发布时间 : 星期四 文章公路隧道火灾后二衬结构损伤程度研究-土木工程；防灾减灾工程及防护工程专业毕业论文 - 图文更新完毕开始阅读
重庆交通大学硕士学位论文
第三章公路隧道火灾场景模拟
3．1公路隧道火灾关键参数设置
3．1．1火源参数
大量理论及试验研究表明，火源的最高温度、升温速率以及持续时间对隧道 衬砌结构在火灾中的力学性能的变化起着决定性作用。火源的最高温度会影响衬 砌的物理、化学性能，进而导致衬砌性能的裂化；升温速率会引起衬砌内部物理 指标的变化，如湿度、温度发展以及空隙压力梯度变化。
3．1．1．1火源最高温度 火源能达到的最高温度决定了火灾中隧道衬砌的力学性能裂化程度。根据火
灾案例分析，可以将公路隧道火灾中的车辆分为轿车、客车、货车和油罐车四类， 分析可得到不同车辆在燃烧时可能达到的最高温度。
轿车火灾中最高温度为500\～600\，当隧道断面较小时，轿车燃烧时的火 焰会接触到隧道衬砌结构，则此时最高温度可提高到1 000。C。根据PIARC[40】的建 议值，客车火灾中最高温度取800。C～900℃。货车火灾最高温度可取为1200。C。 油罐车火灾的最高温度为1300℃～1400℃。 3．1．1．2火源最大热释放速率
隧道火灾中火源的最大热释放速率这一重要参数影响着设备的投资和投入的
运营费用，隧道火灾的热释放速率受隧道的几何形状和隧道通风等条件的影响。 在不考虑通风影响的前提下，轿车发生火灾时的最大热释放速率为3\； 客车发生火灾时的最大热释放速率为15\；货车发生火灾时的最大热释放 速率为50～100MW；油罐车发生火灾时的最大热释放速率为300MW。 3．1．1．3火源持续时间
隧道火灾发生过程中，从火灾开始起火到温度开始下降所需要的时间称为火 灾持续时间。确定火灾持续时间需要考虑燃烧车辆数、开始灭火的时间以及衬砌 结构的重要性等因素。
隧道具有封闭性这一特点，因此在没有消防措施的情况下，参与燃烧的车辆 可能会越来越多，进而影响火灾的持续时间，车辆数越多则火灾持续的时间越长。 火灾的持续时间还取决于消防措施的实施，及时有效的开展灭火工作能缩短火灾 的持续时间。不同的隧道衬砌结构重要性，在设计时考虑的耐火时间也不同，重
26
万方数据
第三章公路隧道火灾场景模拟
要性系数越大的隧道相应的耐火时间越长。 由于影响隧道火灾的因素不一，因此隧道火灾的持续时间也不相同。通过公
路隧道火灾案例的分析，不同交通类型的隧道可在火灾基准持续时间为2小时的 基础上进行调整。
3．1．1．4火源升温曲线 由于公路隧道的特点，在公路隧道发生的火灾与上部建筑发生的火灾有明显
区别，如空间较封闭、火灾荷载大、热量不易散失和燃烧速率快等特点。因此在 上部建筑火灾中 被广泛运用的IS0834标准温度．时间曲线被一些能够反应隧道火 灾特点的升温曲线所代替。例 如，RWS曲线及修正RWS曲线、HC曲线、HCinc 曲线、RABT／ZTV曲线、Runehamar曲线等。以上 几个曲线在形状是各不相同， 但都能反映出隧道火灾最高温度高、升温速度快和持续时间长等特 点。
IS0834曲线的表达式为：
T=345log(8t+20、 (3．1)
式中，t为时间，单位min；T为t时刻试验炉内平均温度，单位℃。IS0834 曲线的燃烧物为纤维质材料，通常用于描述一次建筑物火灾。不过该曲线仅反映 了火灾的增长阶段和完全发展阶段，并没有描述出火灾的衰减阶段。
RWS曲线温度随时间的变化见表3．1：
表3．I RWS曲线温度随时间变化
RWS曲线主要用于描述油罐车在隧道中的火灾情况。在火灾最初5min内，温 度上升到1140℃；火灾发生1h后隧道内温度达到1350。C，随后由于燃料的减 少 最高温度逐渐降低；2h后火势被控制，火源逐渐被扑灭。由于一些山岭隧道 远离 消防队，火势不能在2h内被控制，因此在RWS曲线的基础上将火灾中火 源的燃 烧持续时间延长到180min，即为修正RWS曲线。
HC曲线的表达式为：
丁=20+1080(1—0．325e-o·16刀一0．675e-2’5‘1 (3．2)
27
万方数据
重庆交通大学硕士学位论文
式中，t为时间，单位min；T为t时刻隧道内的最高温度，单位℃。HC曲线一开 始运用于石化工程和海洋工程，用来描述发生的小型石油火灾的特征，后被应用
到了隧道火灾中。
HCinc曲线是在HC曲线的基础上乘以系数a=1300／1100得到的表达式。 RABT／ZTV曲线假设火场温度在5min内迅速上升到1200。C；同时假设火源 在持续35min(火灾更长)后经过110min冷却到常温。该曲线描述了一辆汽车在 封闭环境内燃烧时的特征。
Runehamar曲线的表达式为：
丁：20+＆N，：(1-e-k't)¨e嘶 (3．3)
式中，丁为温度，单位℃；f为时间，单位min；N，玎，，‘，毛为参数，根 据相关试验结果，当Ⅳ=IN，r6=1．2079，，i=1932．8，毛=0．0040335；当N=2 时，r6=1．2，‘=1920，毛=0．00385，n2=30，r2=300，乞=0．65。
， Ⅻ砌
； 洲鼬 ㈣m
； 蝴埘
，y＼烈≥穗涨蚺
州珩 删射
l； ，l； 。¨ “： tl} ：¨ L{， f¨ 、}{ ‘¨I ：oftJ I．{j ■|；
州峨。mi；j
图3．1标准火灾曲线
Both，Richer等【4611471在不考虑隧道火灾过程中主动消防措施的影响下，以隧 道内车辆类型为依据，给出了隧道衬砌结构防火设计时可采用的火灾升温曲线及 持续时间，见表3．2。
表3．2不同交通类型火灾曲线及持续时间
综上，则可以确定隧道内发生火灾时在没有主动消防措施的情况下，不同交
万方数据
第三章公路隧道火灾场景模拟
通类型中火源的各个关键参数参考值，见表3．3。
表3．3不同交通类型火灾火源关键参数取值
3．1．2隧道受火面粗糙度设置
根据尼古拉兹试验，粘性底层与粗糙度的相对大小以及对流动特征的支配作 用决定了管中的流动状态，管中沿程阻力分为5个阻力区，分别为层流区、临界 区、光滑管湍流区、过渡区和粗糙管湍流区。在各个区的半经验公式中，Colebrook 公式适用于Re大于4000的整个湍流后三个区，该公式适用范围最广，重要性和 精确性要远超过其他半经验公式，是一个湍流摩擦阻力系数的综合计算公式，公 式为：
一1：一2110一』+三姿1 42' 。L3．7d ，7，|
(3．4)
Re,／2,／
式中，雷诺数Re=兰，其中u为空气的动力粘度系数；允为壁面摩擦阻力系
1)
数；△为壁面粗糙度，单位m；d为隧道截面的当量直径，单位m。 由公式(3．4)可看出，计算隧道壁面粗糙度需要先得到隧道壁面的摩擦阻力
系数。在粗糙管湍流区内，相对粗糙度A／d是决定壁面摩擦阻力系数九值的唯一 要素，对兄有直接影响。因为公路隧道的当量直径大，因此雷诺数通常很高，多 属于过渡区或粗糙管湍流区范畴，利用Colebrook公式能得到很好的描述。各类管 材的当量绝对粗糙度的确定，通常是先在试验室中测出沿程阻力系数，然后由公 式反算得出，而实际其粗糙度还与锈蚀、结垢以及积污等因素有关。而在公路隧 道中，不同施工方法引起的隧道壁面凹凸不平，加上壁面安装的各种电缆桥架和 照明用具等，使得确定隧道壁面的粗糙度非常复杂。
根据《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026．1．1999)，在隧道通风计算中假 设空气为不可压缩流体，隧道内的空气流可作为不随时间变化的恒定流处理，可 将车辆行驶也视为恒定流。标准大气压状态下的空气物理指标取值见表3．4
万方数据