类矩形地铁隧道联络通道水幕隔热研究

发布时间：2020-10-01 05:47

　　类矩形地铁隧道相比于传统的圆形地铁隧道,大幅提高了地下空间的利用率,但却导致联络通道缺乏空间设置双向开启的甲级防火门。联络通道的甲级防火门具有隔热阻烟的作用,而水幕作为一种具有防火冷却、阻火隔热作用的防火分隔设施,既不会破坏原有建筑的格局,又能满足火灾发生后受困人员和消防人员的通行需求。故在气流防烟的背景下选择用水幕作为类矩形隧道联络通道的防火分隔,解决类矩形地铁隧道联络通道的消防安全问题。在对火灾热传递方式及水幕阻隔火灾热辐射理论研究的基础上,分析影响水幕隔热的因素和水幕基本参数影响隔热效果的方式。再结合类矩形地铁隧道联络通道的结构特征以及地铁隧道的通风控烟特点,按照相关规范和原型隧道与模型隧道的缩尺关系,设计类矩形地铁隧道联络通道缩尺水幕实验台。最后根据地铁隧道联络通道水幕隔热的最不利情况和地铁隧道火灾的规模设计实验场景,以实体实验与数值模拟相结合的方法对类矩形地铁隧道联络通道水幕的隔热效果进行研究。研究表明在地铁隧道内受通风的影响会使水幕飘洒,造成水幕分布发生变化,联络通道口处的喷水强度将减小。在协同控制通风无水幕的情况下,相比自然通风状态非事故隧道的热辐射和温度有所降低,但下游联络通道口的热辐射和温度将高于上游联络通道口,其中设计火源为7.5MW时下游联络通道口的热辐射超过90kW/m~2,设计火源为10MW时下游联络通道口的热辐射接近110kW/m~2。类矩形地铁隧道联络通道的水幕具有良好的隔热和降温效果,能在短时间内将热辐射和温度明显降低。其中K80水幕在实体实验中的隔热效率为55%~65%,数值模拟时接近70%;而K115水幕的隔热效率为60%~70%,数值模拟时超过80%。类矩形地铁隧道联络通道的水幕具有良好的降温效果,能在短时间内将温度明显降低。在烟气控制作用下的非事故隧道无烟区域,理想状态下非事故隧道温度只是略高于环境温度,不会明显上升。对于同一设计热释放速率的火源,两种水幕隔热效率明显不同,K115水幕的隔热效率相比于K80水幕有明显的提升。
【学位单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U453.8;U231.96
【部分图文】：

城市核心区域,可利用率,快速发展,地铁

[2]。图1-1 中国内地开通地铁运营线路的城市Fig1-1 Cities opening metro lines in mainland China然而，在地铁等地下空间建设快速发展的同时，城市核心区域地下空间可利用率逐渐减小的问题突显，城市地铁的建设将面临着可用地下空间狭小、周围建筑结构物多和后续地下空间开发区域保护等诸多难题[3]。“类矩形”是隧道领域的一个新术语，

曲线,隧道断面,地铁隧道

2其含义与日本相关文献中“复合圆形”接近，其断面由数条光滑、可导的曲线构成，其轮廓类似于矩形，如图1-2所示[4]。图1-2 类矩形地铁隧道断面特征Fig1-2 Section characteristics of quasi-rectangular metro tunnel类矩形地铁隧道与传统的圆形地铁隧道相比，具有空间利用率高、覆土浅和建设成本相对较低等特点[5]。与普通圆形地铁隧道相比有效使用面积增大了20%左右，且在拥有同等使用面积的情况下，能节约35%以上的地下空间；与矩形地铁隧道相比，结构厚度大幅减小；与单洞双线的圆形地铁隧道相比，占用的地下空间大幅减小[6-9]。表1-1 地铁隧道结构尺寸及空间利用率对比Table 1-1 Comparison of structural dimensions and spatial utilization ratio of metro tunnel对比参数普通圆形隧道单洞双线圆形隧道矩形隧道类矩形隧道结构厚度/m 0.35 0.5 1.0 0.45外包尺寸/m 2 6.2 11.2 11.5×7.5 11.5×7使用面积/m247.5 81.7 52.3 63.6占用范围长/m 21 13.5 14.5 14.5宽/m 9 13.5 10.5 10空间利用率 25% 45% 34% 44%相比于传统形状的地铁隧道，类矩形地铁隧道的占用范围和空间利用率更加平衡，空间使用具有更好的灵活性和发展潜力，可以有效破解城市核心区地铁建设难题，加强地下空间合理规范化建设。但《地铁设计防火标准》GB51298-2018[10]和《地铁设计规范》GB50157-2013[11]都有明文规定：两条单线区间隧道之间当隧道连贯长度大于600m时

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第一章绪论3图1-3 常规地铁隧道联络通道Fig1-3 Cross-passageway of conventional metro tunnel图1-4 类矩形地铁隧道联络通道Fig1-4 Cross-passageway of quasi-rectangular metro tunnel联络通道的甲级防火门作为两侧隧道的防火分隔物，将事故隧道和非事故隧道分隔成两个区域。当某一侧隧道发生火灾事故时，可将非事故隧道作为事故隧道的安全疏散通道，事故隧道的受灾人员可通过联络通道疏散至非事故隧道，再疏散至站台和地面等安全区域，如图1-5所示。图1-5 地铁隧道内被困人员经联络通道疏散的线路Fig1-1 Evacuation routes of trapped people in metro tunnels through cross-passageway联络通道的甲级防火门在一定程度上能起到阻止事故隧道火灾产生的热量和烟气传递至非事故隧道的作用，可以有效保障受灾人员在非事故隧道的疏散安全。因此，类矩形新型隧道技术的应用在具有诸多优势的同时，也为地铁隧道的消防安全带来了新的挑战。1.1.2 研究意义鉴于类矩形地铁隧道的应用优势，以及联络通道缺乏空间设置防火门带来的消防安全新问题。将采取合理的消防措施代替原有的防火门

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