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1?隧道簡介及測點布置

1.1?隧道簡介

南京城東干道隧道包含白下路（890 m）和龍蟠中路（1410 m）2?段，每段隧道均含?3?種結構形式：位于隧道進出口的敞開段、頂部開口的半敞開段和頂部封閉的暗埋段。由于龍蟠中路段隧道較長，故其成為火災研究的重點。火源位置設在其最長暗埋段的中央，取前后各?250 m?建立隧道模型，模型包含了火源前后各5組豎井。為了更精確地計算煙氣流動規(guī)律，特在模型隧道兩側各加了250 m?的引道。

2.2?測點布置

本文中模型的各測點布置如圖1和圖2?所示。圖2僅為隧道一側的測點縱向布置示意圖。隧道此側的測點與另一側的測點是以火源點為中心對稱布置。

2?模型的驗證

“城市隧道豎井型自然通風與防排煙研究”課題組對中山東路隧道進行了火災模擬實驗、現場火災實驗和火災模型實驗，得到了大量珍貴的實驗數據和結果?，F把FDS火災模擬數據與現場火災實驗數據做對比，驗證模型的準確性。

以隧道內的溫度分布為例，本次數值模擬中，記錄了上游5 m、15 m、35 m、55 m?和下游5 m、15 m、35 m、45 m、55 m、65 m、75 m、85 m、100 m、120 m?處拱頂下方?0.5 m處的煙氣溫度，時間間隔為30 s，數值模擬與實驗記錄點一致。

從圖3中可以看出，模擬結果與實驗結果雖存在一些差異，模擬結果和實驗結果的溫度分布規(guī)律基本一致，各測點處溫度隨時間的變化總體趨于一致，這說明本文所采用的FDS模型可以較好地預測隧道火災溫度場的變化。

3?風速風向不同對火災煙氣溫度場的影響

3.1?火災模擬工況設置

本文對表1所示的9?種工況進行模擬，其中風速的選取考慮了南京市氣象條件：夏季平均風速2.62 m/s，冬季平均風速2.2 m/s，最大風速8m/s。風向見圖4。表中9?種工況的火災強度為10MW，環(huán)境溫度為?10?℃。

3.2?溫度隨時間的變化

圖5和圖6分別為隧道頂部測點D3和D-3處各種工況下溫度隨時間的變化曲線。從圖5和圖?6中可以看出，在火災發(fā)展階段，當隧道外存在x方向和xy?風向的自然風時，火區(qū)下游隧道頂部溫度將比無風時先升高，且在此階段隧道頂部氣體溫度始終高于無風時，火區(qū)上游則相反。而存在y方向自然風時，火區(qū)上游和下游隧道頂部溫度升高速度與無風時基本相同。這是由于隧道外自然風使隧道內氣體產生流動，且方向與隧道外相同，這種自然風分別加快和延緩了煙氣向火區(qū)下游和上游的擴散，使煙氣分別率先和滯后擴散至下游和上游各測點處，而隧道外存在y方向的自然風時隧道內不會形成縱向自然風，故溫度升高時間與無風時相同。

從圖5?和圖6?中還可以看出，當火災進入穩(wěn)定階段時，對于火區(qū)下游，當存在x方向和xy方向的自然風時，無風時溫度低于有風時，并且存在x方向自然風時的溫升速度比存在?xy?風向時大，火區(qū)上游則相反。這是因為存在相同速度的x方向和xy方向自然風時，xy方向自然風的x方向速度分量小于?x?方向，因此在火區(qū)下游相同風速的?x方向自然風與?xy?方向的相比，能更快的將火區(qū)的煙氣傳遞至下游各測點，在火區(qū)上游x方向自然風將對煙氣的傳遞產生更強阻滯。在穩(wěn)定階段存在y方向自然風時，無論火區(qū)上游還是下游，無風和有風時的溫度升高速度基本相同。

3.3?縱向溫度場的分布

圖7?為火災發(fā)生?900s?時，各工況下隧道頂部煙氣溫度縱向分布圖。從圖?7?可以看出，各有風工況下火災煙氣縱向溫度分布規(guī)律與無風時基本相同，在暗埋段服從指數衰減，在豎井段服從線性衰減；除工況?7?外，有風工況在測點D1?處的溫度都低于無風工況，這是由于外界風使隧道內氣體流動，增加了火源羽流的卷吸量，使火源周圍的煙氣溫度低于無風時火源周圍的煙氣溫度；隨著遠離火源，有風與無風時溫差逐漸減小，到D2處已基本相等。從圖7（a）可以看出，x?風向各工況火區(qū)下游隧道頂部煙氣溫度除?D1?點外，都比火區(qū)上游對稱測點溫度高，表明存在x方向的自然風時，火區(qū)下游隧道頂部縱向溫降比火區(qū)上游小，且蔓延的范圍比上游大；從圖中還發(fā)現，火區(qū)下游D3?到?D10?段，風速越大煙氣溫度越高，火災煙氣在火區(qū)下游的影響范圍也越大。從圖7（b）可以看出，除?D1?點外，工況4和工況?5火區(qū)下游隧道頂部各測點煙氣溫度比火區(qū)上游對稱測點高，工況6則相反。這表明當存在一定xy?方向自然風時，火區(qū)下游煙氣比上游蔓延的范圍大，但當風速超高某值后情況相反。同時發(fā)現相同測點處工況?5?的溫度高于工況?4，這表明風速越大，其在火區(qū)下游的影響范圍也越大。從圖7（c）可以看出，工況?8?火區(qū)上游的各點比下游對稱測點的溫度高，且煙氣在火區(qū)上游的擴散范圍大，工況?9?相反。

3.4?橫向溫度分布

圖8、圖9、圖10和圖11分別為火災發(fā)生900s時火區(qū)下游和上游距離火源60 m?和?136 m（第一組豎井與第二組豎井之間）處隧道頂部（5.5 m）氣體溫度橫向分布曲線。從各圖的對比可以發(fā)現，無論在60 m?還是?136 m?處，無論有風還是無風工況，隧道火區(qū)上游和下游煙氣溫度橫向分布規(guī)律相同，都是豎井側煙氣溫度低于無豎井側煙氣溫度，并且136 m?處溫差比60 m?處大。

4?結論

本文利用火災模擬軟件FDS對各種風速風向條件下豎井型自然通風城市隧道火災工況進行了模擬，并對各種條件下的模擬數據進行了對比分析，主要得出以下結論：

（1）在火災發(fā)展階段，當隧道外存在?x?方向和?xy?風向的自然風時，隧道火區(qū)下游隧道頂部溫度將比無風時先升高，對于火區(qū)上游則相反。

（2）當火災進入穩(wěn)定階段后，當存在?x?方向和?xy?方向的自然風時，在火區(qū)下游無風時溫度低于有風時，并且存在x風向自然風時的溫度升高速度大于存在xy?風向時的溫度升高速度，對于火區(qū)上游則相反。

（3）存在?y?方向自然風時，在火災的發(fā)展和穩(wěn)定階段，無論是火區(qū)上游還是下游，無風和有風時的溫度升高速度基本相同。

（4）各種有風工況下火災煙氣縱向溫度分布規(guī)律與無風工況下基本相同，在隧道暗埋段服從指數衰減，在豎井段服從線性衰減。并且無論有風工況還是無風工況，火源兩側的縱向溫度場均不對稱。

（5）無論有風工況還是無風工況，隧道火區(qū)上游和火區(qū)下游隧道頂部煙氣溫度橫向分布規(guī)律均相同，都是豎井側煙氣溫度低于無豎井側煙氣溫度，并且隨著與豎井的接近，兩者間的溫差增大，可見隧道內煙氣溫度橫向分布受隧道結構影響較大。