CN110907210A - 一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，包括试验隧道、数据采集装置、风机装置、火源装置和发烟装置，试验隧道整体框架为角钢焊接构件，其壁面为防火材料制成，试验隧道包括上层弧形隧道和下层矩形隧道，底部均设有所述火源装置和发烟装置，试验隧道的左右两侧分别设有疏散通道和排烟结构，排烟结构包括排烟口和排烟通道，排烟口为上下两层，风机装置包括射流风机和轴流风机，轴流风机设置在排烟通道的出口处，射流风机为两个，且分别设置在上层弧形隧道和下层矩形隧道左端部的上方。本发明提供的试验平台能够真实准确模拟出火灾中烟气情况，且可以进行多组有效对照试验，增加试验结论的科学性。

Description

一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台

技术领域

本发明涉及隧道火灾通风排烟领域，更具体地说，它涉及一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台。

背景技术

在国民经济和交通系统飞速发展的驱动下，近年来中国建造了大量的隧道，截止2018年年末，中国公路隧道共17738处、1723.61万米，其中特长隧道1058处、470.66万米，长隧道4315处、742.18万米。由于隧道几乎完全封闭的结构特点，发生火灾后产生的烟和热难以及时排出，极易造成严重的人员伤亡和结构损伤。

高温烟气是火灾中致人伤亡最主要的危害因素，隧道发生火灾后如何及时、高效地将火灾产生的高温烟气排出隧道是为关键。隧道排烟模式包括自然排烟和机械排烟，机械排烟又包括纵向排烟模式、横向排烟模式以及纵向和横向相结合的组合式排烟模式。自然排烟模式是通过在隧道顶部设置通风竖井，利用烟气在坡度隧道内以及竖井中形成的烟囱效应将烟气排出隧道，因其经济、实用、简单的特性，广泛应用于短隧道以及单向隧道中。纵向排烟系统相对简单、有效且成本较低，在单线公路隧道中得到了广泛的应用。横向排烟模式包括全横向排烟及半横向排烟，以及近年来衍生出的点式排烟、集中排烟、重点排烟以及纵向通风与集中排烟组合的综合排烟模式，该排烟方式是在隧道顶棚、侧壁或底部沿隧道长度方向设置专门的排烟道，并间隔一定距离设排烟口，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车行空间，为人员疏散和灭火救援提供更多的安全时间和空间。

然而，对于双层公路隧道发生火灾后的烟流特性及温度场分布尚未得到解决，在双层公路隧道侧壁设置集中排烟道进行有效排烟成为困扰的技术问题。由此，建立能够用于纵向通风与侧向集中排烟模式下的双层盾构隧道烟流特性及温度场分布研究的试验系统，是亟待解决的实际问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其至少解决了部分上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:

一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，包括试验隧道、数据采集装置、风机装置、火源装置和发烟装置，所述试验隧道整体框架为角钢焊接构件，其壁面为防火材料制成，所述试验隧道包括上层弧形隧道和下层矩形隧道，所述上层弧形隧道和所述下层矩形隧道的底部均设有所述火源装置和与所述火源装置邻近设置的所述发烟装置，所述试验隧道的左右两侧分别设有疏散通道和排烟结构，所述排烟结构包括排烟口和排烟通道，所述排烟口为上下两层，上层所述排烟口连通所述上层弧形隧道与所述排烟通道，下层所述排烟口连通所述下层矩形隧道与所述排烟通道；所述风机装置包括用于送风的射流风机和用于排烟的轴流风机，所述轴流风机设置在所述排烟通道的出口处，所述射流风机为两个，且分别设置在所述上层弧形隧道和所述下层矩形隧道左端部的上方。

进一步优选为：上层和下层所述排烟口均设有多组，所述火源装置在所述上层弧形隧道和所述下层矩形隧道中的位置可调整；所述排烟口包括打开状态和关闭状态，且能在两种状态之间切换，不同组的排烟口之间的距离不同。

进一步优选为：还包括对所述排烟口的宽度进行调节的调节结构，所述调节结构包括可移动挡板、固定钢板、刻度尺和螺栓紧固件，所述固定钢板焊接在所述试验隧道上，所述固定钢板上设有多个螺纹孔，所述螺栓紧固件与所述螺纹孔配合已将所述可移动挡板和所述刻度尺固定在所述固定钢板上，通过调整螺栓紧固件与不同螺纹孔之间的配合，来实现所述可移动挡板对所述排烟口宽度的调节。

进一步优选为：还包括对所述排烟口的宽度进行调节的调节结构，所述调节结构包括可移动挡板、固定钢板和螺栓件，所述固定钢板焊接在所述试验隧道上，所述固定钢板上设有第一滑槽，所述可移动挡板上相应设有第二滑槽，所述螺栓件穿过所述第一滑槽和所述第二滑槽，以将所述可移动挡板固定在所述固定钢板上；通过所述第二滑槽与所述第一滑槽的不同位置的固定，实现所述可移动挡板在所述固定钢板上位置的移动，进而实现所述可移动挡板对所述排烟口宽度的调节。

进一步优选为：所述数据采集装置包括温度采集装置，所述温度采集装置包括多个热电偶，所述热电偶悬挂在所述试验隧道内，多个所述热电偶分别位于所述试验隧道的中心、与所述疏散通道和所述排烟口邻近设置。

进一步优选为：多个所述热电偶线性分布在所述试验隧道的长度方向上；在所述试验隧道的长度方向上，以所述火源装置为中心，沿所述试验隧道的两端，相邻两个所述热电偶之间的距离增大。

进一步优选为：靠近所述火源装置的至少七个所述热电偶为铠装K型热电偶，其余为普通K型热电偶。

进一步优选为：所述数据采集装置包括流速采集装置，所述流速采集装置包括多个皮托管、多个微压差传感器和流速采集仪，所述微压差传感器采集所述皮托管的全压与静压的差值，并传递给所述流速采集仪；多个所述皮托管与多个所述微压差传感器连接，并分别固定在所述上层弧形隧道的顶部中心位置、所述下层矩形隧道的顶部中心位置和所述排烟通道中；其中在所述试验隧道的长度方向上，靠近所述火源装置处的相邻两个所述微压差传感器的距离小于远离所述火源装置处的相邻两个所述微压差传感器的距离。

进一步优选为：所述试验隧道的壁面由钢铸件和防火玻璃制成，且靠近所述火源装置处的所述试验隧道的壁面上的防火玻璃，为透明的钢化玻璃；远离所述火源装置处的所述试验隧道的壁面上的防火玻璃，为透明的有机玻璃。

进一步优选为：所述数据采集装置还包括设置在所述防火玻璃外侧的多台摄像装置，以对所述试验隧道内的情况进行拍照和录像。

综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)整个试验平台的模型可以真实准确的模拟火灾过程中烟气的蔓延规律，为排烟设计提供指导。(2)试验隧道的纵向通风风速和排烟量可通过调频器调节，能够更加全面的研究纵向通风风速和排烟量对隧道排烟效率的影响，以及不同纵向通风风速和排烟量下排烟系统对烟气的控制效果。(3)通过关闭开启不同的排烟口，能够便捷的进行不同烟控模式的切换，可以进行不同烟控模式下的试验。(4)上层弧形隧道和下层矩形隧道可独立模拟火灾发生的情况，也可同时开展火灾试验，研究上下层隧道同时发生火灾时复杂的火灾烟气蔓延规律。(5)能够进行多组对照试验，提高试验结论的科学性。

附图说明

图1是本发明一实施例中试验隧道的横截面图；

图2是本发明一实施例中试验隧道的俯视图；

图3是本发明一实施例中试验隧道的排烟口位置示意图；

图4是本发明一实施例中试验隧道的横截面上的温度采集装置示意图；

图5是本发明一实施例中试验隧道的上层弧形隧道和下层矩形隧道上的温度采集装置的位置示意图；

图6是本发明一实施例中试验隧道的横截面上的流速采集装置示意图；

图7是本发明一实施例中试验隧道的上层弧形隧道和下层矩形隧道上的流速采集装置的位置示意图；

图8是本发明一实施例中试验隧道的排烟通道内的流速采集装置的位置示意图；

图9是本发明一实施例中试验隧道的风机结构示意图；

图10是本发明一实施例中试验隧道的排烟口和风机结构示意图；

图11是本发明一实施例中试验隧道的排烟口调节结构的结构正视图；

图12是本发明一实施例中试验隧道的排烟口调节结构的结构侧视图；

图中，10、试验隧道；11、上层弧形隧道；12、下层矩形隧道；13、疏散通道；14、排烟结构；15、电缆管道；141、排烟口；142、排烟通道；143、排烟工作井；144、调节机构；1441、可移动挡板；1442、固定钢板；1443、刻度尺；1444、螺纹孔；1445、螺栓紧固件；1446、钢铸件；111、上层隧道地面；121、下层隧道地面；123、隧道行车道；21、温度采集装置；22、流速采集装置；211、热电偶；31、射流风机；32、轴流风机；40、火源装置；41、发烟装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例：参考图1至图12，在本发明一个实施例中，提供了一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，包括试验隧道10、数据采集装置(未图示)、风机装置(未图示)、火源装置40和发烟装置41，试验隧道10整体框架为角钢焊接构件，其壁面为防火材料制成，这样能够确保试验隧道10结构的稳定性，满足多次试验的需求。试验隧道10包括上层弧形隧道11和下层矩形隧道12，符合实际公路隧道的设计，上层弧形隧道11和下层矩形隧道12的底部均设有火源装置40和发烟装置41，优选为在隧道的长度方向的中间位置，这样可以试验两端的烟气排出效果，便于试验设计，每次试验时，在火源装置40旁放置发烟装置41。试验隧道10的左右两侧分别设有疏散通道13和排烟结构14，疏散通道13模拟出实际公路隧道的具体情形，便于人员疏散。排烟结构14包括排烟口141和排烟通道142，排烟口141为上下两层，用于配合双层公路隧道设计，上层排烟口141连通上层弧形隧道11与排烟通道142，方便将上层弧形隧道11中的烟气排到排烟通道142中，下层排烟口141连通下层矩形隧道12与排烟通道142；方便将下层矩形隧道12中的烟气排到排烟通道142中，风机装置包括用于送风的射流风机31和用于排烟的轴流风机32，轴流风机32设置在排烟通道142的出口处，射流风机31为2个，且分别设置在上层弧形隧道11和下层矩形隧道12左端部的上方。这样，射流风机31能够对上层弧形隧道11和下层矩形隧道12进行吹风，使得里面的烟气得以从排烟口141排出。可选地，射流风机31和轴流风机32都连接有调频器，能够对风机的风量进行调整，便于进行多组参照试验，提供更多组的试验数据，来检测试验装置的科学性和合理性。

可选地：每层排烟口141均设有多组，火源装置40在上层弧形隧道11和下层矩形隧道12中的位置可调整，每组排烟口141包括打开状态和关闭状态，且能够在两种状态之间切换，根据试验需要进行不同排烟口141的打开和关闭，并且不同组的排烟口141之间的距离不同。

可选地：在本发明的一个实施例中，再次参考图11和图12，试验隧道还包括对排烟口141的宽度进行调节的调节结构(未图示)，调节结构包括可移动挡板1441、固定钢板1442、刻度尺1443和螺栓紧固件1445，固定钢板1442焊接在试验隧道10的钢铸件1446上，固定钢板1442上设有多个螺纹孔1444，螺栓紧固件1445与螺纹孔1444配合已将可移动挡板1441和刻度尺1443固定在固定钢板1442上，通过调整螺栓紧固件1445与不同螺纹孔1444之间的配合，能够使得可移动挡板1441对排烟口141的遮挡的面积，来实现可移动挡板1441对排烟口141打开宽度的调节，进而实现了排烟量的调节。刻度尺1443的设计能够提供更加精准的调节控制，便于试验数据的记录。这样就能够试验出排烟口141面积大小对排烟效率的影响，调节结构的设计便于提供更多组试验数据。可选地，固定钢板1442厚度为1.5～2.5mm，优选为2mm，相邻螺纹孔1444的间距为0.05～0.15m，优选为0.1m，排烟口141宽度可调范围为0～1m。

可选地：在本发明的另一个实施例中，试验隧道还包括对排烟口141的宽度进行调节的调节结构，调节结构包括可移动挡板1441、固定钢板1442和螺栓件(未图示)，固定钢板1442焊接在试验隧道10的钢铸件1446上，固定钢板1442上设有第一滑槽(未图示)，可移动挡板1441上相应设有第二滑槽(未图示)，螺栓件穿过第一滑槽和第二滑槽，以将可移动挡板1441固定在固定钢板1442上；通过第二滑槽与第一滑槽的不同位置的固定，实现可移动挡板1441在固定钢板1442上位置的移动，进而实现可移动挡板1441对排烟口141宽度的调节。具体地，将第二滑槽对准第一滑槽，根据需要进行第二滑槽位置的移动，然后通过螺栓件将第二滑槽的位置固定住，就能够实现排烟口141的面积大小的无级调节，方便试验更多组火灾排烟试验。

可选地：在本发明一个实施例中，再次参考图4和图5，试验隧道的数据采集装置包括温度采集装置21，温度采集装置21包括热电偶211，热电偶211悬挂在试验隧道10内；这样能够对试验隧道10内垂直方向上进行温度采集，热电偶211位于试验隧道10的中心、疏散通道13和排烟口141附近。位于排烟口141附近的热电偶211和排烟口141在竖直方向的中心线位于同一平面内，这样能够确保排烟口141中心位置的温度得到采集。

可选地：热电偶211为多个，线性分布在试验隧道10的长度方向上；在试验隧道10的长度方向上，以火源装置40为中心，沿试验隧道10的两端，相邻两个热电偶211之间的距离增大。在隧道火灾中，主要需要测定隧道内水平及竖直方向上的温度分布，由于在火源附近温度在水平方向变化较大，所以火源附近左右两边需要加密温度测点。在隧道内距火源较远的位置温度测点可以适度稀疏。

可选地：靠近火源装置40的至少七个热电偶211为铠装K型热电偶211，其余为普通K型热电偶。由于距离火源装置40较近的位置温度较高，对于热电偶211可能造成损害，因此设计成铠装K型热电偶，在热电偶211的套头外侧套上钢管，能够满足高温的采集，且保护好热电偶211。

可选地：再次参考图6至图8，数据采集装置包括流速采集装置22，流速采集装置22包括多个皮托管(未图示)、多个微压差传感器(未图示)和流速采集仪(未图示)，微压差传感器采集皮托管的全压与静压的差值，并传递给流速采集仪；多个皮托管与多个微压差传感器连接，并分别固定在上层弧形隧道11的顶部中心位置、下层矩形隧道的顶部中心位置和排烟通道142中；皮托管的全压与静压的差值是通过微差压传感器进行采集的。

进一步优选地，为了能够更好地获得试验数据，更加精准地表现出试验隧道10内的烟气的流速情况，在试验隧道10的长度方向上，靠近火源装置40处的相邻两个微压差传感器的距离小于远离火源装置40处的相邻两个微压差传感器的距离，即对靠近火源装置40处的微压差传感器进行加密流速测点。

可选地：试验隧道10的壁面由钢铸件1446和防火玻璃(未图示)制成，且靠近火源装置40处的试验隧道10的壁面上的防火玻璃，为透明的钢化玻璃；远离火源装置40处的试验隧道10的壁面上的防火玻璃，为透明的有机玻璃。这样试验隧道10的壁面能够有效防火，提高试验隧道10的耐用性，同时玻璃材质也便于观察隧道中火灾的具体情况。

可选地：数据采集装置还包括设置在防火玻璃外侧的多台摄像装置，以对试验隧道10内的情况进行拍照和录像。这样能够实时记录下试验情况，便于后续实验数据的研究，为实际隧道的消费设计提供指导意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：包括试验隧道、数据采集装置、风机装置、火源装置和发烟装置，所述试验隧道整体框架为角钢焊接构件，其壁面为防火材料制成，所述试验隧道包括上层弧形隧道和下层矩形隧道，所述上层弧形隧道和所述下层矩形隧道的底部均设有所述火源装置和与所述火源装置邻近设置的所述发烟装置，所述试验隧道的左右两侧分别设有疏散通道和排烟结构，所述排烟结构包括排烟口和排烟通道，所述排烟口为上下两层，上层所述排烟口连通所述上层弧形隧道与所述排烟通道，下层所述排烟口连通所述下层矩形隧道与所述排烟通道；所述风机装置包括用于送风的射流风机和用于排烟的轴流风机，所述轴流风机设置在所述排烟通道的出口处，所述射流风机为两个，且分别设置在所述上层弧形隧道和所述下层矩形隧道左端部的上方。

2.根据权利要求1所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：上层和下层所述排烟口均设有多组，所述火源装置在所述上层弧形隧道和所述下层矩形隧道中的位置可调整；所述排烟口包括打开状态和关闭状态，且能在两种状态之间切换，不同组的排烟口之间的距离不同。

3.根据权利要求2所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：还包括对所述排烟口的宽度进行调节的调节结构，所述调节结构包括可移动挡板、固定钢板、刻度尺和螺栓紧固件，所述固定钢板焊接在所述试验隧道上，所述固定钢板上设有多个螺纹孔，所述螺栓紧固件与所述螺纹孔配合已将所述可移动挡板和所述刻度尺固定在所述固定钢板上，通过调整螺栓紧固件与不同螺纹孔之间的配合，来实现所述可移动挡板对所述排烟口宽度的调节。

4.根据权利要求2所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：还包括对所述排烟口的宽度进行调节的调节结构，所述调节结构包括可移动挡板、固定钢板和螺栓件，所述固定钢板焊接在所述试验隧道上，所述固定钢板上设有第一滑槽，所述可移动挡板上相应设有第二滑槽，所述螺栓件穿过所述第一滑槽和所述第二滑槽，以将所述可移动挡板固定在所述固定钢板上；通过所述第二滑槽与所述第一滑槽的不同位置的固定，实现所述可移动挡板在所述固定钢板上位置的移动，进而实现所述可移动挡板对所述排烟口宽度的调节。

5.根据权利要求1所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：所述数据采集装置包括温度采集装置，所述温度采集装置包括多个热电偶，所述热电偶悬挂在所述试验隧道内，多个所述热电偶分别位于所述试验隧道的中心、与所述疏散通道和所述排烟口邻近设置。

6.根据权利要求5所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：多个所述热电偶线性分布在所述试验隧道的长度方向上；在所述试验隧道的长度方向上，以所述火源装置为中心，沿所述试验隧道的两端，相邻两个所述热电偶之间的距离增大。

7.根据权利要求6所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：靠近所述火源装置的至少七个所述热电偶为铠装K型热电偶，其余为普通K型热电偶。

8.根据权利要求1所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：所述数据采集装置包括流速采集装置，所述流速采集装置包括多个皮托管、多个微压差传感器和流速采集仪，所述微压差传感器采集所述皮托管的全压与静压的差值，并传递给所述流速采集仪；多个所述皮托管与多个所述微压差传感器连接，并分别固定在所述上层弧形隧道的顶部中心位置、所述下层矩形隧道的顶部中心位置和所述排烟通道中；其中在所述试验隧道的长度方向上，靠近所述火源装置处的相邻两个所述微压差传感器的距离小于远离所述火源装置处的相邻两个所述微压差传感器的距离。

9.根据权利要求1至8任一所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：所述试验隧道的壁面由钢铸件和防火玻璃制成，且靠近所述火源装置处的所述试验隧道的壁面上的防火玻璃，为透明的钢化玻璃；远离所述火源装置处的所述试验隧道的壁面上的防火玻璃，为透明的有机玻璃。

10.根据权利要求9所述的一种双层盾构公路隧道火灾通风排烟试验平台，其特征在于：所述数据采集装置还包括设置在所述防火玻璃外侧的多台摄像装置，以对所述试验隧道内的情况进行拍照和录像。

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