CN111462606A - 一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，包括两部分：一是交通隧道群烟雾窜流研究系统，包括移动小车，隧道升降结构，纵向风装置，顶棚集中排烟装置，固定支架，隧道滑轨，热电偶，烟雾探测仪等；二是交通隧道群应急救援系统，包括局部平行隧道，横通道，横通道滑动密封门，可移动密封墙，水幕等。该系统可实现短距离相邻隧道之间，在不同纵向风风速和顶棚集中排烟风速协同作用下，不同隧道间距、不同火源位置、不同高宽比隧道内污染物扩散窜流情况，以及修正高海拔地区救援疏散参数；此外，还可以把该实验系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验。

Description

一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统

技术领域

本发明属于交通隧道安全和应急救援领域，涉及一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，主要用于模拟隧道群污染物扩散窜流情况，以及修正高海拔地区救援疏散参数。

背景技术

近年来，山岭隧道的建设进入快速发展时期，长大隧道群的建设也日益增多。随之而来的隧道出口废气影响周边居民生活环境、干扰左右或前后相邻隧道通风效率的问题日益严重，同时对于长大交通隧道群，一旦发生火灾事故，如果通风控制不当，很容易发生隧道烟气污染物窜流问题，严重影响下游相邻隧道的安全问题。目前国内外对公路隧道通风问题研究，大多没有考虑相邻隧道间通风窜流二次污染和污染物窜流问题。

目前，国内外没有专门针对隧道群通风排烟和救援疏散的设计规范，现执行的行业标准《公路隧道设计规范》(第二册交通工程与附属设施，JTG D70-2—2014)和《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)和《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB10020-2017)中防排烟设计中尚无专门条款进行说明。因此，需要对交通隧道群烟雾窜流特征进行深入的研究，尤其是高海拔地区隧道群。

另外一个面临的复杂问题是隧道群的应急救援，《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB 10020-2017)中规定，长度20km及以上的隧道或隧道群应设置紧急救援站。由于环境条件的限制和灾害的复杂性，高海拔长大隧道群的防灾减灾与应急救援成为隧道安全运营的难点和关键。在诸多灾害中，以发生在隧道内的火灾危害最为严重。在高海拔低温低压地区人体的生理机能会发生变化，逃生能力大大下降，其逃生横通道的宽度和横通道之间的间距需要修正，所以亟需研究高海拔地区隧道通风控制和人员应急救援等内容，对于川藏等高原隧道群的救援疏散和通风控制研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，以期能通过改善短距离相邻隧道间通风窜流二次污染和污染物窜流问题，修正高海拔地区应急救援关键参数，提高高海拔地区隧道的安全性和事故发生后的逃生率。

本发明为解决以上技术问题采用如下技术方案：一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，包括：交通隧道群烟雾窜流研究系统、交通隧道群应急救援系统，所述通隧道群烟雾窜流研究系统包括移动小车(28)，小车滑轨(29)，隧道升降结构，纵向风装置，顶棚集中排烟装置，固定支架(18)，可移动隧道装置，隧道滑轨(27)，热电偶树(7)，热电偶串(30)，烟雾探测仪(22)；所述交通隧道群应急救援系统包括局部平行隧道(38)，横通道(39)，横通道滑动密封门(40)，可移动密封墙(42)，集中排烟管(20)和水幕(33)；

交通隧道群烟雾窜流研究系统中，所述移动小车(28)包括两种类型，第一种类型，针对实验所需燃烧火为气体火焰的情况，移动小车(28)包括风速仪探针(1)，笔记本电脑(2)，风速仪(3)，燃气罐(4)，流量计(5)，气体管(6)，热电偶树(7)，燃烧器(8)；第二种类型，针对实验所需燃烧火为液体火焰的情况，移动小车(28)包括风速仪探针(1)，笔记本电脑(2)，风速仪(3)，天平(9)，热电偶树(7)，燃烧池(10)；

所述隧道升降结构包括液压式千斤顶(23)，顶棚排烟软管(12)，密封条(13)；人工手动操作液压式千斤顶(23)实现隧道高度的变化，从而满足实验所需的高宽比；顶棚排烟软管(12)一端与隧道相通，一端与集中排烟管(20)相通，该排烟软管(12)能够满足隧道高度调节变化所需的要求；耐高温密封条(13)用于阻断隧道内烟气从结构缝中溢出；

所述交通隧道群应急救援系统包括，隧道升降结构，纵向风装置，顶棚排烟装置，可移动隧道装置，热电偶树(7)，热电偶串(30)，烟雾探测仪(22)，水幕(33)，横通道(39)，横通道滑动密封门(40)；

所述横通道(39)通过开闭横通道滑动密封门(40)来调节横通道(39)之间的间距，以便满足横通道(39)间距相关研究实验；可移动密封墙(42)与横通道滑动密封门(40)固定连接，通过调节横通道滑动密封门(40)不同的闭合程度，来实现横通道(39)宽度的调节。

进一步的，所述纵向风装置包括变频轴流风机(14)，整流管段(15)，帆布密封段(16)，固定支架(18)；通过调节风机为实验隧道提供风速可调节的、稳定的纵向风(17)；为了使纵向风(17)的风速和风向保持稳定，在风机前设置有一段整流管段(15)；纵向风(17)风速通过风速仪(3)标定。

进一步的，所述顶棚集中排烟装置包括顶棚排烟软管(12)，顶棚排烟管阀(19)，集中排烟管(20)，集中排烟风机(21)；集中排烟风机(21)提供排烟动力，通过集中排烟管(20)和顶棚排烟软管(12)来实现隧道顶棚集中排烟；通过调节顶棚排烟管阀(19)来满足实验所需的局部顶棚排烟要求。

进一步的，还包括交通隧道群烟雾扩散测量系统，用于调节该试验台的隧道间距(43)，把系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验；通过改变模拟小隧道间距(44)以及模拟小隧道高度(45)来实现更小尺寸的模拟实验。

进一步的，所述可移动隧道装置，一端隧道固定在移动支架(26)上，该支架包括一段隧道滑轨(27)和支架轮(25)，通过调节移动支架(26)的位置满足实验所需的隧道间距；所述交通隧道群烟雾扩散测量系统中，隧道侧壁的一侧装有耐高温玻璃，在激光源片光仪(31)的作用下，实验时直接观察火源燃烧情况以及烟气蔓延范围；耐高温玻璃框能够以扇形方式打开，便于实验器材安置。

进一步的，交通隧道群烟雾扩散测量和应急救援系统用于检测短距离相邻隧道之间，在不同纵向风(17)风速和顶棚集中排烟风速协同作用下，不同隧道间距、不同火源位置、不同高宽比隧道内污染物扩散窜流情况，以及修正高海拔地区救援疏散参数；还用于把该实验系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验，以及测量不同条件下隧道群内汽车尾气扩散特征。

进一步的，移动小车(28)用于实现火源在隧道内不同位置的实验要求，通过用PID控制移动小车(28)的移动速度，模拟列车运行时发生火灾的情形，研究隧道群内移动火源对烟气扩散的影响。

进一步的，交通隧道群应急救援系统中，若事故列车(35)因故障或灾害不能定点停车且所停靠点一侧没有局部平行隧道(38)，则乘客待列车停稳后，下车后向隧道上游跑去；同时，启动纵向通风装置、顶棚集中排烟装置和水幕(33)，把事故烟气(34)控制某一立面内，不得往上游蔓延；同时，启动纵向通风装置，调节轴流风机(14)的频率控制纵向风(17)风速，使得烟气往下游扩散，开启顶棚集中排烟装置，启动集中排烟风机(21)，从集中排烟管(20)排出部分事故烟气(34)，处于事故上游的水幕(33)也将开启，隔离逆纵向风(17)而来的事故烟气(34)，通过启动这些装置从而把事故烟气(34)控制在某一立面内，不得往上游蔓延；若事故列车(35)能够定点停车，则停靠在有局部平行隧道(38)的一侧，乘客待列车停稳后，下车后向横通道(39)内跑去，在局部平行隧道(38)内等待应急救援车(36)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、在交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统方面，提供了事故烟雾检测和应急救援设施，用于检测相邻隧道之间，在不同纵向风风速和顶棚集中排烟风速协同作用下，不同隧道间距、不同火源位置、不同高宽比隧道内污染物扩散窜流情况；在烟雾蔓延情况下，提供横通道，局部平行隧道水幕等设施，研究不同实验参数下的应急疏散能力。此外，还可以把该实验系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验，，以及可以测量不同条件下隧道群内汽车尾气扩散特征。

2、在隧道结构方面，提供了可改变高宽比的隧道模型，能够灵活可变的调整隧道的高度，满足不同高度工况下的实验要求；此外，隧道群末端有一节带有隧道轨道的可移动隧道，能灵活的改变隧道群之间的间距，可以应对多种实验要求。

3、在火灾通风模拟实验方面，本发明实验系统可以真实模拟火灾烟气在隧道群内顶棚排烟系统作用下流动规律。同时在此种隧道顶棚集中排烟模式下，利用通风系统有效保证了火灾烟气控制，阻止火灾烟气逆向蔓延。本发明利用合理的排烟技术措施，有效的服务于隧道排烟控制需要。

4、隧道群主要分布在多山的高海拔地区，低温低压的实验的环境比较恶劣，需要协调大量的人力物力、经济耗费大、条件难以控制、影响隧道运营，全尺寸隧道实验不易开展。开展满足相似性理论的小尺寸模型模拟实验，揭示隧道群相关的实验规律，是一种比较好的选择。同时，小尺寸实验具有易操控性、良好的可再现性以及测量结果的可信度高等优点。

5、在隧道群应急救援方面，本发明采用可调节宽度的横通道与平行隧道相连接，可以满足高海拔地区横通道宽度修正的实验要求，在高海拔地区可以搭建缩尺寸模型来进行仿真实验研究。此外，可以利用横通道滑动密封门的开合，调整横通道之间的间距，满足高海拔地区研究横通道间距修正的相关实验要求。

附图说明

图1为交通隧道群烟雾扩散测量系统全貌图；

图2a为配置气体燃烧装置的移动小车图；

图2b为配置液体燃烧装置的移动小车图；

图3为隧道升降结构图；

图4为纵向风装置示意图；

图5为顶棚集中排烟装置图；

图6a为系统试验台作为风洞模拟小隧道实验台图；

图6b为模拟小隧道实验布置图；

图7a为在上游隧道内发生事故，事故烟气未扩散到下游隧道模式图；

图7b为在上游隧道内发生事故，事故烟气刚好扩散到下游隧道模式图；

图7c为在上游隧道内发生事故，事故烟气严重扩散到下游隧道模式图；

图7d为在隧道间隔处发生事故，事故烟气严重扩散到两侧隧道模式图；

图7e为在隧道间隔处发生事故，事故烟气严重扩散到下游隧道模式图；

图7f为在隧道间隔处发生事故，事故烟气未扩散到两侧隧道模式图；

图8为随机停车应急救援图；

图9a为横通道细节图；

图9b为无纵向风时火灾排烟示意；

图9c为带有局部平行隧道的全貌图。

附图标记说明：

1.风速仪探针，2.笔记本电脑，3.风速仪，4.燃气罐，5.流量计，6.气体管，7.热电偶树，8.燃烧器，9.天平，10.燃烧池，11.排烟管口，12.顶棚排烟软管，13.密封条，14.变频轴流风机，15.整流管段，16.帆布密封段，17.纵向风，18.固定支架，19.顶棚排烟管阀，20.集中排烟管，21.集中排烟风机，22.烟雾探测仪，23.液压式千斤顶，24-1.模拟小隧道a，24-2.模拟小隧道b，24-3.模拟小隧道c，25.支架轮，26.移动支架，27.隧道滑轨，28.移动小车，29.小车滑轨，30.热电偶串，31.激光源片光仪，32.逃生方向，33.水幕，34.事故烟气，35.事故列车，36.应急救援车，37.新鲜空气，38.局部平行隧道，39.横通道，40.横通道滑动密封门，41.滑动方向，42.可移动密封墙，43.隧道间距，44.模拟小隧道间距，45.模拟小隧道高度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、8、9c所示，本发明提出一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，主要包括两部分：

第一部分是如图1所示的交通隧道群烟雾扩散测量系统，包括移动小车28，小车滑轨29，隧道升降结构，纵向风装置，顶棚集中排烟装置，固定支架18，可移动隧道装置，隧道滑轨27，热电偶树7，热电偶串30，烟雾探测仪22；

第二部分是如图8、9c所示的交通隧道群应急救援系统，包括局部平行隧道38，横通道39，横通道滑动密封门40，可移动密封墙42，集中排烟管20和水幕33。交通隧道群烟雾扩散测量和应急救援系统用于检测短距离相邻隧道之间，在不同纵向风17风速和顶棚集中排烟风速协同作用下，不同隧道间距、不同火源位置、不同高宽比隧道内污染物扩散窜流情况，以及修正高海拔地区救援疏散参数；此外，还可以把该实验系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验，以及可以测量不同条件下隧道群内汽车尾气扩散特征。

在交通隧道群烟雾窜流研究系统中，如图2a、2b所示，移动小车28包括两种类型，类型一，如图2a所示，实验所需燃烧火为气体火焰，移动小车28包括风速仪探针1，笔记本电脑2，风速仪3，燃气罐4，流量计5，气体管6，热电偶树7，燃烧器8；例如，在研究隧道内火灾烟雾逆流长度实验时，就可使用图2a所示移动小车28。燃气罐4内装有丙烷气体，通过流量计5控制燃烧速率。与此同时，热电偶树7和风速仪3连接笔记本电脑2实时记录温度和纵向风17风速。如需研究移动列车的火灾情形，则可通过PID控制移动速度即可实现。

类型二，如图2b所示，实验所需燃烧火为液体火焰情况时，移动小车28包括风速仪探针1，笔记本电脑2，风速仪3，天平9，热电偶树7，燃烧池10组成。在一些油池实验中，需要研究液体燃料的质量损失，图2b所示的移动小车28则可满足要求。

此外，通过用PID控制移动小车28的移动速度，可以模拟列车运行时发生火灾的情形，研究隧道群内移动火源对烟气扩散的影响。例如，列车着火后继续向前行驶时，存在一个使温度达到最低的最佳行驶速度；当列车运行速度恒定时，火灾热释放速率越大，人眼高度处的最高温度也越高；热释放速率恒定时，最高温度随着列车行驶速度的增大先减小后增大，呈开口向上的抛物线形状；随着着火列车向前运行，列车车顶进风口的最高温度逐渐上升，在隧道横断面的中性面上，最高温度值有较大的振荡；在隧道内一定位置处处温度最低，但是也超过了人体所能承受的温度。所以，实验中移动小车28的车速对实验火灾的最高温度有一定的影响；移动小车28所处的隧道位置也对最高温度有一定的影响。此外，行驶中的移动小车28上，火源的热释放速率对最高温度也有影响。如图1所示的系统实验台，可通过PID控制调节移动小车28的行驶速度，可通过调节流量计5来调节火源的热释放效率。通过这些操作控制实验变量，研究隧道群内移动着的着火列车对烟气最高温度、临界风速、烟气分层的影响作用。

参见图1、图3，隧道升降结构是包括液压式千斤顶23，顶棚排烟软管12，密封条13，顶棚排烟软管12一端与隧道相通，一端与集中排烟管20相通，该软管可以满足隧道高度调节变化所需的要求。如图3所示，耐高温密封条13设置在隧道上下部分连接处，在调节隧道高度时，可阻断隧道内烟气从结构缝中溢出。人工手动操作液压式千斤顶23实现隧道高度的变化，从而满足实验所需的高宽比。弗洛德数(Froude number)表征烟气纵向形成的惯性力与火源产生的热浮力的相互竞争。在不同的高宽比模拟隧道群内，基于弗洛德数(Froudenumber)理论分析，纵向风17形成的惯性力与事故烟气34的热浮力不断的相互作用关系会发生一定的变化。高宽比对隧道烟气扩散的全局无量纲关系可通过该实验台的实验模拟进行拟合，从而根据拟合关系找出最有益的隧道高宽比，进而用于隧道群的设计中，提高隧道群的安全性能。

如图8所示，在交通隧道群应急救援系统中，若事故列车35因故障或灾害不能定点停车且所停靠点一侧没有局部平行隧道38，则乘客待列车停稳后，下车后向隧道上游跑去。同时，启动如图4所示的纵向通风装置，调节轴流风机14的频率控制纵向风17风速，使烟气往下游扩散，开启如图5所示的顶棚集中排烟装置，启动集中排烟风机21，从集中排烟管20排出部分事故烟气34，处于事故上游的水幕33也将开启，隔离逆纵向风17而来的事故烟气34，通过启动这些装置从而把事故烟气34控制在某一立面内，不得往上游蔓延。如图9b所示，若事故列车35可以定点停车，则停靠在有局部平行隧道38的一侧，乘客待列车停稳后，下车后沿逃生方向32向横通道39内跑去，在局部平行隧道38内等待应急救援车36。

在海拔低于3000米的地区，横通道39间距不得大于500米，通行净空不得小于2.0*2.2米，但考虑到高海拔地区(海拔高于3000米)低压低温的环境条件，逃生人员的生理心理机能会发生相应的变化，所以在高海拔地区隧道内横通道39间距和通行净空需要进行相应的修正，因地制宜以提高事故生还率。该系统中，如图9b所示，横通道39可以通过开闭横通道滑动密封门40来调节横通道39之间的间距，以便满足横通道39间距相关研究实验。本实验系统设置的横通道39比较密集，若要研究高海拔地区横通道39之间的间距因素对救援疏散的影响，则可以通过闭合部分横通道滑动密封门40来加大横通道39之间的间距，以便满足横通道39间距相关研究。此外，横通道39通行净空也是影响高海拔地区事故救援疏散的关键因素，如图9a所示，可移动密封墙42与横通道滑动密封门40相互固定连接，通过调节横通道滑动密封门40不同的闭合程度，来实现横通道39宽度的调节。该实验系统可移动密封墙42与横通道滑动密封门40相互固定连接，当横通道滑动密封门40移动时，可移动密封墙42也随之左右平移。如图9a所示，当密封墙42往左平移时，横通道39的宽度相应减小；当密封墙42往右平移时，横通道39的宽度相应增大，从而可以通过调节横通道滑动密封门40不同的闭合程度，来实现横通道39宽度的调节。

如图4所示，纵向风装置是由变频轴流风机14，整流管段15，帆布密封段16，固定支架18组成。通过调节风机为实验隧道提供风速可调节的、稳定的纵向风17。为了使纵向风17的风速和风向保持稳定，在风机前有一段整流系统。通过整流系统的整流作用，纵向风17才可满足实验要求。纵向风17风速通过风速仪3标定。

如图5所示，顶棚集中排烟装置是由顶棚排烟软管12，顶棚排烟管阀19，集中排烟管20，集中排烟风机21组成。集中排烟风机21提供排烟动力，通过集中排烟管20和顶棚排烟软管12来实现隧道顶棚集中排烟。通过调节顶棚排烟管阀19来满足实验所需的局部顶棚排烟要求。

如图6a、6b所示，在交通隧道群烟雾窜流研究系统中，调节该试验台的隧道间距43，可把该实验系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验。通过改变模拟小隧道间距44以及模拟小隧道高度45来实现更小尺寸的模拟实验。

可移动隧道装置的一端隧道固定在移动支架26上，该支架由一段隧道滑轨27和支架轮25组成，调节移动支架26的位置来满足实验所需的隧道间距。所述交通隧道群烟雾扩散测量系统中，隧道侧壁的一侧装有耐高温玻璃，在激光源片光仪31的作用下，实验时可直接观察火源燃烧情况以及烟气蔓延范围。耐高温玻璃框可以以扇形方式打开，便于实验器材安置。

在不同的纵向风17风速、火源位置、集中排烟速率、火源热释放速率(HRR)、隧道间距43和隧道高宽比条件下，隧道群内事故烟气34的扩散情况是不同的。当火源位于上游隧道内，火源热释放速率(HRR)处于一定范围内，纵向风17稳定在某一范围时，事故烟气34不会扩散到下游隧道内，如图7a所示。在此基础上，如若增大火源热释放速率(HRR)或增大纵向风17风速，则会导致上游隧道内的事故烟气34往下游扩散的距离变长，逐渐达到临界状态，即上游事故烟气34刚好蔓延到下游隧道内，如图7b所示。若继续增大火源热释放速率(HRR)或继续增大纵向风17风速，事故烟气34则会大量蔓延到下游隧道内，造成窜流现象如图7c所示。

当火源位于两隧道之间时，火源热释放速率(HRR)较大，纵向风17稳定在某一较小范围时，事故烟气34则会扩散到两侧隧道内，如图7d所示。在此基础上，如若增大纵向风17风速，则会导致事故烟气34往下游隧道内扩散，上游隧道则不会被事故烟气34影响，如图7e所示。如若火源热释放速率(HRR)较小，纵向风17风速较小，两隧道之间间距较大时，事故烟气34则不会影响两侧隧道，事故烟气34扩散情况如图7f所示。

在纵向风17的作用下，事故烟气34产生一定的惯性力。在不同的变量状态下，基于弗洛德数(Froude number)理论分析，纵向风17形成的惯性力与事故烟气34的热浮力不断的相互作用关系会发生变化，利用控制变量法进行多组模拟实验，得出实验数据。利用这些实验数据进行拟合，得出，在不同的纵向风17风速、火源位置、集中排烟速率、火源热释放速率(HRR)、隧道间距43、高宽比作用下的事故烟气34扩散无量纲模型，找出实际所需的不同变量值用以指导实践。

本实施例中，为了给连续公路隧道群通风设计提供参考，针对连续公路隧道空气污染物的窜流影响，依据相似性原理，研究连续公路隧道之间空气污染物窜流影响模型试验的相似性，并结合实际条件，开展模型试验台设计。保持几何相似并使模型处于紊动射流状态，就能实现原型与模型的速度及浓度相似；所设计的模型试验台的运行情况良好，理论计算结果与模型试验台测试得出的试验结果较为吻合。

具体实施例1：开展隧道群烟气窜流实验研究。

针对于隧道群，隧道火灾烟气是否从一个隧道扩散到相邻的隧道的临界发生条件，根据相关参数的无量纲分析，主要取决于，隧道的纵向风17大小、火源的热释放速率，隧道的宽高比，火源位置、隧道坡度和隧道群之间的间距，以及隧道的曲线半径大小等。基于弗洛德数(Froude number)理论分析，弗洛德数是表征隧道纵向风17形成的惯性力和火源热浮力之间相关竞争关系。在实验中利用控制变量法进行多组模拟实验，得出隧道群火灾烟气从一个隧道窜流到另外一个隧道的实验结果，其中需要通过氮化硼示踪粒子和激光片光源显示，并结合POD算法共同确定烟气的窜流状态，利用这些实验数据进行拟合，得出，在不同变量状态作用下的火灾烟气扩散无量纲模型，找出实际所需的不同变量值用以指导实践。

具体实施例2：开展隧道群尾气扩散实验研究。

针对于隧道群，汽车排放的尾气能否从一个隧道扩散到相邻的隧道，主要取决于，隧道的纵向风17大小、尾气释放源当量、隧道的宽高比、隧道坡度和隧道群之间的间距，以及隧道的曲线半径大小等，重点考虑尾气释放源的设置，比如连续、线性设置等。基于弗洛德数(Froude number)理论分析，弗洛德数是表征隧道纵向风17形成的惯性力和尾气热浮力的相关竞争关系。在实验中利用控制变量法进行多组模拟实验，得出隧道群尾气从一个隧道窜流到另外一个隧道的实验结果，其中需要通过氮化硼示踪粒子和激光片光源显示，并结合POD算法共同确定烟气的窜流状态，利用这些实验数据进行拟合，得出，在不同变量状态作用下的尾气扩散模型，找出实际所需的不同变量值用以指导实践。

具体实施例3：修正高海拔地区隧道群的通风排烟设计参数。

我国高原地区所占比例很大，随着川藏铁路等一大批高海拔隧道的建设，但现执行的行业标准《公路隧道设计规范》(第二册交通工程与附属设施，JTG D70-2—2014)和《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)和《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB 10020-2017)中防排烟设计中尚无专门条款进行说明。因此，需要对高海拔地区交通隧道群烟雾窜流特征进行专门研究。需要指出的是开展高海拔地区低压低氧环境下全尺寸隧道实验非常困难。本发明可以提供开展满足相似性理论的小尺寸模型模拟实验，按照等比例缩小，容易携带和装运，也可以在当地组装。这样可以更方便地在不同高原地区开展实验，来揭示高海拔地区低压低氧环境下隧道群相关的实验规律，是一种比较好的选择。同时，小尺寸实验具有易操控性、良好的可再现性以及测量结果的可信度高等优点。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于，包括：交通隧道群烟雾窜流研究系统、交通隧道群应急救援系统，所述通隧道群烟雾窜流研究系统包括移动小车(28)，小车滑轨(29)，隧道升降结构，纵向风装置，顶棚集中排烟装置，固定支架(18)，可移动隧道装置，隧道滑轨(27)，热电偶树(7)，热电偶串(30)，烟雾探测仪(22)；所述交通隧道群应急救援系统包括局部平行隧道(38)，横通道(39)，横通道滑动密封门(40)，可移动密封墙(42)，集中排烟管(20)和水幕(33)；

交通隧道群烟雾窜流研究系统中，所述移动小车(28)包括两种类型，第一种类型，针对实验所需燃烧火为气体火焰的情况，移动小车(28)包括风速仪探针(1)，笔记本电脑(2)，风速仪(3)，燃气罐(4)，流量计(5)，气体管(6)，热电偶树(7)，燃烧器(8)；第二种类型，针对实验所需燃烧火为液体火焰的情况，移动小车(28)包括风速仪探针(1)，笔记本电脑(2)，风速仪(3)，天平(9)，热电偶树(7)，燃烧池(10)；

所述隧道升降结构包括液压式千斤顶(23)，顶棚排烟软管(12)，密封条(13)；人工手动操作液压式千斤顶(23)实现隧道高度的变化，从而满足实验所需的高宽比；顶棚排烟软管(12)一端与隧道相通，一端与集中排烟管(20)相通，该排烟软管(12)能够满足隧道高度调节变化所需的要求；密封条(13)用于阻断隧道内烟气从结构缝中溢出；

所述交通隧道群应急救援系统包括，隧道升降结构，纵向风装置，顶棚排烟装置，可移动隧道装置，热电偶树(7)，热电偶串(30)，烟雾探测仪(22)，水幕(33)，横通道(39)，横通道滑动密封门(40)；

所述横通道(39)通过开闭横通道滑动密封门(40)来调节横通道(39)之间的间距，以便满足横通道(39)间距相关研究实验；可移动密封墙(42)与横通道滑动密封门(40)固定连接，通过调节横通道滑动密封门(40)不同的闭合程度，来实现横通道(39)宽度的调节。

2.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

所述纵向风装置包括变频轴流风机(14)，整流管段(15)，帆布密封段(16)，固定支架(18)；通过调节风机为实验隧道提供风速可调节的、稳定的纵向风(17)；为了使纵向风(17)的风速和风向保持稳定，在风机前设置有一段整流管段(15)；纵向风(17)风速通过风速仪(3)标定。

3.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

所述顶棚集中排烟装置包括顶棚排烟软管(12)，顶棚排烟管阀(19)，集中排烟管(20)，集中排烟风机(21)；集中排烟风机(21)提供排烟动力，通过集中排烟管(20)和顶棚排烟软管(12)来实现隧道顶棚集中排烟；通过调节顶棚排烟管阀(19)来满足实验所需的局部顶棚排烟要求。

4.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

还包括交通隧道群烟雾扩散测量系统，用于调节该试验台的隧道间距(43)，把系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验；通过改变模拟小隧道间距(44)以及模拟小隧道高度(45)来实现更小尺寸的模拟实验。

5.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

所述可移动隧道装置，一端隧道固定在移动支架(26)上，该支架包括一段隧道滑轨(27)和支架轮(25)，通过调节移动支架(26)的位置满足实验所需的隧道间距；所述交通隧道群烟雾扩散测量系统中，隧道侧壁的一侧装有耐高温玻璃，在激光源片光仪(31)的作用下，实验时直接观察火源燃烧情况以及烟气蔓延范围；耐高温玻璃框能够以扇形方式打开，便于实验器材安置。

6.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

交通隧道群烟雾扩散测量和应急救援系统用于检测短距离相邻隧道之间，在不同纵向风(17)风速和顶棚集中排烟风速协同作用下，不同隧道间距、不同火源位置、不同高宽比隧道内污染物扩散窜流情况，以及修正高海拔地区救援疏散参数；还用于把该实验系统作为模拟风洞，在该系统内模拟更小尺寸的隧道群相关实验，以及测量不同条件下隧道群内汽车尾气扩散特征。

7.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

移动小车(28)用于实现火源在隧道内不同位置的实验要求，通过用PID控制移动小车(28)的移动速度，模拟列车运行时发生火灾的情形，研究隧道群内移动火源对烟气扩散的影响。

8.根据权利要求1所述的一种交通隧道群烟雾窜流研究和应急救援系统，其特征在于：

交通隧道群应急救援系统中，若事故列车(35)因故障或灾害不能定点停车且所停靠点一侧没有局部平行隧道(38)，则乘客待列车停稳后，下车后向隧道上游跑去；同时，启动纵向通风装置、顶棚集中排烟装置和水幕(33)，把事故烟气(34)控制某一立面内，不得往上游蔓延；同时，启动纵向通风装置，调节轴流风机(14)的频率控制纵向风(17)风速，使烟气往下游扩散，开启顶棚集中排烟装置，启动集中排烟风机(21)，从集中排烟管(20)排出部分事故烟气(34)，处于事故上游的水幕(33)也将开启，隔离逆纵向风(17)而来的事故烟气(34)，通过启动这些装置从而把事故烟气(34)控制在某一立面内，不得往上游蔓延；若事故列车(35)能够定点停车，则停靠在有局部平行隧道(38)的一侧，乘客待列车停稳后，下车后向横通道(39)内跑去，在局部平行隧道(38)内等待应急救援车(36)。

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