本发明专利技术公开了一种基于公铁共用双层盾构隧道系统的火灾通风排烟实验模拟装置，包括隧道半横向排烟控制和优化系统、模拟火源系统、多特征参数测量系统、火灾探测系统和细水雾灭火系统；由模拟火源系统模拟火源及其发生位置，由火灾探测系统感知火灾的发生及发出报警信号，由多特征参数测量系统获得火灾的多特征参数，由隧道半横向排烟控制和优化系统对隧道火灾进行排烟处理，由细水雾灭火系统对火灾火势进行控制。本发明专利技术能模拟真实公铁共用隧道内发生火灾情况，提供烟气控制和优化、复杂情况下隧道火灾探测、火灾扑救控制及一氧化碳分布演化规律等全面系统研究的模拟实验台，从而为真实该类型隧道发生火灾进行人员疏散设计提供更好的实施方案。
【技术实现步骤摘要】
一种公铁共用盾构隧道火灾通风排烟模拟实验装置
本专利技术涉及公铁共用盾构隧道火灾安全领域，具体涉及一种公铁共用盾构隧道火灾通风排烟模拟实验装置。
技术介绍
随着经济社会的快速发展，涌现出一大批长大隧道和各种大断面隧道，如上海复兴路隧道、军工路隧道等大断面双层隧道，与此同时兴起的是一种公铁共用盾构水下隧道，上层走汽车，下层走轻轨或地铁列车，给交通带来了极大便利。近年来隧道火灾事故频繁发生，造成了重大伤亡和财产损失。隧道火灾、烟气控制、火灾探测和灭火控制研究成为人们关心的焦点，通过模拟实验来研究隧道内火灾状况下的烟气蔓延和控制规律，用来指导隧道火灾烟气排烟控制模式的有效选择，对于保障隧道运营安全以及最重要的人员生命安全具有重要科学意义。由于公铁共用盾构隧道结构相比于常规隧道的特殊性及巨大的长宽比特征，人们对这种特殊隧道发生火灾时烟气的蔓延和控制规律缺乏深入了解，急需建立相关试验平台展开研究，现有的大尺度隧道火灾数值模拟仿真存在一定的误差，而建造全断面或者大断面的隧道火灾实验平台是比较耗费财力和代价的，同时实验边界条件也难以精确控制。因此，小尺寸的公铁共用隧道烟气模拟试验平台在针对隧道火灾的研究方法中显得尤为重要且被广泛应用。然而，目前研究中的小尺寸隧道火灾模拟实验平台普遍存在以下重要的缺陷：(1)没有针对大断面双层盾构隧道烟气蔓延的控制的实验平台，例如，对比文件CN203978442U仅仅提供了一种适用于采用明挖法或明挖法与其他工法结合修建的公铁合建水下隧道的线路布置方式，不涉及盾构隧道烟气蔓延实验平台。同时对比文件CN103670437A只对公铁合建盾构隧道的疏散通道布置结构做了说明，未对该类型隧道火灾通风排烟、排烟优化实验做具体介绍，更为重要的是，目前针对公铁共用双层盾构隧道的火灾烟气流动及其特征参数分布、火灾控制技术有效性的研究还几乎是空白，也还未见相关专门的试验研究平台，科学人员对此还缺乏相关的认识。如果不能合理排烟控制优化，会造成很大资源浪费。(2)隧道断面尺寸有限并且存在一定缺陷。目前国内外隧道火灾实验台的长度大都在20m之内，横断面也比较狭小，和实际隧道有一定差异，很难扑捉到一些隧道火灾特征参数。在对比文件CN101726370B中，其隧道长度为60多米，但其隧道断面是方形的，隧道方形顶部会忽略弧形顶部所带来的烟气集聚作用会对烟气层特征参数分布造成重要影响。(3)行车道火灾探测局限性。传统的隧道早期火灾探测未综合考虑车辆堵塞限制这一特殊边界条件，不能对其限制作用及该条件下的隧道火灾烟气输运和探测进行描述。(4)隧道模拟火源不可控。传统的隧道火源模拟，采用油池火较常见，其火源功率不易调节控制，而火源功率的确定对隧道火灾动力学规律的研究具有重要作用。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中的不足之处，提供一种公铁共用双层盾构隧道火灾通风排烟模拟实验装置，以期能模拟真实公铁共用隧道内发生火灾情况，提供烟气控制和优化、复杂情况下隧道火灾探测、火灾扑救控制及一氧化碳分布演化规律等全面系统研究的模拟实验台，从而为真实该类型隧道发生火灾进行人员疏散设计提供更好的实施方案；对采用公铁共用双层盾构隧道系统的火灾通风排烟控制、探测与扑救控制系统设计研究具有重要的应用前景和实际指导意义。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术一种基于公铁共用双层盾构隧道系统的火灾通风排烟实验模拟装置，所述公铁共用双层盾构隧道分为两层结构，上层结构包括汽车车道，下层结构包括地铁车道；其特点是，所述实验模拟装置包括隧道半横向排烟控制和优化系统、模拟火源系统、多特征参数测量系统、火灾探测系统和细水雾灭火系统；在所述汽车车道一侧的扇形空间内设置逃生通道；并在所述汽车车道内设置障碍物；在所述地铁车道一侧的扇形空间内设置逃生楼梯；所述逃生楼梯与所述逃生通道相连通；所述隧道半横向排烟控制和优化系统，包括上层集中排烟通道、下层排烟通道、上层排烟口、下层排烟口和风洞装置；所述上层排烟通道设置在所述汽车车道的上方空间内，并通过顶隔板与所述汽车车道隔开；并通过所述上层排烟口将所述上层集中排烟通道内的烟雾向上排出；所述下层排烟通道设置在所述地铁车道另一侧的扇形空间内；并通过所述下层排烟口将所述下层排烟通道内的烟雾向外侧排出；所述风洞装置设置在所述双层盾构隧道一端，用于提供风源，并通过风速仪探头获得所述风源的风速；所述模拟火源系统，包括燃烧器控制燃料流量的质量流量计、燃料气瓶和滑动小车组成；由所述质量流量计控制所述燃料气瓶的气源大小并流向所述燃烧器，形成模拟火源，并通过所述滑动小车模拟火灾发生位置；所述多特征参数测量系统，包含火灾烟气温度测量装置、一氧化碳浓度测量装置和烟气流速测量装置；所述火灾烟气温度测量装置、所述一氧化碳浓度测量装置和所述烟气流速测量装置分别交错设置在所述顶隔板的下方中间位置处，用于采集多特征参数，所述多特征参数包括：烟雾的竖向温度和纵向温度、采集一氧化碳浓度，以及烟气流速和空气流速；所述火灾探测系统，包括光纤光栅探测器和隧道专用火灾探测器；所述隧道专用火灾探测器设置在所述顶隔板的中间位置处，用于探测火灾的发生并发出报警信号；所述光纤光栅探测器设置在所述顶隔板的两侧位置处，也用于探测火灾的发生并发出报警信号；所述细水雾灭火系统，包括：细水雾喷头、控制阀组和水泵；所述细水雾喷头分别设置在所述汽车车道和地铁车道的两侧，用于控制所述双层盾构隧道内的火灾；所述模拟实验装置是由所述模拟火源系统模拟火源及其发生位置，由所述火灾探测系统感知火灾的发生及发出报警信号，由所述多特征参数测量系统获得火灾的多特征参数，由所述隧道半横向排烟控制和优化系统对隧道火灾进行排烟处理，由所述细水雾灭火系统对火灾火势进行控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、在实验模型尺度方面，本专利技术实验按照1:6尺度设计，隧道断面的面积为19.625m2，模拟隧道长度长50m。是目前第一个针对公铁共用圆形盾构隧道排烟控制和优化、火灾探测、灭火等系统进行研究的全方面试验装置，该模拟装置操作方便，安全可靠，既仿真了火灾发生时隧道内各个系统的相互协调与帮助，又可以通过实验结果分析问题并对灭火救援实际情况给出科学应对策略，从而为真实隧道发生火灾进行人员疏散提供更好的实施方案。2、在火灾烟气蔓延模拟实验方面，本专利技术试验系统通过真实模拟火灾烟气在隧道内蔓延扩散过程，实时记录烟气流动扩散过程中各个相关参数演化特征；在整体上充分发挥了公铁共用盾构隧道的结构特点，利用合理的排烟技术措施且经济性较好，克服了现有很多利用隧道空间不合理的问题，能有效服务于公铁共用盾构隧道的排烟控制、火灾探测和灭火需要；同时在此种公铁共用盾构隧道排烟模式下，利用现有隧道上层空间形成了独立的排烟通道，隧道地铁车道也有专门的半横向排烟通道，有效控制了隧道上下层的火灾烟气，既节省隧道断面空间，提高了火灾烟气控制效果。为真实隧道中排烟提供了很好的参考方案，为逃生人员逃生创造更有利的条件。3、在隧道火灾监测方面，本专利技术利用通用的光纤光栅探测器和隧道专用火灾探测器装置，并且设置障碍物(模拟不同大型车辆阻塞效应)在隧道汽车车道内，地铁车道设置了线性光纤感温火灾探测器；测量不同纵向风速作用下隧道火灾烟气温度场的发展本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于公铁共用双层盾构隧道系统的火灾通风排烟实验模拟装置，所述公铁共用双层盾构隧道分为两层结构，上层结构包括汽车车道(9)，下层结构包括地铁车道(8)；其特征是，所述实验模拟装置包括隧道半横向排烟控制和优化系统、模拟火源系统、多特征参数测量系统、火灾探测系统和细水雾灭火系统；在所述汽车车道(9)一侧的扇形空间内设置逃生通道(7)；并在所述汽车车道(9)内设置障碍物(33)；在所述地铁车道(8)一侧的扇形空间内设置逃生楼梯(15)；所述逃生楼梯(15)与所述逃生通道(7)相连通；所述隧道半横向排烟控制和优化系统，包括上层集中排烟通道(1)、下层排烟通道(10)、上层排烟口(14)、下层排烟口(13)和风洞装置(18)；所述上层排烟通道(1)设置在所述汽车车道(9)的上方空间内，并通过顶隔板(25)与所述汽车车道(9)隔开；并通过所述上层排烟口(14)将所述上层集中排烟通道(1)内的烟雾向上排出；所述下层排烟通道(10)设置在所述地铁车道(8)另一侧的扇形空间内；并通过所述下层排烟口(13)将所述下层排烟通道(10)内的烟雾向外侧排出；所述风洞装置(18)设置在所述双层盾构隧道一端，用于提供风源，并通过风速仪探头(29)获得所述风源的风速；所述模拟火源系统，包括燃烧器(24)控制燃料流量的质量流量计(27)、燃料气瓶(28)和滑动小车(26)组成；由所述质量流量计(27)控制所述燃料气瓶(28)的气源大小并流向所述燃烧器(24)，形成模拟火源，并通过所述滑动小车(26)模拟火灾发生位置；所述多特征参数测量系统，包含火灾烟气温度测量装置(30)、一氧化碳浓度测量装置(31)和烟气流速测量装置(32)；所述火灾烟气温度测量装置(30)、所述一氧化碳浓度测量装置(31)和所述烟气流速测量装置(32)分别交错设置在所述顶隔板(25)的下方中间位置处，用于采集多特征参数，所述多特征参数包括：烟雾的竖向温度和纵向温度、采集一氧化碳浓度，以及烟气流速和空气流速；所述火灾探测系统，包括光纤光栅探测器(3)和隧道专用火灾探测器(2)；所述隧道专用火灾探测器(2)设置在所述顶隔板(25)的中间位置处，用于探测火灾的发生并发出报警信号；所述光纤光栅探测器(3)设置在所述顶隔板(25)的两侧位置处，也用于探测火灾的发生并发出报警信号；所述细水雾灭火系统，包括：细水雾喷头(4)、控制阀组和水泵；所述细水雾喷头(4)分别设置在所述汽车车道(9)和地铁车道(8)的两侧，用于控制所述双层盾构隧道内的火灾；所述模拟实验装置是由所述模拟火源系统模拟火源及其发生位置，由所述火灾探测系统感知火灾的发生及发出报警信号，由所述多特征参数测量系统获得火灾的多特征参数，由所述隧道半横向排烟控制和优化系统对隧道火灾进行排烟处理，由所述细水雾灭火系统对火灾火势进行控制。...
【技术特征摘要】
1.一种基于公铁共用双层盾构隧道系统的火灾通风排烟实验模拟装置，所述公铁共用双层盾构隧道分为两层结构，上层结构包括汽车车道(9)，下层结构包括地铁车道(8)；其特征是，所述实验模拟装置包括隧道半横向排烟控制和优化系统、模拟火源系统、多特征参数测量系统、火灾探测系统和细水雾灭火系统；其中：在所述汽车车道(9)一侧的扇形空间内设置逃生通道(7)；并在所述汽车车道(9)内设置障碍物(33)；在所述地铁车道(8)一侧的扇形空间内设置逃生楼梯(15)；所述逃生楼梯(15)与所述逃生通道(7)相连通；在地铁车道(8)上地铁乘客通过侧向平台(41)，侧向平台有5mm厚不锈钢钢板构成，沿着隧道纵向方向布置，地铁乘客经由下层逃生门(6)进入疏散平台(40)上，下层逃生门(6)采用防火门建造，在逃生门的上方各安装一个风幕机(22)，控制火灾烟气进入相邻隧道层，模拟逃生楼梯分为两段，两段楼梯高度之和略低于上下层车道高度，楼梯也是采用不锈钢板构成；在上层汽车车道(9)发生火灾事故时，乘客通过上层逃生门(5)进入逃生通道(7)，进而通过疏散楼梯(15)疏散到隧道下层疏散平台(40)上；所述隧道半横向排烟控制和优化系统，包括上层集中排烟通道(1)、下层排烟通道(10)、上层排烟口(14)、下层排烟口(13)和风洞装置(18)；所述上层集中排烟通道(1)设置在所述汽车车道(9)的上方空间内，并通过顶隔板(25)与所述汽车车道(9)隔开；并通过所述上层排烟口(14)将所述上层集中排烟通道(1)内的烟雾向上排出；所述下层排烟通道(10)设置在所述地铁车道(8)另一侧的扇形空间内；并通过所述下层排烟口(13)将所述下层排烟通道(10)内的烟雾向外侧排出；下层地铁隧道火灾烟气采用半横向排烟模式，排烟口每隔一定距离设置在侧壁上端，隧道火灾烟气会受到排烟风机的抽吸作用，使得火灾烟气进入专用排烟管道输运到隧道外部；下层排烟口(13)上安装有自动排烟防火阀，同时根据实验需要对排烟口设置间距和数量进行调整，便于优化排烟效率；所述风洞装置(18)设置在所述双层盾构隧道一端，用于提供风源，并通过风速仪探头(29)获得所述风源的风速；两台轴流通风机呈上下组合的简易的风洞装置(18)安装于隧道一端，它产生的风流通过紧邻风机的一段由蜂窝层结构组成蜂窝整流段到达隧道内部...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞，陈宇航，王强，范传刚，董满生，丁建勋，石琴，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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