾规模越大，温度的扩散长度越长，火 灾规模越小，温度的扩散长度越短。由于随着通风风速的增大，温度场的扩散速度、扩散范围都在增大。因此，在采 用纵向通风系统的隧道中，当发生火灾吋，为了便于下游车辆的避难和控制温度、烟 气的扩散，应降低隧道内的风速。同吋，位于下游的人员和车辆应以快于温度传播的 速度撤离隧道，这也要求采用纵向通风方式的隧道应按单向交通的方式。3.2火灾时隧道内压力场分布对烟气流动的影响3.2.1隧道内的风流压力变化(1) 火灾时隧道内风流压力的状态隧道火灾的燃烧过程极其不稳定。火焰在升腾时与周围空气发生剧烈的混合。隧 道内的压力分布

31、也呈现一种紊动的状态。隧道内压力紊动的强弱与火灾规模(燃料的多 少)以及火焰燃烧的剧烈程度有关。火灾发生后，火灾上游的全压和动压变化不大；但 随着火势的增大，隧道内火区以及火灾下游的全压和动压较火灾前明显增大，而静压 变化相对较小。随着火势的减弱，压力的增幅渐渐变小。(2) 横通道对风流压力的影响由于横通道的打开和关闭，这必然会导致两条隧道原来的压力场发生变化，成为 一体的这两条隧道将进行压力场的重新分配。压力场重新分配的最直接的结果就是风 流以一定的方向和一定的风速流过横通道，并导致主隧道和辅助隧道的不同段的风速 发生改变。隧道内各点的压力是由于自然大气压及风机升压、风流所流经路程的风阻降压

32、后 所共同形成的。横通道在主隧道和辅助隧道的两个端口，其压力是由两套通风系统形 成的，在一般情况下，这两个端口的压力不会恰好相等。当横通道开启后，风流就会 从压力大的一端流向压力小的一端，隧道原来单一的风流路线就具有了分支。如果隧 道的一段是有风流流入的，则这段隧道内的风速变大，风压值增大；如果隧道的一段 是有风流流出的，则这段隧道内的风速减小，风压受到损失，将减小。取决于风流流 入造成的风量增大和风流流出造成的风量减小z比c5 o在隧道发生火灾以前，横通道开启以后，短时间内两条隧道形成的新压力场就达 到平衡，横通道和隧道各处的风速也达到稳定状态。由于通风阻力增加，将阻碍风流 的流动；火灾所形

33、成的火风压在上坡时推动风流的流动，下坡时阻碍风流的流动；火 灾还具有烟流摩擦阻力，总是阻碍风流的流动。火灾发生后是不断发展变化的，因此 火灾的风流流动对压力场的影响也是不断变化的，开启横通道后形成的新压力场很难 达到稳定的平衡状态，横通道和隧道内各处的风速也是不断变化的。横通道的启闭造成主隧道内风流的流入和流出，使各点的压力发生改变，在火灾 发生前，横通道的启闭对火灾上、下游的全压差影响不大。在点火后横通道处于关闭 的状态下，由于火灾下游的压力明显增大，全压差出现明显的下降，而且是紊动发展 的；横通道开启以后，全压差的变化趋势没有出现明显的改变，表明在火灾发生后横 通道的风流对压力的影响也是很

34、小的，而火灾作用造成的对隧道内压力场的影响是显 著的同。3.2.2隧道内的风速变化主隧道相对于辅助隧道的风速值越大，则从主隧道流向辅助隧道的风流越多，主 隧道风速减小得也越多；火灾的作用使横通道风流发生变化，火灾规模越大，点火后 的主隧道的通风阻力作用也越大，导致风流更多的流向辅助隧道。处于火灾下游的截 面，火灾发生后其风速将显著增大。3.3火灾时隧道坡度对烟气流动的影响3.3.1无通风的情况火灾中的高温烟气向两端洞口蔓延，但由于隧道有坡度，高温烟气并不是对等朝 两边扩散，而是大部分朝上坡方向扩散，向下坡方向扩散的烟流只有小部分。在上坡 方向，纵向扩散速度较大，使得从洞口下半部进入隧道的外界冷

35、气流速度很快衰减， 而未能到达火区。然而在下坡方向，高温烟气在隧道上半部贴着顶棚向洞口流动，外 界冷气流从洞口下半部流入，并深入到火区。在这种烟流分配及流动下，沿上坡方向 流动的烟气携带的热量大，加之沿途得不到充分冷却，因而烟气温度非常高。而沿下坡方向的流动的烟气携带的热量较少，而且沿途不断与下方的冷气流进行 逆流式的对流换热而逐渐得以冷却，因而烟气温度相对较低。可见，若无机械通风而任由火灾发展，隧道坡度将对高温烟气的流动产生很大的 影响，火势主要朝上坡向发展，导致上坡方向的烟流温度极高，严重威胁上坡方向的 人员及车辆的安全，同吋也将对上坡方向的隧道结构及设施造成破坏o3.3.2有通风的情况在

36、隧道内有通风的情况下，风向有朝上坡方向与朝下坡方向两种风向。两种风向下，各自的回流现象都已消失，且两者的温度分布差别很小。存在的差 别可具体从火区下游温度分布看:在距火源相同距离的横断面上，比较断面上的最高温 度是上坡方向通风略大于下坡方向通风；比较最低温度却是下坡方向通风略大，随着 风速的加大，两种风向下所形成的烟流温度分布差异越來越小。对于坡度较小的隧道，当无通风时，隧道坡度对火势的发展有着明显的影响，烟 流扩散主要受坡度的制约；而在机械通风下，当风速较小而有烟气回流时，坡度对回 流程度有一定作用；随着强制通风风流的增大，纵向风速对烟流的控制越来越居于主 导地位，而坡度的影响相比z下越来越

37、不明显，从而在较大的强制通风下，上坡方向 通风与下坡方向通风所形成的烟流分布极为相似。4.1公路隧道通风排烟的目的公路隧道通风系统的目的不仅要保证正常营运时的需风量，更重要的还要保证火 灾时的通风有利于人员逃生和救灾。正常营运吋，隧道的通风是一项环境保护工程， 包括隧道内环境的保护和隧道外环境的保护，但公路隧道一般地处野外，故以隧道内 环境的保护为重点。通风的主要对象限于co、烟雾和空气中的异味。其中，对co进 行稀释的目的是保证卫生条件；对烟雾进行稀释的目的是保证行车安全；对异味进行 稀释的目的是提高隧道内行车的舒适性。隧道发牛火灾后，事故通风应分为两个阶段: 人员疏散阶段及消防灭火阶段。不

38、同阶段通风的目的也有所不同。火灾初始，通风必 须有利于人员逃生避难，风速的大小应尽量减少传到人体上的热负荷，还要避免因纵 向风流的湍流和涡流作用而使洞内烟雾弥漫，最大程度地给人员避难创造条件；在消 防灭火排烟阶段，通风应有利于消防队员救火，使消防队能从上风方向接近火场，开 展灭火工作；还要根据火灾点位置不同，选择不同的通风方向，使烟气从最近的排烟 口排出。4.2公路隧道通风排烟系统简介一个完整的防排烟系统由风机、管道、阀门、送风口、排烟口、隔烟装置以及风 机、阀门与送风口或排风口的联动装置等组成。(1) 防火阀典型的防火阀工作原理是藉易熔合金的温度控制，利用重力作用和弹簧机构的作 用关闭阀门的

39、。亦有利用记忆合金产生形变使阀门关闭的。当发生火灾时，火焰侵入 风道，高温使阀门上的易熔合金熔解，或使记忆合金产生形变使阀门自动关闭，它被 用于风道与防火分区贯通的场合。防火阀按其功能可分为：防火阀、防火调节阀、防 烟防火调节阀等多种结构。(2) 排烟阀排烟阀一般用于排烟系统的风管上，平吋常闭，发生火灾吋烟感探头发出火警信 号，也可手动使阀门打开，手动复位。阀门开启后可发出电讯号至消防控制中心。把 防火、防烟和风量调节三者结为一体的阀门，称防火防烟调节阀，又称排烟防火调节 阀。它既与烟感器通过电信号联动，又受温度熔断器控制，亦可通过手动使阀门瞬吋 严密关闭。温度熔断器更换后，可手动复位。火灾烟

40、气是危害人员安全和妨碍灭火救援的主要因素，在隧道内必须设置有效的 通风排烟系统。应当根据隧道长度、平曲线半径、坡度、交通条件、气象条件和环境 条件等选择通风排烟方式，做到既有利于隧道防烟排烟，又经济、合理。隧道通风主 第9页共14页要有全横向式通风、半横向式通风和纵向式通风三种方式。4.3公路隧道通风及排烟方式公路隧道机械通风方式可分为纵向式、半横向式、全横向式以及在这三种基木方 式基础上的组合通风方式。4.3.1横向通风排烟采用横向通风吋，隧道断面被分为送风道、排风道和行车道三部分。新鲜风流由 风机送入送风道，经送风口进入行车道，与污染空气混合后，横穿隧道，经排风口进 入排风道，由风机排出。

41、和纵向通风相比，横向通风供风均匀，污染空气在隧道内滞 留时间短，火灾吋烟流可及吋排出隧道，尤其适用于双向交通。但横向通风土建、设 备费投资较高，另外，由于受隧道施工断面限制，设在车道板下和吊顶上的送风道和 排风道断面小，隧道通风阻力大，通风能耗高，运营管理费用高。4.3.2纵向通风排烟纵向通风是最简单的一种通风方式。只需在隧道的适当位置安装通风机，靠风机 产生的通风压力迫使隧道内空气沿隧道轴线流动，就能达到通风的冃的。风流沿隧道 纵向流动是其基本特征。经过长期实践，形成了多种多样的纵向通风方式，但归纳起 来有射流风机通风和竖井送排式通风两大类，这两种通风方式也可以结合起来应用。 纵向通风对单向

42、交通是一种非常有效的通风方式。火灾时，纵向通风容易控制烟气流 动方向，通风设备控制简单，但由于出入口少，烟流不能及时排出隧道，不能用于双 向交通火灾通风。4.3.3半横向通风排烟半横向通风是介于纵向和横向通风之间的一种通风方式，半横向通风只需设置一 个送风道或排风道，隧道断面被分成送风道或排风道和行车道两部分。新鲜空气由送 风机送入风道，在行车道内与污染空气混合后沿隧道排出。平导送风型半横向通风中, 新风由平导、横通道进入隧道，与污染空气混合后由隧道洞口排岀。主风机设于平导 口，并在隧道内安装射流风机调压。为实现均匀等量送风，每个横通道设置可控调节 风门。当隧道中发生火灾时，根据火灾具体情况，

43、可使主风机正转或反转，以及横通 道是打开述是关闭，从而实现由平导逃人或排烟。4.4公路隧道通风及排烟方式选择的影响因素隧道通风方式的选择是一项十分复杂而艰巨的工作。合理的通风方式是安全可靠 性高，建设安装方便，投资少，隧道内环境好，对火灾的适应能力强，运营管理方便, 运营费用低的通风方式。在确定公路隧道通风方式时应充分考虑到各通风方式的优缺 点，并根据隧道的特点，经综合比较而确定。通常，在选择隧道通风方式时应考虑下 列因素：交通条件；地形、地物、地质条件；通风耍求；环境保护耍求；火灾时的通 第10页共14页风控制；维护与管理水平；分期实施的可能性；工程造价、运营电力费、维护管理费。 一般来说，

44、长大公路隧道应设置两套通风系统，保证正常营运需风量的通风系统和火 灾时的应急通风系统。当隧道内压力发生变化时，这两套通风系统都应该有良好的稳 定性，并且两套通风系统在发生火灾后转换应迅速、及时、可靠。应急通风系统设计 取决于隧道的长度，交通量以及隧道的交通形式（单向、双向）。而且可以肯定的说, 随着汽车工业的发展，汽车尾气污染物排放量逐年下降，公路隧道通风的设计将由火 灾通风工况决定。合理的火灾通风形式将是长大公路隧道建设成功与否的重要标志。5公路隧道火灾通风排烟中遇到的问题及改进措施5.1横向通风排烟存在问题及改进措施一般来说，横向排烟方式被认为是最有效的排烟方式，但由于这种排烟方式需耍 设

45、置排烟竖井，这导致采用这种方式的隧道排烟系统造价很高，尤其是在过山、跨江、 跨海隧道中，设置这种排烟方式难度更加巨大；因此，在实际的长隧道中，尤其是长 公路隧道中，经常采用的排烟方式是纵向排烟。随着这两种排烟方式的应用，也暴露 出一些设计上的问题，例如，横向排烟系统中排烟口和送风口的相对设置间距，排烟 口的最佳启动时机。在对地下建筑的火灾进行机械排烟时，根据火灾排烟的“烟气置换”的原理，必 须设置相应的补气系统，例如在我国现行高层民用建筑设计防火规范中就明文设 置机械排烟的地下室，应同时设置送风系统，且送风量不宜小于排烟量的50%o在隧 道的横向排烟系统中，也需耍设置相应的补气系统。补气是机械

46、排烟系统的重耍组成 部分，它能直接影响机械排烟系统的效率；补气位置不同，空气与火灾烟气的混合程 度也将不同，从而使烟气的稀释和排岀受到影响。对于隧道横向排烟系统，应如何补 气口、排烟口两者的相对位置，使达到优化的排烟效果，目前的研究述很少，一个显 然的问题就是如果排烟口距离补气口太近的话，将造成排烟系统直接抽补气口补入的 信箱空气而造成“气流的短路”。同时，由于隧道的排烟量一般都很大，而排烟口距 离地面的高度又有限，改善在这种情况下保证排烟的效率也是一个值得关注的问题。5.2纵向通风排烟存在问题及改进措施由于纵向通风系统可以利用车俩的活塞作用，多数隧道在止常行车时不需要开启 风机，在阻塞状态时

47、可以根据车况和洞内空气质量等情况调节风机的运转台数，实现 节能运行；另外纵向通风系统无需设置专门的风道、风井、风机房等辅助工程，因此 它在经济性和节能方面有其它通风方式无法比拟的优点。从上世纪90年代以来，纵向通风己越来越被广泛应用于公路隧道、市政道路隧道, 但与半横向或横向通风相比，在防灾方面仍然有明显的缺陷，烟气需要通过行车隧道 木身而不是通过专门的排烟风道排除，因此，对纵向通风模式的交通隧道的防灾设计 应特别引起重视。解决改善方案有以下几种：其一，一定距离设置一定数量的横通道, 使主隧道相互连通，人员通过横通道到达另一主隧道逃生。其二，利用隧道上、下部 空间或侧部的空间建成纵向逃生通道，每隔一定的距离设置紧急逃生口和逃生楼梯、 逃生滑梯等到达逃生通道。对于过江、过海的盾构法施工的隧道，由于横通道存在较 大的施工及运营风险，一般不设横通道，而是利用道路下面的空间作为逃生通道，在 主隧道和逃生隧道之间设置逃生滑梯。对于明挖法施工的市政道路隧道，一般采用矩 形断面