一种地下联系隧道火灾试验系统及其方法与流程

本发明属于隧道工程与火灾安全交叉领域，具体涉及一种地下联系隧道火灾试验系统及其方法。

背景技术：

1、21世纪初以来，随着城市化水平不断提高，城市联系隧道日渐增多。隧道作为日常通行的主要城市交通轨道，受到各界尤其是消防领域的广泛关注。其中，城市地下联系隧道地理位置特殊，且是半封闭的特殊结构，因而在地下联系隧道的建设和运营过程中一旦发生火灾，会因为其独特的构造和地理位置造成严重的安全隐患。地下联系隧道的火灾不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会影响交通运输的正常进行。因此，针对地下联系隧道火灾的防范和处理技术显得尤为重要。

2、目前对火灾试验系统多针对林牧区、多坡度区间隧道以及隧道结构等对象，但与林牧区的高度开放性、多坡度区间隧道火灾试验对象基本恒定性不同的是，城市地下联系隧道是狭长的半封闭式线形空间，供车辆通行，一旦发生火灾，极易引燃相邻车辆，火势传播迅速；此外，地下联系隧道的构造和地理位置都较为特殊，在整个地下隧道系统火灾中的影响较大。研究不同坡度构造地下隧道系统中地下联系隧道的火灾特性，以及其排烟补风特性对于地下隧道系统火灾的影响显得尤为重要。然而，现有火灾试验系统并不能满足地下联系隧道的火灾模拟特性的要求。

3、针对地下交通联系隧道系统装置坡度可以调节，但探究的仅是坡度隧道对相邻联系隧道的影响，具有一定的局限性，需要进一步研究隧道模块化变形的情况，即不同构造的地下联系隧道系统的坡度改变影响；此外，现有试验隧道主体系统中，车库连接道直接通向大气环境，然而实际上车库连接道与地下停车库等地下空间连接，具有较强的封闭性，这将导致其补风特性上与其他隧道有一定的差异，即车库连接道的排烟补风特性与地下停车库防排烟措施直接相关，而不是通向大气环境。最后，现有的试验隧道主体系统对于烟气的观测和分析较为局限，缺少能够观测烟气生成和内部分析成分的一种方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种地下联系隧道火灾试验系统及其方法，

2、本发明首先提供了一种地下联系隧道火灾试验系统，包括试验隧道主体、通风均流模块、火源模拟模块以及烟气可视化及测量模块；

3、所述试验隧道主体包括横向隧道、纵向隧道、地下车库以及地下联系隧道；多条所述横向隧道和多条所述纵向隧道相互交错，横向隧道和纵向隧道之间的夹角、横向隧道坡度以及纵向隧道坡度均能够进行调整；所述地下车库设置在由横向隧道和纵向隧道围成的区域中；所述地下联系隧道开设在一条纵向隧道的一侧并将这一条纵向隧道与地下车库连通，地下联系隧道的地面上安装有轨道，所述轨道的导向与地下联系隧道长度方向一致；

4、所述通风均流模块用于向试验隧道主体中供应均匀流动的风；

5、所述火源模拟模块包括小车、燃烧器以及阻力栅格；所述小车设置在地下联系隧道的轨道上，所述燃烧器设置在小车上，燃烧器内填充有燃料；所述阻力栅格设置在地下联系隧道中且位于小车与纵向隧道之间，阻力栅格用于调控烟气排往纵向隧道的流速；

6、所述烟气可视化及测量模块设置在试验隧道主体中，用于观测隧道内烟气组分、浓度和温度情况。

7、本发明还提供了一种基于上述地下联系隧道火灾试验系统的试验方法，包括以下步骤：

8、1)调整小车在轨道上的位置以及通风均流模块吹出的风力大小使得试验隧道主体中的环境达到所需实验火灾场景的要求；

9、2)通过改变燃烧器中燃料的种类和含量，从而使火源的功率达到所需实验火灾场景的要求；

10、3)关闭通风均流模块，启动烟气可视化及测量模块后点燃小车上的燃烧器，通过烟气可视化及测量模块实时观察烟气的生成和流动，同时监测烟气的组分、浓度和温度；

11、4)开启通风均流模块，使得纵向隧道中的气体流动达到所需实验的火灾场景的气流大小，由于纵向隧道中气体流动形成的气压变化使得生成的烟气从地下联系隧道排往纵向隧道；并根据实验所需烟气排往纵向隧道的流速，在小车与纵向隧道之间设置相应的阻力栅格；

12、5)改变横向隧道坡度、纵向隧道坡度或横向隧道和纵向隧道之间的水平夹角从而调整试验隧道主体结构；多次重复步骤3)和4)的操作，测得多组不同试验隧道主体结构的烟气数据；

13、6)根据多组不同试验隧道主体结构的烟气数据进行分析，得到所需实验火灾场景下不同试验隧道主体结构发生火灾时烟气排放的性能结果。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1)在隧道结构方面运用软性结构以及灵活的软管，从而优化了以往隧道坡度影响单一的局限性，使得系统在隧道属性调节方面更加便利。

16、2)在排烟补风特性方面，系统变更了地下车库连接隧道中的隧道属性，添加了阻力栅格等特殊构造，使得试验系统的隧道在发生火灾时的排烟补风特性更加完善。

17、3)在试验系统中运用了烟气可视化系统，并通过传感器和算法等技术手段进行气体捕捉，从而优化了隧道火灾发生时烟气情况不可见的问题。

技术特征：

1.一种地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，包括试验隧道主体、通风均流模块、火源模拟模块以及烟气可视化及测量模块；

2.根据权利要求1所述的地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，所述通风均流模块设置在纵向隧道的入风口，通风均流模块包括轴流风机(7)、变频器以及均流板(8)，所述轴流风机(7)安装在纵向隧道的顶部；所述变频器与轴流风机(7)通过导线连接，变频器用于控制轴流风机的风量；所述均流板(8)安装在轴流风机的出风口前端，轴流风机吹出的风经过均流板后均匀流入纵向隧道。

3.根据权利要求1所述的地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，所述横向隧道和纵向隧道交错的位置通过软管进行连接从而实现横向隧道和纵向隧道之间的夹角、横向隧道坡度以及纵向隧道坡度的调整。

4.根据权利要求1所述的地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，所述阻力栅格为钢材组合成的网格状结构，阻力栅格通过改变网格大小来实现烟气排往纵向隧道流速的调控。

5.根据权利要求4所述的地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，所述阻力栅格的网格大小通过网格的宽高比来确定；试验隧道主体内烟气排往纵向隧道流速的变化通过流量系数cd来表示，流量系数cd的公式为：

6.根据权利要求1所述的地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，所述烟气可视化及测量模块包括摄像头、烟气温度传感器(12)、烟气浓度传感器(13)以及烟气成分传感器(14)；所述摄像头设置在试验隧道主体外侧，用于在进行地下联系隧道火灾试验时观测烟气的产生和分布情况；所述烟气温度传感器(12)、烟气成分传感器(13)以及烟气浓度传感器(14)均设置在试验隧道主体内，烟气温度传感器(12)用于检测烟气的温度，烟气成分传感器(13)用于分析烟气中的组成，烟气浓度传感器(14)用于检测烟气中各组分的浓度。

7.根据权利要求1所述的地下联系隧道火灾试验系统，其特征在于，试验隧道主体的顶部采用透明的防火玻璃，试验隧道主体的壁面采用镀锌钢板。

8.一种基于权利要求1所述地下联系隧道火灾试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种地下联系隧道火灾试验系统及其方法；所述地下联系隧道火灾试验系统包括试验隧道主体、通风均流模块、火源模拟模块以及烟气可视化及测量模块；试验隧道主体包括横向隧道、纵向隧道和地下联系隧道，通过调节横向隧道和纵向隧道之间的夹角、横向隧道坡度以及纵向隧道坡度，实现了不同坡度和角度时火灾时隧道的排烟情况的检测分析。火源模拟模块包括阻力栅格，通过设置阻力栅格调控烟气排往纵向隧道的流速，使得地下联系隧道发生火灾时隧道的排烟补风特性更加贴合实际。技术研发人员：王小飞,刘健,贺启鑫,曹化锦,刘聪,孙峰,杨亚鹏,朱凯受保护的技术使用者：中铁第四勘察设计院集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14