一種含多條疏散橫通道的鐵路隧道救援站火災(zāi)實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及鐵路隧道火災(zāi)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含多條疏散橫通道鐵路隧道救援站火災(zāi)實驗系統(tǒng)，用于對特長鐵路隧道內(nèi)列車火災(zāi)后?？吭诰仍緯r煙氣控制效果進行模擬，可實現(xiàn)對溫度場、速度場的測量。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，作為國家的大動脈、大眾化的交通工具，在綜合交通體系中處于骨干地位，而隧道作為鐵路的重要組成部分之一，近些年其數(shù)量不斷增多并且單座隧道長度也不斷增長。盡管相比于公路隧道，鐵路隧道發(fā)生火災(zāi)的概率較小，但是，由于其深埋地下，環(huán)境封閉，在通風(fēng)、客流快速疏散等方面都受到了極大的限制，一旦發(fā)生火災(zāi)，濃煙和熱氣很難自然排除，如果火勢不能得到有效的控制，其后果將不堪設(shè)想。
[0003]鑒于隧道火災(zāi)的隨機性與危害性，在鐵路隧道特別是特長鐵路隧道中，做好隧道防災(zāi)救援和疏散設(shè)計工作非常重要，對于特長鐵路隧道，設(shè)置救援站是防災(zāi)救援中優(yōu)先考慮的方案。救援站的工作機理是:當列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，及時將列車開往救援站，乘客及列車人員迅速下車，通過橫通道疏散至另一隧道，等待救援。因此，研究著火列車?？烤仍竞蟛煌艧煼绞较聹囟葓龅姆植家?guī)律、煙氣蔓延規(guī)律及煙氣控制效果對于長大鐵路隧道救援站防災(zāi)救援具有重要的指導(dǎo)意義。
[0004]基于小尺寸模型試驗經(jīng)濟易行，已成為現(xiàn)在研究鐵路隧道火災(zāi)試驗的常用手段，國內(nèi)外已有一些研究人員開展了不同形式的火災(zāi)模型試驗。國外方面，Lee等人(1979)建立了一條長為13.7m、橫截面積為0.27m2的小尺寸試驗?zāi)Ｐ?，并對抑制隧道火?zāi)煙氣逆流的臨界風(fēng)速進行了研究。之后，Chaiken等人(1979)、Vantelon等人(1990)、Kwack等人(1990)、Xue等人(1993)、Oka等人(1996)相繼建立了一系列比例大小不一的小尺寸試驗?zāi)Ｐ?，并進行了隧道火災(zāi)的相關(guān)研究。Hwang和Wargo (1996)研究了隧道縱坡度對煙氣流動的影響。G.T.Atkinson與Y.Wu (1996)研究了縱坡度對臨界送風(fēng)風(fēng)速的影響，并提出了考慮隧道縱坡度的臨界送風(fēng)風(fēng)速的預(yù)測關(guān)系式。Y.Wu和Μ.Z.A.Bakar (2000),HitoshiKur1ka等人(2002)分別對縱向風(fēng)速對隧道火羽流傾角、頂棚最高煙氣溫度及所在位置進行了詳細的研究，并提出了自己的經(jīng)驗關(guān)系式。Vauquelin (2006)通過1:20的模型試驗，研究了隧道寬度對臨界風(fēng)速的影響。Jae Seongroh (2008)建立了一個1:20的小尺寸試驗臺，并研究了通風(fēng)風(fēng)速對火源燃燒速率的影響。國內(nèi)方面，西南交通大學(xué)的閆治國(2002)建立了內(nèi)徑為1.Sm，壁厚為15cm，長為10m的鋼筋混凝土管段模型隧道，通過隧道模型的火災(zāi)試驗，對火災(zāi)發(fā)生時隧道內(nèi)溫度場以及壓力場的分布、煙霧的性態(tài)進行了研究。西南交通大學(xué)的王明年等(2003)建立了一條直徑為2m，長度為120m，坡度為1%的模型隧道，對隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時的溫度變化規(guī)律進行了研究。中南大學(xué)的李冬(2010)以獅子洋水下隧道為依托，建立了比例為1:9，長度為52.5m的模型隧道，對水下盾構(gòu)隧道的防災(zāi)設(shè)計及防災(zāi)救援進行了研究。
[0005]通過對一些資料調(diào)研可知，目前對于隧道火災(zāi)的研究，多集中于火災(zāi)發(fā)生在單管隧道的情形，如中國發(fā)明專利文獻CN 102306459 B也只是公開了單管鐵路隧道救援站火災(zāi)模擬實驗系統(tǒng)；對于設(shè)有疏散橫通道連接雙洞隧道的救援站內(nèi)火災(zāi)實驗的研究還幾乎是空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對特長雙洞隧道無法完整模擬火災(zāi)時煙氣控制效果，以及實現(xiàn)對溫度場、速度場的測量，目的在于提供一種含多條疏散橫通道鐵路隧道救援站火災(zāi)實驗系統(tǒng)，解決對特長鐵路隧道內(nèi)列車火災(zāi)后?？吭诰仍緯r煙氣控制效果進行模擬，可實現(xiàn)對溫度場、速度場測量的問題。
[0007]本發(fā)明的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種含多條疏散橫通道鐵路隧道救援站火災(zāi)實驗系統(tǒng)，包括實驗隧道主體及數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，所述實驗隧道主體包括火災(zāi)隧道、疏散橫通道、未火災(zāi)隧道、列車模型、火源及排煙系統(tǒng)；所述的火災(zāi)隧道通過疏散橫通道與未火災(zāi)隧道連通，所述的列車模型、火源和排煙系統(tǒng)設(shè)置在火災(zāi)隧道內(nèi)，具體實驗時可以通過封堵橫通道口的方式來實現(xiàn)含不同橫通道數(shù)救援站內(nèi)的火災(zāi)場景。
[0008]所述的排煙系統(tǒng)包括排煙道、排煙閥、排煙口、離心風(fēng)機和軸流風(fēng)機，所述排煙道由排煙道隔墻在火災(zāi)隧道內(nèi)遠離通道一側(cè)隔出，所述排煙閥為預(yù)留在排煙道隔墻上小孔；所述排煙口設(shè)置在排煙道中部，所述的離心風(fēng)機布置在排煙口向外抽煙，起到向外抽煙的作用，所述軸流風(fēng)機布置在火災(zāi)隧道與未火災(zāi)隧道四個洞口向隧道內(nèi)提供新鮮的低溫空氣并引導(dǎo)煙流，在排煙方式方面，本實驗平臺可以研究獨立側(cè)向排煙道下的半橫向排煙方式以及橫通道關(guān)閉情況下的縱向排煙方式下的高溫區(qū)域控制及煙氣蔓延控制效果。
[0009]所述數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)測量裝置、數(shù)據(jù)采集器及軟件分析模塊，所述數(shù)據(jù)測量裝置包括溫度測量裝置和風(fēng)速測量裝置，數(shù)據(jù)測量裝置(熱電偶、壓力傳感器等)將采集到的溫度、壓強值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓(mv級)輸出至數(shù)據(jù)采集器，通過運算放大，經(jīng)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機能夠處理的二進制代碼，交單片機處理，然后單片機將溫度、壓力輸出端口輸出的數(shù)字量經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至上位機(PC)，經(jīng)軟件分析模塊中的溫度、流速計算程序換算成對應(yīng)的溫度值、速度值，并儲存于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里。
[0010]進一步的，所述的排煙閥為10個，取每個排煙閥所在斷面為測試斷面，共10個測試斷面，每各斷面內(nèi)拱頂下部、疏散站臺上方、疏散站臺中線人眼特征高度(即0.16m)處各布置一個風(fēng)速測點，所述風(fēng)速測點設(shè)置有用于測量火災(zāi)隧道內(nèi)不同位置風(fēng)速大小的風(fēng)速測量裝置。所述風(fēng)速測量裝置由布置于火災(zāi)隧道內(nèi)的皮托管和微差壓傳感器組成。
[0011]進一步的，所述實驗隧道主體與實際隧道主體采用1:10的縮比例模型，隧道長60m，火災(zāi)隧道與未火災(zāi)隧道由9條疏散橫通道連通；采用1:10的縮比例模型的設(shè)計，在完全能滿足得到準確的實驗數(shù)據(jù)情況下，盡量節(jié)約實驗平臺建造成本。
[0012]進一步的，所述實驗隧道主體的火災(zāi)隧道采用防火磚砌筑，所述的未火災(zāi)隧道及疏散橫通道采用普通磚砌筑；所述實驗隧道主體的內(nèi)表面用水泥砂漿抹面，火源區(qū)采用耐火水泥抹面，外表面鋪設(shè)一層鋼絲網(wǎng)后用水泥砂漿抹面，在火源區(qū)采用耐火材料，在非火源區(qū)采用普通材料，在滿足實驗性能的情況下可以節(jié)約成本。
[0013]進一步的，所述列車模型由鋼筋作為框架，采用鐵皮分節(jié)制作，一節(jié)車廂的長、寬、高分別為255cm、31cm、44cm，列車模型長度為17節(jié)車廂長度加機車長度，即2.03+2.55 X 17=45.38m，火源位置一節(jié)車廂長度內(nèi)不布置車廂模型，列車放置于火災(zāi)隧道中部，完全模擬列車基本結(jié)構(gòu)，使實驗數(shù)據(jù)更準確。
[0014]進一步的，火源為池火，在距離火災(zāi)隧道兩端洞口及中部各布置一處火源，共三個火源區(qū)位置，根據(jù)工況需要選用一處火源位置進行實驗，火源燃料采用汽油。
[0015]進一步的，所述的火源區(qū)每隔Im布置一個溫度測試斷面，非火源區(qū)每隔2m布置一個溫度測試斷面，共45個測試斷面，每個測試斷面的拱頂位置設(shè)置一個火災(zāi)隧道中線溫度測點，所述的火災(zāi)隧道中線溫度測點布置有風(fēng)速測量裝置，每個測試斷面的疏散站臺中線位置設(shè)置一個疏散站臺中線溫度測點，所述的疏散站臺中線溫度測點布置有風(fēng)速測量裝置。
[0016]進一步的，所述的火災(zāi)隧道中線溫度測點上布置的風(fēng)速測量裝置為一個熱電偶樹，該熱電偶樹包括兩個熱電偶，距拱頂豎直距離分別為0cm、15cm ;所述的疏散站臺中線溫度測點上布置的風(fēng)速測量裝置為一個熱電偶樹，該熱電偶樹包括3個熱電偶，距主隧道地面高度分別為16Cm、33Cm、50.4Cm用于測試火災(zāi)隧道內(nèi)的溫度場分布。對不同橫通道條數(shù)的救援站火災(zāi)場景、不同火源位置的火災(zāi)場景、不同排煙方式的火災(zāi)場景、不同通風(fēng)工況的火災(zāi)場景進行組合，從而可實現(xiàn)對現(xiàn)實情況下鐵路隧道救援站多種火災(zāi)場景的實驗的分析研究工作。
[0017]進一步的，所述排煙閥為預(yù)留在排煙道隔墻上20cmX25cm的矩形小孔，便于研究獨立側(cè)向排煙道下的半橫向排煙方式以及橫通道關(guān)閉情況下的縱向排煙方式下的高溫區(qū)域控制及煙氣蔓延控制效果。
[0018]進一步的，所述軸流風(fēng)機和離心風(fēng)機通過變頻器控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)風(fēng)速的調(diào)節(jié)。以實現(xiàn)不同的通風(fēng)工況。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果:
(I)在實驗平臺方面，本實驗平臺是目前第一個專門針對雙洞隧道火列車停靠救援站進行人員疏散時，特長鐵路隧道救援站內(nèi)溫度場、風(fēng)速場及煙氣蔓延規(guī)律等進行系統(tǒng)研究的縮尺寸實驗平臺，可為相似情形下救援站內(nèi)的排煙方案及人員疏散研究提供實驗平臺支持;
(2 )在排煙方式方面，本實驗平臺可以研究獨立側(cè)向排煙道下的半橫向排煙方式以及橫通道關(guān)閉情況下的縱向排煙方式下的高溫區(qū)域控制及煙氣蔓延控制效果；
(3)在數(shù)據(jù)采集方面，先進的溫度測量裝置、風(fēng)速測量裝置、數(shù)據(jù)采集器及軟件分析模塊可以對救援站內(nèi)各處火災(zāi)數(shù)據(jù)進行采集記錄與分析研究；
(4)在實驗范圍方面，本實驗平臺可對不同橫通道條數(shù)的救援站火災(zāi)場景、不同火源位置的火災(zāi)場景、不同排煙方式的火災(zāi)場景、不同通風(fēng)工況的火災(zāi)場景進行組合，從而可實現(xiàn)對現(xiàn)實情況下鐵路隧道救援站多種火災(zāi)場景的實驗的分析研究工作。
【附圖說明】
[0020]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明一種含多條疏散橫通道鐵路隧道救援站火災(zāi)實驗系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中所示的含多條疏散橫通道鐵路隧道救援站火災(zāi)實驗系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例中風(fēng)速測點布置的正視圖；
圖4為本發(fā)明實施例中溫度測點布置的俯視圖；
圖5為本發(fā)明實施例中溫度測點布置的正視圖；
圖6為本發(fā)明數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)示意圖；
圖中標號火災(zāi)隧道；2_未火災(zāi)隧道；3_疏散橫通道；4_側(cè)方排煙道；5_排煙口 ；6-排煙閥；7_排煙道隔墻；8_離心風(fēng)機；9_軸流風(fēng)機；10_列車模型；11_火源；12_風(fēng)速測點；13_火災(zāi)隧道中線溫度測點；14_疏散站臺中線溫度測點；15_數(shù)據(jù)測量裝置；16_數(shù)據(jù)采集器；17-軟件分析模塊。
【具體實施方