CN204990975U - 一种含多条疏散横通道的铁路隧道救援站火灾实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，包括实验隧道主体及数据测量系统，实验隧道主体包括火灾隧道、疏散横通道、未火灾隧道、列车模型、火源及排烟系统；火灾隧道通过疏散横通道与未火灾隧道连通，列车模型、火源和排烟系统设置在火灾隧道内，该火灾实验平台包含9条疏散横通道，通过封堵不同数量的横通道，可以实现含不同条数疏散横通道的铁路隧道救援站的火灾实验研究；本实验平台有较广的应用范围，可对不同横通道条数的救援站火灾场景、不同火源位置的火灾场景、不同排烟方式的火灾场景、不同通风工况的火灾场景进行组合，从而可实现对现实情况下铁路隧道救援站多种火灾场景实验的分析研究工作，具有广阔的应用前景和重要的指导意义。

Description

一种含多条疏散横通道的铁路隧道救援站火灾实验装置

技术领域

实用新型涉及铁路隧道火灾安全技术领域，特别是涉及一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，用于对特长铁路隧道内列车火灾后停靠在救援站时烟气控制效果进行模拟，可实现对温度场、速度场的测量。

背景技术

铁路是国家的重要基础设施，作为国家的大动脉、大众化的交通工具，在综合交通体系中处于骨干地位，而隧道作为铁路的重要组成部分之一，近些年其数量不断增多并且单座隧道长度也不断增长。尽管相比于公路隧道，铁路隧道发生火灾的概率较小，但是，由于其深埋地下，环境封闭，在通风、客流快速疏散等方面都受到了极大的限制，一旦发生火灾，浓烟和热气很难自然排除，如果火势不能得到有效的控制，其后果将不堪设想。

鉴于隧道火灾的随机性与危害性，在铁路隧道特别是特长铁路隧道中，做好隧道防灾救援和疏散设计工作非常重要，对于特长铁路隧道，设置救援站是防灾救援中优先考虑的方案。救援站的工作机理是：当列车在隧道内发生火灾时，及时将列车开往救援站，乘客及列车人员迅速下车，通过横通道疏散至另一隧道，等待救援。因此，研究着火列车停靠救援站后不同排烟方式下温度场的分布规律、烟气蔓延规律及烟气控制效果对于长大铁路隧道救援站防灾救援具有重要的指导意义。

基于小尺寸模型试验经济易行，已成为现在研究铁路隧道火灾试验的常用手段，国内外已有一些研究人员开展了不同形式的火灾模型试验。国外方面，Lee等人（1979）建立了一条长为13.7m、横截面积为0.27m2的小尺寸试验模型，并对抑制隧道火灾烟气逆流的临界风速进行了研究。之后，Chaiken等人（1979）、Vantelon等人（1990）、Kwack等人（1990）、Xue等人（1993）、Oka等人（1996）相继建立了一系列比例大小不一的小尺寸试验模型，并进行了隧道火灾的相关研究。Hwang和Wargo（1996）研究了隧道纵坡度对烟气流动的影响。G.T.Atkinson与Y.Wu（1996）研究了纵坡度对临界送风风速的影响，并提出了考虑隧道纵坡度的临界送风风速的预测关系式。Y.Wu和M.Z.A.Bakar（2000）、HitoshiKurioka等人（2002）分别对纵向风速对隧道火羽流倾角、顶棚最高烟气温度及所在位置进行了详细的研究，并提出了自己的经验关系式。Vauquelin（2006）通过1:20的模型试验，研究了隧道宽度对临界风速的影响。JaeSeongroh（2008）建立了一个1:20的小尺寸试验台，并研究了通风风速对火源燃烧速率的影响。国内方面，西南交通大学的闫治国（2002）建立了内径为1.8m，壁厚为15cm，长为100m的钢筋混凝土管段模型隧道，通过隧道模型的火灾试验，对火灾发生时隧道内温度场以及压力场的分布、烟雾的性态进行了研究。西南交通大学的王明年等（2003）建立了一条直径为2m，长度为120m，坡度为1%的模型隧道，对隧道内发生火灾时的温度变化规律进行了研究。中南大学的李冬（2010）以狮子洋水下隧道为依托，建立了比例为1：9，长度为52.5m的模型隧道，对水下盾构隧道的防灾设计及防灾救援进行了研究。

通过对一些资料调研可知，目前对于隧道火灾的研究，多集中于火灾发生在单管隧道的情形，如中国实用新型专利文献CN102306459B也只是公开了单管铁路隧道救援站火灾模拟实验系统；对于设有疏散横通道连接双洞隧道的救援站内火灾实验的研究还几乎是空白。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对特长双洞隧道无法完整模拟火灾时烟气控制效果，以及实现对温度场、速度场的测量，目的在于提供一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，解决对特长铁路隧道内列车火灾后停靠在救援站时烟气控制效果进行模拟，可实现对温度场、速度场测量的问题。

本实用新型的通过下述技术方案实现：一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，包括实验隧道主体及数据测量系统，所述实验隧道主体包括火灾隧道、疏散横通道、未火灾隧道、列车模型、火源及排烟系统；所述的火灾隧道通过疏散横通道与未火灾隧道连通，所述的列车模型、火源和排烟系统设置在火灾隧道内，具体实验时可以通过封堵横通道口的方式来实现含不同横通道数救援站内的火灾场景。

所述的排烟系统包括排烟道、排烟阀、排烟口、离心风机和轴流风机，所述排烟道由排烟道隔墙在火灾隧道内远离通道一侧隔出，所述排烟阀为预留在排烟道隔墙上小孔；所述排烟口设置在排烟道中部，所述的离心风机布置在排烟口向外抽烟，起到向外抽烟的作用，所述轴流风机布置在火灾隧道与未火灾隧道四个洞口向隧道内提供新鲜的低温空气并引导烟流，在排烟方式方面，本实验平台可以研究独立侧向排烟道下的半横向排烟方式以及横通道关闭情况下的纵向排烟方式下的高温区域控制及烟气蔓延控制效果。

所述数据测量系统包括数据测量装置、数据采集器及分析模块，所述数据测量装置包括温度测量装置和风速测量装置，数据测量装置通过温度测量装置和风速测量装置将采集到的温度、压强值转换成对应的模拟电压输出至数据采集器，所述的数据采集器将转换后的数据通过单片机传送到上位机PC，所述的上位机PC通过分析模块中的温度和流速计算程序换算成对应的温度值和速度值，并储存于数据库服务器里。

进一步的，所述的排烟阀为10个，取每个排烟阀所在断面为测试断面，共10个测试断面，每各断面内拱顶下部、疏散站台上方、疏散站台中线人眼特征高度（即0.16m）处各布置一个风速测点，所述风速测点设置有用于测量火灾隧道内不同位置风速大小的风速测量装置。所述风速测量装置由布置于火灾隧道内的皮托管和微差压传感器组成。

进一步的，所述实验隧道主体与实际隧道主体采用1:10的缩比例模型，隧道长60m，火灾隧道与未火灾隧道由9条疏散横通道连通；采用1:10的缩比例模型的设计，在完全能满足得到准确的实验数据情况下，尽量节约实验平台建造成本。

进一步的，所述实验隧道主体的火灾隧道采用防火砖砌筑，所述的未火灾隧道及疏散横通道采用普通砖砌筑；所述实验隧道主体的内表面用水泥砂浆抹面，火源区采用耐火水泥抹面，外表面铺设一层钢丝网后用水泥砂浆抹面，在火源区采用耐火材料，在非火源区采用普通材料，在满足实验性能的情况下可以节约成本。

进一步的，所述列车模型由钢筋作为框架，采用铁皮分节制作，一节车厢的长、宽、高分别为255cm、31cm、44cm，列车模型长度为17节车厢长度加机车长度，即2.03+2.55×17=45.38m，火源位置一节车厢长度内不布置车厢模型，列车放置于火灾隧道中部，完全模拟列车基本结构，使实验数据更准确。

进一步的，火源为池火，在距离火灾隧道两端洞口及中部各布置一处火源，共三个火源区位置，根据工况需要选用一处火源位置进行实验，火源燃料采用汽油。

进一步的，所述的火源区每隔1m布置一个温度测试断面，非火源区每隔2m布置一个温度测试断面，共45个测试断面，每个测试断面的拱顶位置设置一个火灾隧道中线温度测点，所述的火灾隧道中线温度测点布置有风速测量装置，每个测试断面的疏散站台中线位置设置一个疏散站台中线温度测点，所述的疏散站台中线温度测点布置有风速测量装置。

进一步的，所述的火灾隧道中线温度测点上布置的风速测量装置为一个热电偶树，该热电偶树包括两个热电偶，距拱顶竖直距离分别为0cm、15cm；所述的疏散站台中线温度测点上布置的风速测量装置为一个热电偶树，该热电偶树包括3个热电偶，距主隧道地面高度分别为16cm、33cm、50.4cm用于测试火灾隧道内的温度场分布。对不同横通道条数的救援站火灾场景、不同火源位置的火灾场景、不同排烟方式的火灾场景、不同通风工况的火灾场景进行组合，从而可实现对现实情况下铁路隧道救援站多种火灾场景的实验的分析研究工作。

进一步的，所述排烟阀为预留在排烟道隔墙上20cm×25cm的矩形小孔，便于研究独立侧向排烟道下的半横向排烟方式以及横通道关闭情况下的纵向排烟方式下的高温区域控制及烟气蔓延控制效果。

进一步的，所述轴流风机和离心风机通过变频器控制转速来实现风速的调节。以实现不同的通风工况。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

（1）在实验平台方面，本实验平台是目前第一个专门针对双洞隧道火列车停靠救援站进行人员疏散时，特长铁路隧道救援站内温度场、风速场及烟气蔓延规律等进行系统研究的缩尺寸实验平台，可为相似情形下救援站内的排烟方案及人员疏散研究提供实验平台支持；

（2）在排烟方式方面，本实验平台可以研究独立侧向排烟道下的半横向排烟方式以及横通道关闭情况下的纵向排烟方式下的高温区域控制及烟气蔓延控制效果；

（3）在数据采集方面，先进的温度测量装置、风速测量装置、数据采集器及分析模块可以对救援站内各处火灾数据进行采集记录与分析研究；

（4）在实验范围方面，本实验平台可对不同横通道条数的救援站火灾场景、不同火源位置的火灾场景、不同排烟方式的火灾场景、不同通风工况的火灾场景进行组合，从而可实现对现实情况下铁路隧道救援站多种火灾场景的实验的分析研究工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置总体结构示意图；

图2为图1中所示的含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置的局部结构示意图；

图3为本实用新型实施例中风速测点布置的正视图；

图4为本实用新型实施例中温度测点布置的俯视图；

图5为本实用新型实施例中温度测点布置的正视图；

图6为本实用新型数据测量系统示意图；

图中标号：1-火灾隧道；2-未火灾隧道；3-疏散横通道；4-侧方排烟道；5-排烟口；6-排烟阀；7-排烟道隔墙；8-离心风机；9-轴流风机；10-列车模型；11-火源；12-风速测点；13-火灾隧道中线温度测点；14-疏散站台中线温度测点；15-数据测量装置；16-数据采集器；17-分析模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1和图2所示的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，用于对特长铁路隧道内列车火灾后停靠在救援站时，不同排烟方式下救援站内烟气控制效果进行模拟；包括火灾隧道1、未火灾隧道2、疏散横通道3、列车模型10、火源11及排烟系统。火灾隧道1内远离疏散横通道3的一侧用排烟道隔墙7隔出一条侧方排烟道4。本实用新型实验隧道主体含有9条疏散横通道，具体实验时可以通过封堵横通道口的方式来实现含不同横通道数救援站内的火灾场景。

列车模型10由钢筋作为框架，采用铁皮分节制作，一节车厢的长、宽、高分别为255cm、31cm、44cm，列车模型长度为17节车厢长度加机车长度，共45.38m，火源位置一节车厢长度内不布置车厢模型，列车放置于火灾隧道中部。

火源11为池火，在距离火灾隧道两端洞口10m及中部各布置一处火源，共三个火源位置，根据工况需要选用一处火源位置进行实验。排烟系统包括排烟道4、排烟口5、排烟阀6及离心风机8、轴流风机9；排烟阀6设置在排烟道隔墙上，排烟阀为预留在排烟道隔墙上20cm×25cm的矩形小孔，间隔6m，共10个，连通排烟道4与火灾隧道1，烟气可以经排烟阀6由排烟道4排走；1台离心风机8布置在排烟口5处，起到向外抽烟的作用；4台轴流风机9分别布置在隧道的4个端部，向隧道内提供新鲜的低温空气并起到引导烟流的作用；通过变频器控制风机的转速来实现风速的调节，实现不同的通风工况。

如图6所示的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，在上述模拟主体结构的基础上，在数据采集方面，先进的温度测量装置、风速测量装置、数据采集器16及分析模块17可以对救援站内各处火灾数据进行采集记录与分析研究；具体采用数据测量系统，包括数据测量装置15、数据采集器16和分析模块17。数据测量装置15包括温度测量装置和风速测量装置，具体布置情况如图3、图4和图5。数据测量系统的工作原理为：数据测量装置15（热电偶、压力传感器等）将采集到的温度、压强值转换成对应的模拟电压（mv级）输出至数据采集器16，通过运算放大，经A/D数模转换器转换成单片机能够处理的二进制代码，交单片机处理，然后单片机将温度、压力输出端口输出的数字量经网络发送至上位机（PC），经分析模块17中的温度、流速计算程序换算成对应的温度值、速度值，并储存于数据库服务器里。

本实验系统有较广的应用范围，可对不同横通道条数的救援站火灾场景、不同火源位置的火灾场景、不同排烟方式的火灾场景、不同通风工况的火灾场景进行组合，从而可实现对现实情况下铁路隧道救援站多种火灾场景实验的分析研究工作，具有广阔的应用前景和重要的指导意义。

实施例2

如图3所示的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，在实施例1的基础上，取每个排烟阀所在断面为测试断面，共10个测试断面，每各断面内拱顶下部、疏散站台上方、疏散站台中线人眼特征高度（即0.16m）处各布置一个风速测点12，用于测量火灾隧道内不同位置的风速大小；所述风速测点12设置有用于测量火灾隧道内不同位置风速大小的风速测量装置，所述风速测量装置由布置于火灾隧道1内的皮托管和微差压传感器组成。

实施例3

如图4和5所示的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，在实施例1的基础上，火源区每隔1m布置一个温度测试断面，非火源区每隔2m布置一个测试断面，共45个测试断面，225个热电偶。每个测试断面的拱顶位置设置一个火灾隧道中线温度测点13，所述的火灾隧道中线温度测点13布置有风速测量装置，每个测试断面的疏散站台中线位置设置一个疏散站台中线温度测点14，所述的疏散站台中线温度测点14布置有风速测量装置；根据需要风速测量装置可以；不同数量及结构的热电偶树构成，例如，在每个断面上，拱顶下方布置一个热电偶树，该热电偶树包括两个热电偶，距拱顶竖直距离分别为0cm、15cm。疏散站台中线布置一个热电偶树，该热电偶树包括3个热电偶，距主隧道地面高度分别为16cm（即人眼的特征高度）、33cm、50.4cm，用于精确测试火灾隧道内的温度场分布。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，包括实验隧道主体及数据测量系统，其特征在于：所述实验隧道主体包括火灾隧道（1）、疏散横通道（3）、未火灾隧道（2）、列车模型（10）、火源（11）及排烟系统；所述的火灾隧道（1）通过疏散横通道（3）与未火灾隧道（2）连通，所述的列车模型（10）、火源（11）和排烟系统设置在火灾隧道内；

所述的排烟系统包括排烟道（4）、排烟阀（6）、排烟口（5）、离心风机（8）和轴流风机（9），所述排烟道（4）由排烟道隔墙（7）在火灾隧道（1）内远离通道一侧隔出，所述排烟阀（6）为预留在排烟道隔墙（7）上小孔；所述排烟口（5）设置在排烟道（4）中部，所述的离心风机（8）布置在排烟口（5）向外抽烟，所述轴流风机（9）布置在火灾隧道（1）与未火灾隧道（2）四个洞口向隧道内提供新鲜的低温空气并引导烟流；

所述数据测量系统包括数据测量装置（15）、数据采集器（16）及分析模块（17），所述数据测量装置（15）包括温度测量装置和风速测量装置，数据测量装置（15）通过温度测量装置和风速测量装置将采集到的温度、压强值转换成对应的模拟电压输出至数据采集器（16），所述数据采集器（16）将转换后的数据通过单片机传送到上位机PC，所述上位机PC通过分析模块（17）中的温度和流速计算程序换算成对应的温度值和速度值并储存于数据库服务器里。

2.根据权利要求1所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述的排烟阀（6）为10个，取每个排烟阀（6）所在火灾隧道（1）的断面为测试断面，共10个测试断面，每个断面内拱顶下部、疏散站台上方和疏散站台中线高度的16cm处各布置一个风速测点（12），所述风速测点（12）设置有用于测量火灾隧道内不同位置风速大小的风速测量装置，所述风速测量装置由布置于火灾隧道（1）内的皮托管和微差压传感器组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述实验隧道主体与实际隧道主体采用1:10的缩比例模型，隧道长60m，火灾隧道（1）与未火灾隧道（2）由9条疏散横通道（3）连通。

4.根据权利要求3所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述实验隧道主体的火灾隧道（1）采用防火砖砌筑，所述的未火灾隧道（2）及疏散横通道（3）采用普通砖砌筑；所述实验隧道主体的内表面用水泥砂浆抹面，火源区采用耐火水泥抹面，外表面铺设一层钢丝网后用水泥砂浆抹面。

5.根据权利要求3所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述列车模型（10）由钢筋作为框架，采用铁皮分节制作，一节车厢的长、宽、高分别为255cm、31cm、44cm，列车模型长度为17节车厢长度加机车长度，即2.03+2.55×17=45.38m，所述火源位置一节车厢长度内不布置车厢模型，列车模型（10）放置于火灾隧道（1）中部。

6.根据权利要求1或5所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述的火源（11）为池火，在距离火灾隧道（1）两端洞口10m处及中部各布置一处火源（11），共三个火源区位置，根据工况需要选用一处火源位置进行实验，火源（11）燃料采用汽油。

7.根据权利要求6所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述的火源区每隔1m布置一个温度测试断面，非火源区每隔2m布置一个温度测试断面，共45个测试断面，每个测试断面的拱顶位置设置一个火灾隧道中线温度测点（13），所述的火灾隧道中线温度测点（13）布置有风速测量装置，每个测试断面的疏散站台中线位置设置一个疏散站台中线温度测点（14），所述的疏散站台中线温度测点（14）布置有风速测量装置。

8.根据权利要求7所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述的火灾隧道中线温度测点（13）上布置的风速测量装置为一个热电偶树，该热电偶树包括两个热电偶，距拱顶竖直距离分别为0cm、15cm；所述的疏散站台中线温度测点（14）上布置的风速测量装置为一个热电偶树，该热电偶树包括3个热电偶，距主隧道地面高度分别为16cm、33cm、50.4cm用于测试火灾隧道内的温度场分布。

9.根据权利要求1所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述排烟阀（6）为预留在排烟道隔墙（7）上20cm×25cm的矩形小孔。

10.根据权利要求1所述的一种含多条疏散横通道铁路隧道救援站火灾实验装置，其特征在于：所述离心风机（8）和轴流风机（9）通过变频器控制转速来实现风速的调节。