地铁隧道的防火门稳定性分析

地铁隧道的防火门稳定性分析

1乘客方面,实验三:限制乘客改乘,完善乘客通道2011年6月19日，新宫站至公益西桥站之间的隧道联系通道被拆除，三条线路的运行距离被切断，导致地铁高米店桥北端至公益西桥站之间的停滞。司机发现及时处理(停车),造成区间阻塞,停运时间长达3小时。在公益西桥站,数百名乘客一直滞留在站内。据一名乘客介绍,他在站里已经呆了两个多小时,“平时都是坐地铁,出去了不知道怎么坐公交车。”在站内的购票窗口,乘客排起长队,办理退票手续。随着站台积聚的乘客越来越多,地铁工作人员开始劝说乘客改乘公交车或出租车,但是很快出租车也变得一辆难求。事故发生后,京港地铁随即启动应急预案,查找原因排除故障。同时,在上行天宫院至高米店北站,以及公益西桥至安河桥北站间采用短交路运行,高米店北至公益西桥下行区间采取单线双向运行。此外,地铁方还增加站务人员对乘客进行疏导。城市地铁使用率随着人们的需求越来越高,类似的事件偶有发生,引起了人们对于活塞风对防火门的影响的广泛关注,本文就此做一论述。2连接通道和防消防通道在地铁隧道中的作用2.1隧道没有达到预期范围,应设置联络通道联络通道,就是设置在两个隧道之间的一条通道,若一条隧道出现火灾,乘客可通过联络通道转移到另外一条隧道,乘客的安全系数也将大大增加,对于地铁火灾逃生具有重要的意义。同时联络通道也可供消防人员使用及作为两条区间隧道间消防水管的过管通路。《地铁设计规范》(GB50157-2003)19.1.22规定:两条单线区间隧道之间,当隧道连贯长度大于600m时,应设联络通道,并在通道两端设双向开启的甲级防火门。可见在地铁隧道当中联络通道有着极其重要的意义,当列车在地下区间隧道发生火灾而又不能牵引到车站时,乘客可从首节列车端头门下至区间隧道,此时可利用两条区间隧道之间的联络通道通过防火门将乘客疏散到另一条区间隧道内,使乘客迅速得到安全疏散。英法海峡隧道连接英国的福克斯顿与法国的凯莱斯,隧道直径均为7600mm,全长50.45km,由南北两条平行的运营隧道组成。建有146条横向联络通道与运营隧道相连。1996年11月18日夜间,一列从法国开往英格兰的装载货运卡车的驮背式梭形列车在英法海底隧道起火,大火对南向运营隧道造成大范围破坏,先烧毁列车后部的五节车厢,随后列车停车,火势又蔓延到列车的前端。隧道控制中心立即确认了火警并采取了措施。卡车司机、乘客及梭形列车乘务员共34人按备用救援措施通过联络通道进行逃生,隧道通风系统保持稍高气压,防止从起火隧道排入烟尘,36分钟后遇险人员搭乘北向运营隧道的列车撤离现场。此次火灾造成了重大损失,但未造成人员伤亡,横向联络通道发挥了重要的救护作用。2.2具有扩散作用防火门是指在一定时间内能满足耐火稳定性、完整性和隔热性要求的门。它是设在防火分区间、疏散楼梯间、垂直竖井等具有一定耐火性的防火分隔物。防火门除具有普通门的作用外,更具有阻止火势蔓延和烟气扩散的作用,可在一定时间内阻止火势的蔓延,确保人员疏散。符合要求的防火门应具有良好的耐高温、隔热及防烟雾穿透的性能,并应具备在火灾时人员通过后自行关闭的功能,确保发挥其防火分隔作用。当隧道发生火灾时,若联络通道不设置防火门,两条隧道完全连通,烟气会通过联络通道进入另一隧道,即使通过加大区间事故风量的方法保证另一隧道具备火灾临界风速,但人员在另一隧道内也只能向区间某一端疏散,疏散速度大幅降低,增加人员危险性,而且增加了系统的负荷。隧道火灾时联络通道设置防火门,则防火门关闭时两个隧道是独立的,人员就可以从另一隧道向两边车站进行安全疏散。3激活风对连接通道和防火门的影响3.1活化气流形成活气当列车在隧道中运行时,隧道中的空气被列车带动而顺着列车运行前进的方向流动,这一现象称为列车的活塞作用,所形成的气流称为活塞气流。列车在空旷的地面上运行时,列车前面的空气可毫无阻挡地被排挤到列车的两侧和上方,然后绕流到列车的后面。列车在隧道中运行时,由于隧道壁所构成空间的限制,列车所推挤的空气不能全部绕流到列车后方,必然有部分空气会被列车向前推动,排出到隧道出口之外;而列车尾端后方存在着负压涡旋区域,因此也必然会有相应空气经开口被引入到隧道中,由此形成活塞风。如图1所示。3.2基于垂直流动力,把高校列车作为列车压源,效果分析由于隧道气流都是由一种或一种以上不同性质的压源作用的结果,因此在隧道中行驶的列车,可视为具有一定长度、一定阻塞比的柱体在一维通道中作轴向运动。在列车作用区间,运动列车与周围流体通过复杂的运动和力的作用关系,使列车动力在克服行车阻力的同时,也完成与列车作用区间气流的能量转换,气流获得的能量表现为列车的增压效应,即产生活塞风压力。在活塞风压力作用下,整个隧道将形成纵向气流,即活塞风。图2为列车在不同位置时隧道中活塞风压力的纵向分布。由图2显见,具有增压功能的列车作用区间,就是一个可移动的压源,列车作用区间的前后隧道段即相当于压源的压出和吸人风道。活塞风从隧道进口引入洞外新鲜空气,洞内污染空气从出口排放至大气,这就是活塞风的通风换气作用。因此,活塞风的研究与应用是隧道通风的重要组成部分,而活塞风压力的确定又是解决活塞风问题的关键。一般隧道的长度远大于列车的长度,但列车车组也具有数百米的长度。根据列车在隧道中不同位置的增压条件变化和相应的活塞风概念,列车通过隧道可分为三个时段。车尾进洞之前为列车进洞时段,活塞风处于发展状态,车头出洞之后为列车出洞时段,活塞风处于衰退状态。这两个时段的活塞风均属随时间变化的非定常流动。以上两个时段之间为列车洞内时段,作为压源的列车作用区间的全部动力学条件都保持不变,由此产生的活塞风处于稳定状态,属于不随时间而变的定常流动。同时,由于列车运行具有一定规律,因此活塞风的作用具有周期性。在活塞风产生过程中,隧道中的列车作用段是产生活塞风的压源。活塞风压力是由列车头部推动力增压、环状空间表面剪切力增压和列车尾部牵引力增压组成。对于普通列车,剪切力增压约占总压力的80%左右,剪切力增压与列车长度成正比关系,同时随行车速度的增加而增大,但增长速率逐渐减小。根据北京工业大学建筑工程学院任明亮等对活塞风进行实测研究,活塞风大小随着列车速度增加而增加,当列车行驶速度达到20m/s时,活塞风就可以达到7.5m/s,其破坏作用可想而知。3.3区间内压力由实际情况以及以上内容可知,隧道中的活塞风具有一定的流速,也具有一定的压力与破坏力,由于地铁列车发车频率高,时间间隔短,活塞风侧向作用在防火门上影响主要就表现在活塞风长期持续产生的巨大的破坏力,其强度足以对防火门造成破坏,甚至吹落防火门,最近发生的有关事故中虽然没有人员伤亡,但其造成3个小时停运的社会影响是相当恶劣的,假设脱落的防火门没有接触三轨而断电,一旦列车行驶出轨造成的后果将不堪设想。通过事故分析,对于防火门脱落的原因,主要有以下三点(1)隧道阻塞比大,区间防火门承受压力较大,普通防火门难以胜任。标准的单洞单线隧道断面积一般为20～22m2,而地铁车辆断面积一般为10～11m2,一般地铁列车的最高运行速度为80km/h,所以地铁车厢—隧道阻塞比一般为0.45～0.5。且防火门经常承受不断的正压与负压冲击,加上有关单位疏忽,未将防火门天地插销插入以固定防火门,使得防火门可以在活塞风作用下产生双向位移,加速防火门脱落。(2)区间隧道长,并且情况复杂,不同区间内的压力并不相同,长大区间内压力要大于较短区间。地铁隧道地下段长度通常在10～40km,沿线设置若干车站以及风井;为保证运营组织,每隔3～5座车站即需设置停车线或渡线;另外,为保证事故状态下人员疏散,单洞双线隧道之间每隔600m即需设置联络通道。所以,地铁隧道不仅长且网络复杂,压力情况也复杂,造成巨大的压力差,加速防火门脱落。(3)行车密度大,造成区间防火门面临一分钟内就会承受正压和负压的转换。地铁的高峰小时发车间隔通常为90～240s,且根据平峰、高峰时段密度有所变化。对同一条线(左线或右线)的整个地下区段而言,同时在线的列车均为同向追踪运行,防火门承受着持续的以及高频的正压和负压,加速了防火门的脱落。综上,地铁系统具有阻塞比大、隧道网络复杂、发车密度大等特点,因此区间联络通道防火门在区间内承受着类似于疲劳试验一样的工况,加速了防火门的脱落。其他没有脱落的防火门也多少存在着门体框架严重变形、合页撕裂、门面出现鼓包的现象,对其正常使用造成严重影响。4隧道火灾是隧道救援人员响应的必然要求,在一定的时间上一定要及时充分利用隧道防火门以及联络通道来保证其地铁作为一种方便快捷的交通工具逐渐被许多城市运用到城市交通中来,而地铁火灾由于其具有的特殊性,逐渐得到人们的重视。地铁火灾当中又以隧道火灾为最难应对的一类火灾,隧道火灾对于人员逃生以及消防队员救援来说都是存在着