CN110310562A - 双层长大隧道火灾重点排烟试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于公路及城市道路隧道消防领域的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统，技术方案为：包括模拟实际工程的隧道外壁、独立排烟道、上层车道、下层车道、排烟支管和排烟装置；上层车道和下层车道与隧道外壁之间均设置有侧壁；独立排烟道和上层车道之间用排烟板隔开，排烟板上设置上层顶部排烟口；多个排烟支管紧贴隧道外壁的内侧间隔布置；排烟支管的上端连通独立排烟道，下端通过设置在下层车道的侧壁上的下层侧顶部排烟口与下层车道连通；自动采集传感元件设置在隧道中。其填补了现有双层长大隧道火灾重点排烟试验系统的空白，是一种可操作性强、便于评判排烟性能好坏、具有较高的精确度、可信度的试验系统。

Description

双层长大隧道火灾重点排烟试验系统
技术领域
本发明涉及公路及城市道路隧道消防领域，特别是涉及一种长大隧道火灾重点排烟的试验系统。
背景技术
按照国际隧道协会(ITA)定义的划分标准：公路及城市道路隧道横断面面积大于100m2为大断面隧道；公路及城市道路隧道长度L>1000m为长隧道。
目前，隧道中广泛应用的排烟模式有纵向排烟模式和重点排烟模式。纵向排烟模式控制原理为利用隧道顶部的射流风机等通风设备产生不小于临界风速的纵向气流以防止烟气回流，并控制烟气向火源点下游流动，有助于上游营造良好的人员疏散救援环境。上海《道路隧道设计规范》(DG/TJ08-2033-2008)关于重点排烟模式的定义为：在隧道纵向设置专用排烟风道，并设置一定数量的排烟口；火灾时，远程控制火源附近的排烟口开启，将烟气快速有效地排出隧道内的行车空间。重点排烟模式排烟口在正常情况下保持关闭，隧道内发生火灾时，通过打开火源附近一定范围内的排烟口及排烟风机，使烟气进入排烟道进行集中排放。
随着城市地下空间的进一步开发，地下建构筑物日益密集，双层隧道因其占地小、空间利用率高而得到了越来越多的应用。对于长大双层隧道，当隧道封闭段较长时，通常会在隧道上方设置重点排烟风道来解决火灾通风排烟问题，而双层隧道因其空间狭长、封闭，难以布置出符合要求的排烟风道，且隧道内交通量大，导致火灾发生时排烟困难，烟气扩散迅猛、温升快、易拥堵，人员逃生在时间和空间上极其紧迫，往往会造成惨重的人员伤亡和重大的经济损失。
现有技术中的纵向排烟模式只能满足短距离隧道的消防排烟要求，而重点排烟模式无法满足双层隧道的消防排烟要求。由于工程中做现场试验限制太多，耗资也大，模型试验是一种常用研究方法，对于双层长大隧道火灾重点排烟试验是本领域的空白。亟需设置一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统，以得到该排烟模式的控烟效果，烟气、温度、流速、压力、能见度等火灾场景中影响疏散救援环境的主要参数，使试验数据服务于实际工程的设计和建设。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统。其填补了现有双层长大隧道火灾重点排烟试验系统的空白，是一种可操作性强、便于评判排烟性能好坏、具有较高的精确度、可信度的试验系统。
本发明的技术方案为：包括模拟实际工程的隧道外壁、独立排烟道、上层车道、下层车道、排烟支管和排烟装置；独立排烟道位于隧道内的最上层，向下依次为上层车道和下层车道；上层车道和下层车道与隧道外壁之间均设置有侧壁；独立排烟道和上层车道之间用排烟板隔开，排烟板上设置上层顶部排烟口；多个排烟支管紧贴隧道外壁的内侧间隔布置；排烟支管的上端连通独立排烟道，下端通过设置在下层车道的侧壁上的下层侧顶部排烟口与下层车道连通；若干自动采集传感元件设置在上层车道、下层车道、独立排烟道和排烟支管中；排烟装置包括位于隧道外壁外侧的排烟风机和排烟风管；所述排烟风机通过所述排烟风管与所述独立排烟道连通。
基于上述技术特征，隧道外壁上设置有观察窗。
基于上述技术特征，所述上层车道、下层车道的侧壁上设置内部观察窗，并与所述隧道外壁上的观察窗位置对应。
基于上述技术特征，还包括设置在带有滑动轨道的燃料盘内的火源，滑动轨道沿上层车道和下层车道纵向布置；燃料盘下设置承重测量装置。
基于上述技术特征，承重测量装置为天子天平。
基于上述技术特征，上层顶部排烟口和下层侧顶部排烟口的开启程度可调节。
基于上述技术特征，多个上层顶部排烟口沿隧道方向间隔布置，各所述上层顶部排烟口具有启闭功能。
基于上述技术特征：多个排烟支管沿隧道方向间隔布置，各所述下层侧顶部排烟口具有启闭功能。
基于上述技术特征：成对布置的卡扣板分别悬挑设置在隧道外壁的内部两侧，且位于同一平面上；排烟板放置在卡扣板上，数个卡扣板成对沿隧道外壁从上至下排列。排烟板可根据需要搁置在不同标高的卡扣板上，通过调整排烟板的高度同时调节了上层顶部排烟口的高度。
本方案中，隧道外壁、独立排烟道、上层车道、下层车道、排烟支管和排烟装置采用标准化制作的管节拼接而成。管节可以是铁、钢、不锈钢等其它材质制成。
本试验系统包括上层独立排烟道重点排烟系统、下层排烟支管重点排烟系统、排烟装置和自动采集传感元件测量系统；自动采集传感元件可依据试验工况需求在上层车道、下层车道、排烟支管和独立排烟道中灵活布设，实验目的是看排烟模式的控烟效果，烟气、温度、流速、压力、能见度等火灾场景中影响疏散救援环境的主要参数。上层独立排烟道重点排烟系统利用隧道顶部的空间设置独立烟道，独立排烟道和上层车道之间用排烟板隔开，排烟板上设置上层顶部排烟口；下层排烟支管重点排烟系统在下层车道顶侧部空间设置下层侧顶部排烟口，通过排烟支管与独立排烟道连通，与上层车道共用独立排烟道进行火灾情况下的集中排烟。在火灾情况下，打开排烟风机，并打开火源附近一定范围内的下层侧顶部排烟口和上层顶部排烟口，使烟气进行集中排放，把烟气控制在车道的一定范围内，有效控制烟气蔓延。经此设计的双层长大隧道火灾重点排烟试验系统填补了双层隧道火灾支管排烟模型试验的空白，可以更有效地开展双层长大隧道防火排烟等消防研究，对双层长大隧道运营安全具有重要的意义。
火灾试验研究包括全尺寸试验和缩尺试验，其中全尺寸试验往往受工程条件、操作等因素影响，不能系统完善地进行。本试验系统可根据实际工程按比例缩小，实际工程中做现场试验限制太多，耗资也大，模型试验是一种常用研究方法，在各类研究中都很常见。
另外，本发明对火源的设置进行了优化，其为具备滑动轨道的燃料盘，这样可以灵活操控和模拟火灾发生位置，不同的火灾发生位置也会对隧道内火灾环境产生很大影响，而且可以模拟移动火的情况，从而模拟行驶中的燃烧车辆。
由于对火源的推测大都是不准确的，因此拟定通过较为成熟的质量损失率计算火灾的热释放率，燃料盘下设置承重测量装置，承重测量装置优选为天子天平。电子天平实时监测燃料的质量变化，以确定火源的实时热释放率。
本发明中的下层排烟支管排烟系统是经过特殊设计的，排烟支管位于下层车道与独立排烟道之间的侧部空间，并通过下层侧顶部排烟口连接独立排烟道及下层车道。排烟支管两端与下层车道及独立排烟道连接处，并在下层侧顶部排烟口设置启闭阀，可以根据具体火灾工况选择性开启，并可调节开启程度。在上层车道发生火灾情况下，打开排烟风机，并打开火源附近一定范围内的上层顶部排烟口，关闭下层侧顶部排烟口，使烟气进入排烟道进行集中排放，把烟气控制在行车道的一定范围内，有效控制烟气蔓延；在下层车道发生火灾情况下，打开排烟风机，并打开火源附近一定范围内的下层侧顶部排烟口，关闭上层顶部排烟口，使烟气通过排烟支管进入独立排烟道进行集中排放，把烟气控制在行车道的一定范围内，有效控制烟气蔓延；通过自动采集传感元件记录的试验数据开展双层长大隧道火灾排烟研究。
整个装置由标准化制作的管节拼接而成，可模拟不同长度隧道的排烟防火性能。
上层顶部排烟口的开闭和开启程度可以进行调节，排烟板的上下位置可放置在不同高度的卡扣板进行调节，可以模拟不同排烟条件下隧道的排烟防火性能。
经此设计的新型双层长大隧道火灾重点试验系统填补了双层隧道火灾模型试验的空白，可以更有效的开展双层隧道防火消防研究，对隧道运营安全具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的侧视剖面图；
图2是本发明的排烟支管侧视图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是图2的B-B剖面图；
图5是本发明的自动采集传感元件布置示意图；
图6是图5的1-1剖面图；
图7是图5的2-2剖面图；
图8是本发明的排烟系统连接设计图；
图9是本发明的火源构造示意图。
其中，隧道外壁1、独立排烟道2、上层车道3、下层车道4、观察窗5、上层顶部排烟口6、下层侧顶部排烟口7、排烟支管8、自动采集传感元件9、排烟风机支架10、排烟风机11、排烟风管12、滑动轨道13、承重测量装置14、燃料盘15、火源16、内部观察窗17,卡扣板18、排烟板19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统主要包括模拟实际工程的隧道外壁1、独立排烟道2、上层车道3、下层车道4、排烟支管8和图8所示的排烟装置；隧道外壁1位于整个系统的最外部；独立排烟道2位于隧道内的最上层，向下依次为上层车道3和下层车道4；独立排烟道2的排烟板19、上层车道3和下层车道4可与火源直接接触，火灾发生在隧道中，当发生在上层车道时，火源会与上层车道接触，而火焰的上端可能会触碰到上层车道的顶部，即独立排烟道底部的排烟板19。当火灾发生在下层时，火源会与下层车道接触。独立排烟道2和上层车道3之间用排烟板19隔开，排烟板上设置上层顶部排烟口6；多个排烟支管8紧贴隧道外壁1间隔布置，不与火源直接接触；排烟支管8的上端连通独立排烟道2，下端通过设置在下层车道侧壁上的下层侧顶部排烟口7与下层车道4连通。
观察窗5位于隧道外壁1；内部观察窗17位于上、下层车道侧壁，且位置与隧道外壁的观察窗5位置对应，可方便从外部观测隧道内部的烟气流动。通过观察窗可以查看隧道内发生火灾时，隧道内的烟气流动。一般对于圆形截面隧道，为使得空间规整，往往在内部会设置侧壁，保证竖向呈直线，所以需要在侧壁和外壁相应的位置同时设置观察窗，以便观察内部的火灾烟气情况。
上层顶部排烟口6和下层侧顶部排烟口7的开启程度可调节；排烟支管8紧贴隧道外壁1。多个上层顶部排烟口6沿隧道方向间隔布置，各上层顶部排烟口6具有启闭功能。通过对各上层顶部排烟口闭合和开启的数量控制，可进行上层排烟间距6的调整，从而调整上层排烟总和的大小。
同理，多个排烟支管8沿隧道方向间隔布置，即多个下层侧顶部排烟口7沿隧道方向间隔布置，各下层侧顶部排烟口7具有启闭功能。通过对各下层侧顶部排烟口7闭合和开启的数量控制，可进行下层排烟间距的调整，从而调整下层排烟总和的大小。
成对布置的卡扣板18分别悬挑设置在隧道外壁的内部两侧，且位于同一平面上；排烟板19放置在卡扣板18上，数个卡扣板18成对沿隧道外壁从上至下排列。排烟板可根据需要放置在不同标高的卡扣板上，通过调整排烟板的高度同时调节了上层顶部排烟口的高度。图1所示为卡扣板18安装的一种形式，在两个标高处成对设置。当然，也可以如图6所示，卡扣板仅设置在一个标高处，或者根据需要多标高布置。
如图1、图2、图3和图4所示，排烟支管8紧贴隧道外壁，位于下层车道与独立排烟道之间的侧部空间，并通过下层侧顶部排烟口7连接独立排烟道2及下层车道4。排烟支管8两端与下层车道4及独立排烟道2连接处，采用焊接的方式可靠连接，并可在下层侧顶部排烟口7设置启闭阀，可以根据具体火灾工况选择性开启。排烟支管8的截面可为矩形或其它形状。
如图5至图7所示，若干自动采集传感元件9设置在上层车道3、下层车道4、独立排烟道2和排烟支管8中。自动采集传感元件包括温度传感器和风速传感器等。
如图8所示，排烟风机11在进行火灾试验时通过排烟风管12与独立排烟道2相连接，根据试验工况调整风量以开展排烟效率研究。
本试验系统工作时，在上层车道3发生火灾情况下，打开位于排烟风机支架10上的排烟风机11，并打开火源16附近一定范围内的上层顶部排烟口6，关闭下层侧顶部排烟口7，使烟气进入独立排烟道2进行集中排放，把烟气控制在行车道的一定范围内，有效控制烟气蔓延；在下层车道4发生火灾情况下，打开排烟风机11，并打开火源16附近一定范围内的下层侧顶部排烟口7，关闭上层顶部排烟口6，使烟气通过排烟支管8进入独立排烟道2进行集中排放，把烟气控制在行车道的一定范围内，有效控制烟气蔓延；通过自动采集传感元件9记录的试验数据开展双层长大隧道火灾排烟研究。装置由标准化制作的管节拼接而成，因此可以通过连接不同数量的管节模型，以模拟不同长度隧道的排烟防火功能。
图9所示是对火源的优化，火源16设置在滑动轨道13的燃料盘15内，滑动轨道沿上层车道和下层车道纵向布置；燃料盘设置在滑动轨道上，能沿轨道滑行；燃料盘15下设置承重测量装置14。这种滑轨式火源装置，燃料盘内的火源可沿轨道在隧道的不同位置滑动，可以灵活模拟不同位置处的火灾情况，也能够形成移动火从而模拟行驶中的燃烧车辆。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：包括模拟实际工程的隧道外壁(1)、独立排烟道(2)、上层车道(3)、下层车道(4)、排烟支管(8)和排烟装置；所述独立排烟道(2)位于隧道内的最上层，向下依次为所述上层车道(3)和所述下层车道(4)；所述上层车道(3)和所述下层车道(4)与所述隧道外壁(1)之间均设置有侧壁；所述独立排烟道(2)和所述上层车道(3)之间用排烟板(19)隔开，所述排烟板(19)上设置上层顶部排烟口(6)；多个所述排烟支管(8)紧贴所述隧道外壁(1)的内侧间隔布置；所述排烟支管(8)的上端连通所述独立排烟道(2)，下端通过设置在所述下层车道(4)的侧壁上的下层侧顶部排烟口(7)与所述下层车道(4)连通；若干自动采集传感元件(9)设置在所述上层车道(3)、所述下层车道(4)、所述独立排烟道(2)和所述排烟支管(8)中；所述排烟装置包括位于所述隧道外壁(1)外侧的排烟风机(11)和排烟风管(12)；所述排烟风机(11)通过所述排烟风管(12)与所述独立排烟道(2)连通。
2.根据权利要求1所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：所述隧道外壁(1)上设置有观察窗(5)。
3.根据权利要求2所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：所述上层车道(3)、下层车道(4)的侧壁上设置内部观察窗(17)，并与所述隧道外壁(1)上的观察窗(5)位置对应。
4.根据权利要求1所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：还包括设置在带有滑动轨道(13)的燃料盘(15)内的火源(16)，所述滑动轨道(13)沿所述上层车道(3)和所述下层车道(4)纵向布置；所述燃料盘(15)下设置承重测量装置(14)。
5.根据权利要求4所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：所述承重测量装置(14)为电子天平。
6.根据权利要求1所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：所述上层顶部排烟口(6)和所述下层侧顶部排烟口(7)的开启程度可调节。
7.根据权利要求1所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：多个所述上层顶部排烟口(6)沿隧道方向间隔布置，各所述上层顶部排烟口(6)具有启闭功能。
8.根据权利要求1所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：多个所述排烟支管(8)沿隧道方向间隔布置，各所述下层侧顶部排烟口(7)具有启闭功能。
9.根据权利要求1所述的一种双层长大隧道火灾重点排烟试验系统,其特征在于：成对布置的卡扣板(18)分别悬挑设置在所述隧道外壁(1)的内部两侧，且位于同一平面上；所述排烟板(19)放置在所述卡扣板(18)上，数个所述卡扣板(18)成对沿隧道外壁从上至下排列。
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