隧道排烟有哪几种模式，浅议公路隧道施工通风设计

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浅议公路隧道施工通风设计

隧道施工通风是整个隧道施工管理工作中极其重要的一个环节,它不仅影响施工环境质量,而且也直接关系施工进度。因此,隧道施工通风应作为一个重要问题而摆在各级施工管理部门的议事日程上,完善和创新管理模式,从而使其走向规范化的轨道上,为确保施工进度,保障施工人员的健康创造一个良好的施工环境。

一、通风方式及其应用

1、通风方式分类

通风方式根据隧道长度、施工方法和设备条件确定,分为自然通风和机械通风两种。自然通风既利用隧道内、外的大气压差进行通风,无需机械设备;机械通风是采用风机为动力,配以风筒送、排风的通风方式(压入式通风、抽出式通风、混合式通风)。机械通风两种基本方式(压入式通风和抽出式通风)见隧道施工基本通风方式图(图1);混合式通风是两种基本通风方式相配合使用,分为长压短抽式、长抽短压式(前压后抽式、前抽后压式)。各自的适用性及优缺点如下表1。

2、通风方式选择要点

通风方式的选择应针对污染源的特性进行,在选择时应注意以下几点:

（1）自然通风因其影响因素多、通风效果不稳定且不易控制,尽量避免使用。故除短直隧道外,有轨运输隧道宜采用吸出式或混合式通风,无轨运输隧道宜采用压入式或变换式通风。

（2）压入式通内能将新鲜空气直接输送至工作面,有利于工作面施工,但污染空气将流经整个坑道,若采用大功率、大管径设备,该通风方式适用范围较广。

（3）吸出入通风的风流方向与压入式相反,但其排烟速度较慢,且易于在工作面形成炮烟停滞区,故一般很少采用,因此,常在工作面处另设局扇以构成混合式通风系统。

（4）混合式通风具有压入式和吸入式的优点,但管路、风机等设施增多,在管径较小时可采用,若有大管径、大功率风机时,其经济性不如压入式。

（5）有平行导坑施工的隧道应采用巷道式通风,其通风效果主要取决于通风管理的好坏。

二、施工通风控制条件

1、粉尘浓度

含有10%以上的游离二氧化硅( sio2)的粉尘应小于2mg/ m3,含有游离二氧化硅在10%以下时,水泥粉尘不大于6mg/ m3。

2、一氧化碳的浓度

根据有关规范规定:空气中一氧化碳体积浓度不大于0. 0024%,施工人员进入开挖面时,浓度可允许到100mg/ m3(称为进入浓度),但施工人员进入开挖面后30min内,浓度应小于30mg/ m3(称为允许浓度)。

但规范并未对柴油机进洞后的co浓度做出单独规定,因此,在实际施工中,常常不分情况一律采用允许浓度30mg/ m3。笔者认为,关于开挖面co的浓度问题应主要根据出碴运输方式来确定。若采用有轨运输,则完全可以避免废气的生成,那么在通风量计算中,由于爆破时所产生的废气浓度随时间的增加而减少。一般采用进入浓度100mg/ m3,并在进入后废气浓度降至30mg/ m3。而当采用无轨运输时,洞内使用的内燃施工机械排放出大量废气,这时,废气浓度的特点是开始逐渐上升,经过一段时间后相对稳定在最大值数小时,出碴结束后废气浓度逐渐减小,因此,不能再采用允许浓度30mg/ m3,参照国外及我国冶金矿山安全标准采用进入浓度125mg/ m3,允许浓度62. 5mg/ m3较合适。同时考虑到在全隧道实行同一标准的难度,应对隧道内的不同地段实施不同的标准。笔者认为对隧道内主要施工地段采用co允许浓度,对于其他地段采用co进入浓度。从而在保证满足施工环境的前提下,减少需风量,降低施工成本。

3、氮氧化物浓度

一般要求氮氧化物的体积浓度不大于0.00025%,重量浓度不大于5mg/ m3。

4、洞内空气成分(按体积)

凡有人工作的地点,氧气的含量不小于20%,二氧化碳的含量不大于0. 5%。

5、洞内风量要求

每人每分钟供应新鲜空气不小于3m3。

6、洞内风速要求

一般要求洞内风速不小于0. 25m/ s,且不大于6m/ s。

三、施工通风量计算

在隧道施工通风量计算方法的研究中,出现了多种不同的观点,提出的计算方法也各不相同。根据我国多年来隧道施工经验,洞内供风量的计算应从以下三个方面通盘考虑,分别计算出各种情况下的通风量,取其最大值即为工作面所需风量。

1、按洞内同时工作的最多人数计算

根据洞内工作面施工人员人数及洞内风量要求,一般采用下式计算通风量:

q= q.m.k

式中: q为洞内通风量,( m3/ min); q为每人每分钟呼吸所需空气量,通常取q= 3m3/ min; m为洞内同时工作的施工人员数量; k为风量备用系数,一般取k= 1. 15。

2、按压入式通风降低有害气体浓度计算

根据压入式通风把工作面爆破产生的有害气体浓度降至允许浓度,一般采用下式计算通风量:

式中: q为洞内通风量,( m3/ min); t为通风时间( min); g为一次爆破的最大炸药量,( kg); a为巷道横断面积,( m3); l为临界长度,( m),根据l=12. 5gbk/ ap2计算,其中k为系统扩散系数,与风管口距工作面的距离及风管直径有关; 7为与巷道潮湿情况有关的系数,一般可取0. 3; b为炸药爆破时的有害气体产生量; p为风管的漏风系数,根据p=

计算,其中l为通风距离, p100为100m漏风率。

3、按洞内允许最小风速计算

根据施工通风时,洞内允许最小风速计算通风量时,按下式计算:q= 60.a.v

式中: q为通风量,( m3/ min); v为最小允许风速,( m/ s),取0. 25m/ s;a为巷道横断面积( m2)

四、通风设备的配置

根据施工通风方案,施工通风长度,通风管节长及百米漏风率等参数,经计算确定所需风机的类型及数量,尽量选用风量大,风压高,适用于长距离及大风管送风,低噪声的风机。目前,长大隧道的施工通风多采用长管路通风方式,风管的质量好坏和适用性对通风效果会产生明显影响。风管有软管和硬管两种,从技术和经济角度来看,软风管一般优于硬风管。在选择风管时应考虑其漏风率、阻力大小、接头气密性、变形大小、安装条件等方面的因素。风管的直径应根据巷道断面,通风量和风管长度综合考虑确定。

五、施工通风管理

根据实际调查了解,多数施工单位对施工通风工作不够重视,施工环境质量及施工环境卫生意识淡漠,加之缺乏专门的通风技术和管理人员,造成通风效果不良,形成开挖、运输与通风不协调,甚至严重影响施工进度及施工人员的身体健康。有时尽管许多工程为取得良好的施工通风效果而组织了通风技术服务,但是,由于技术和管理等诸方面的原因,良好的通风系统得不到好的通风效果。因此,应在强化施工环境质量意识的同时,切实加强通风系统的管理,落实通风费用,保证风机正常运转,爆破后及时送风,及时按要求挂接风管并修补破洞,充分发挥通风系统的整体功能效应作用,为施工创造一个良好的环境条件。

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地铁站台火灾排烟通风模式分析

本文采用了理论分析、CFD数值模拟分析等方法对某地铁单层站台发生火灾时的通风排烟系统的各种可能运行模式进行了分析，分析结果表明，不同的模式下通风排烟效果相关很大，同时火灾发生的位置不同，相应的最优通风排烟模式也有所不同。我国的《地下铁道设计规范》提供了站台火灾排烟的基本规范，但具体采用何种通风排烟模式应结合站台和防排烟系统的实际情况分析确定。

关键词地铁站台火灾排烟通风模式计算流体力学（CFD）

1引言在地铁营建与运营过程中，地铁火灾是不容忽视的问题。1987年11月18日在伦敦King's Cross地铁站发生一起大火，造成31人死亡，大量人员伤亡，成为震惊世界的重大火灾事故[1]。由于地铁建筑与外界的联系只有车站的出入口，而且站台和车厢内人员密集，一旦发生火灾危害极大。所以，虽然地铁火灾的发生是一个小概率事件，但必须引起人们的重视，并在地铁系统设计阶段就给予充分的考虑。地下铁道火灾事故通常可以分为两种情况：车站火灾和区间隧道火灾；当列车在隧道发生火灾时应力争将列车开至临近车站疏散乘客，此时可按照车站站台火灾工况进行处理。一旦发生火灾不同的特点，应制定防排烟系统相应的优化运行模式。本文将以某一实际工程的地铁列车发生火灾集靠在单层站台作为研究对象，利用理论分析和CFD的数值模拟分析等方法探讨最优的通风排烟模式。自1974年计算流体力学（Computational Fluid Dynamics: CFD）如用于通风空调领域拟分析以来，CFD技术越来越多地应用于指导空调通风建筑的气流场和温度场院的设计及分析。利用CFD技术，通过计算机求解流体流动所遵循的控制方程，可以获得流体流动区域内的流速、温度、组分浓度等物理量的详细分布情况，从而指导和优化设计。本次模拟采用的是由清华大学建筑环境与设备研究所开发的通风三维流动、传热与燃烧的数值模拟软件STACH-3，其曾应用于地铁隧道区间的火灾模拟分析，其模拟结果在火源附近以外的区域均与实测结果有较好的吻合[2]。 2研究对象物理模型 2.1站台土建结构研究对象为一单层侧式站台，有效空间中长120m，宽16.8m，高4.65m，其断面示意图如图1所示。站台有四个出入口。图1站台断面示意图 2.2站台通风系统本站台利用机械通风来保持站台合适温度，带走负荷。正常环控工况下，站台两端上方各设1台轴流风机（可反转）向站台送风，如图2的示；同时各设有1台轴流风机负责从站台地板下空间抽取排风，形成了站台端部集中送风、站台地板下空间作为回/排风道，均匀排风的站送、站排的通风形式。每台风机风量为60m3/s左右，全压1000Pa。图2站台正常工况通风系统示意图（平面图）当站台发生火灾时，将利用正常工况下的集中送风口作为集中排烟风口使用，由车站进出口时风。此时，通过阀门的切换，可以将正常工况下的回风机与送风机并联运行，通过原集中送风口将站台的烟气及时排向地面。邻近站台的通风系统与此站台一致。 2.3火源强度设定火灾强度的合理设定一直是地铁火灾工况模拟分析中的难点。目前由于权威的实测数据，所以在本次模拟计算中参考了国内其他地铁设计采用的火灾强度，为10.5MW。 3可能的通风模式站台发生火灾时主要依靠的是布置在站台两端的正常工况下的集中送风口进行排烟，由于排烟口的集中布置，不同的风机运行模式对通风排烟的效果相差很大，而且列车发生火灾位置不同也会有很大的影响。因此需要针对不同的火灾发生位置，研究如何合理调动站台的四台风机，以保证有最大的安全区和安全疏散通道，让乘客和工作人员安全撤离火灾现场。利用CFD软件模拟火灾发生时的气流场和温度场，为研究和分析合理的风机运行模式提供了有利的手段。按照我国的《地下铁道设计规范》[3]基本要求，考虑列车两种位置（列车头部、中部）发生火灾的情况，分别制定了站台防排烟系统的可能运行模式，如表1所示。在这些运行模式中，只考虑邻近区间或者站台的风机联合工作，其他区间或者站台风机运行工况影响较小，可以不予考虑。图3为模拟站台列车火灾采用的物理模型。

4分析与讨论对于站台火灾问题，选取最佳的通风方式首先应该满足两个基本原则，1）从进出口来的风要保证一定的速度，以有效压制烟气的扩散，保证人员撤离通道安全。2）尽可能不要让烟过多扩散进入周围隧道，否则这将会为后期周围隧道烟气处理带来麻烦。按照上述的原则，首先对上述两种火灾工况下的各种模式进行比选。对于火灾工况1，模式1.3和模式1.4都由于邻近的区间或站台排风机的作用，使得从出入口进来的新鲜气流迅速被隧道带走，同时也将带走大量的烟气，虽然进出口风速很大，排烟效果却不好。对于模式1.1和模式1.2，后者从出入口和隧道的来流风速大约是前者的2倍，而且在模式1.2中出入口平均风速达到2.3m/s，更加安全。图4和图5比较了模式1.1和模式1.2的三维温度场在站台人头部水平高度的断面的分布情况，从图中可知，由于隧道主要靠在站台两端的风口排烟，而且火源在列车中部，所以在站台中央温度高，聚集了大量的热量和烟气。相反，在出入口到站台两侧，新鲜气流较多，相对来说是比较安全的区域。对比模式1.1和模式1.2，可知模式1.1由于从进出口来流风量不够，不能有效带走聚集于站台中央的热量和烟气，导致在出入口到站台两侧的区间温度和烟气浓度均较高，这样在整个站台的安全区域就几乎没有，给人员的逃生带来极大的危险。而模式1.2由于从进出口的风速比较模式1.1提高了一倍，能较有效带走热量和烟气，能形成较大的安全区域，相对而言更有利于乘客逃生和救生人员开展灭火救灾工作。以上分析说明，对于工况1通风模式1.2是最优的。对于工况2，模式2.4进出口风速过低，首先舍去。模式2.5，有一定量的烟气扩散到右边隧道，也不可取。比较模式2.2和模式2.3，后者从进出口和左边隧道的来流风速都高于前者，虽然模式2.3会有少量的烟气扩散到右边隧道中，但综合比较模式2.3是更好的方案。图6和图7比较了模式2.1和模式2.3的三维温度场在站台人头部水平高度的断面的分布。从图中可知，由于火灾发生在列车的头部，所以产生的高温烟气能很快从临近火源的端部风口迅速排出。对于这种送排风系统的地铁站台，列车头部（尾部）发生火灾是比中部的安全区域，而模式2.3的安全区域大于模式2.1，更有利于乘客逃生。以上分析说明，对于工况2通风模式2.3是最优的。 5结论综上所述，针对本文研究的单层站台列车火灾问题有以下几点结论： 1）发生火灾事故时候，风机的启停和转动方向均应根据火灾发生的实际情况来确定，不同的通风方式，其效果可能相差很大。利用CFD的模拟分析软件，可以直观有效地判断通风方式的优劣。 2）如果列车中部发生火灾，建议采取模式1.2的通风方式，即站台两端的四台风机均作排风使用。 3）如果列车头部发生火灾，建议采取上述所述的模式1.3，即靠近火灾一侧开启两台排风机，另一端两风机均关闭；同时开启一台邻近火灾的区间风机或者站台风机排风。本实例选取的是偏大的火灾强度，是偏安全的设计。由于火灾强度直接影响模拟分析结果，同时影响通风模式的选取，从而影响系统的经济性，所以确定作为设计标准的符合实际情况的列车火灾强度是亟待研究的问题。

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铁路隧道与公路隧道防排烟存在哪些不同

铁路隧道与公路隧道防排烟存在不同的是：

1、铁路隧道由于其自身特点,防烟分区的划分也要根据结构特点确定,分析隧道内送风和排烟竖井的位置和疏散出口的位置,并根据隧道的通风排烟模式确定防烟分区。

2、公路隧道的防排烟在隧道内部区域设置风机设备进行排烟,可以利用风机正转的形式和反转的形式,因地制宜设定排烟方向,而且出现火灾烟雾的位置和通风口距离越近,排烟的效果越好。防排烟系统，都是由送排风管道、管井、防火阀、门开关设备、送、排风机等设备组成。