复杂结构城市地下道路内烟气扩散规律及烟气控制技术研究

Due to having so many tunnel branches, curving parts, steep slopes and so many entrances and exits, the smoke flow in an underground urban traffic tunnel(UUTT) is very complicated once a fire occurs, this is different from the smoke flowing in other kinds of traffic tunnels. Controlling the smoke effectively and efficiently at those parts is very difficult. However, how the smoke spread at those parts is still not fully understood now, further resreach is needed. Based on this, smoke spread and smoke control at the bifurcation sections of the branch tunnels and the curving sections would be studied by the theoretical analysis, numerical simulation and experimental methods in this research project, some theoretical model on smoke spread and smoke control would be established. At the mean time, the applicability of the different smoke control systems for the UUTT is also studied by consdering the safety and economic problems. In the final, by the combination of the theory of statics and fire dynamics, the fire safety assessment model for urban underground traffic tunnel would be also established. The research results of the project will provide the necessary theoretical support for the smoke control system design, safety operation of the UUTT, and it can also give some technical support for the relative code and standard compiled and some existing tunnel standard amended. With more and more underground traffic tunnels being constructed or under planning, the research results will have widely use in the future.

复杂结构城市地下道路的复杂性主要表现在内部岔路多、弯道多、坡度大、出入口多等特点，这些路段烟气流动复杂，难以实施有效地烟气控制。对这些路段烟气的扩散机理和流动特性目前尚缺乏合理的认识，需进行进一步研究。基于此，本项目通过理论分析、数值模拟和实验研究相结合的手段，针对城市地下道路的火灾特点，重点对分岔路段、转弯路段等复杂结构路段烟气的蔓延规律及相应的控制技术和控制参数进行研究，建立烟气蔓延的理论模型。同时，从安全性和经济性出发，探讨不同烟控系统在城市地下道路中的适用性。最后将统计学理论与火灾动力学相结合，以火灾的发生、蔓延为主线，建立适用于城市地下道路的火灾安全评估模型。项目的研究可为我国城市地下道路的消防设计和安全运营管理提供必要的技术支持，同时也可为我国地下道路规范的制定和现有公路隧道规范的修订提供必要的理论依据。各大城市地下道路的建设规划，将为本项目的研究成果提供广阔的应用前景。

交通拥堵问题的日益严重使得修建城市地下道路成为缓解该问题的主要手段之一。我国一些经济发达城市，如北京、上海、深圳等已建成或在建多条城市地下道路。与一般的公路隧道相比，城市地下道路位于城区，日交通量大，由车辆自燃或其它故障造成火灾发生的几率大，加上结构较一般的公路隧道复杂。岔路多、大量弯道、坡道的存在使得隧道内发生火灾时烟气的蔓延规律与单一出入口隧道相比有较大的不同，烟气控制的效果难以保证。由于对这些路段烟气的流动特性尚缺乏深入的认识，基于传统隧道设计规范设计的烟控系统能否达到理想的烟控效果仍存在疑问。. 基于此，本项目结合城市地下道路运营和本体构成的特殊性，通过理论分析、数值模拟和实验研究等手段，重点对不同影响因素作用下分岔、坡度、弯道等路段处烟气的蔓延规律进行了研究，并在此基础上，提出了相应的控制技术和控制参数。主要研究结果包括：1）明确了分岔角、火源功率及匝道坡度对分岔隧道烟气蔓延特性的影响，得到了火源位于分岔路段不同位置，实施纵向通风烟气控制时的控制策略及参数；2）对坡度、火源功率对坡度隧道内烟气扩散的影响进行了研究，进一步修正了Kennedy临界风速模型中的坡度修正系数；3）明确了曲线半径、弧度、火源功率对曲线隧道内烟气扩散的影响，得到了曲线隧道内实施纵向通风烟气控制时的临界风速；4）提出了城市地下道路烟气控制系统选择的基本原则，得到了纵向排烟应用于拥堵城市地下道路时风机的运行策略及送风风速；5）明确了交通量大、经常发生拥堵的城市地下道路中横通道间距及疏散通道宽度的设置原则，提出了火灾安全管理的基本措施。. 上述研究结果可为复杂结构城市地下道路烟控系统的优化设计和高效运行提供必要的技术支持，为疏散通道的设置以及火灾救援提供指导。项目的研究对保证城市地下道路的安全运营，降低其火灾风险具有重要的现实意义。随着城市地下道路建设规模的不断扩大，该项目的研究成果具有广阔的应用前景。.