趙東平， 蔣 堯， 李老三， 楊柏洪

(1. 西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610031; 2. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 四川 成都 610031; 3.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 四川 成都 610031)

0 引言

隨著我國(guó)規(guī)劃和修建的高速鐵路越來(lái)越多，長(zhǎng)大隧道和隧道群也越來(lái)越多，高速鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程的設(shè)計(jì)也日益受到重視。現(xiàn)行TB 10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定： 長(zhǎng)度大于20 km及以上的隧道或隧道群應(yīng)設(shè)置緊急救援站。特長(zhǎng)隧道緊急救援站一般設(shè)置于隧道內(nèi)部，如圣哥達(dá)隧道[2]、太行山隧道[3]、青天寺隧道[4]等，現(xiàn)行規(guī)范中將這種救援站定義為隧道內(nèi)緊急救援站；而隧道群緊急救援站一般結(jié)合相鄰隧道之間的明線段設(shè)置于隧道口，現(xiàn)行規(guī)范中將這種救援站定義為隧道口緊急救援站。

趙東平等[5]結(jié)合某特長(zhǎng)鐵路隧道，對(duì)隧道內(nèi)緊急救援站火災(zāi)工況下風(fēng)機(jī)的布置方案進(jìn)行了研究，得出了火災(zāi)工況下風(fēng)機(jī)的最優(yōu)布置方案；王峰等[6]針對(duì)單線特長(zhǎng)鐵路隧道內(nèi)緊急救援站的防災(zāi)通風(fēng)方案進(jìn)行了研究，提出了單線鐵路隧道內(nèi)緊急救援站風(fēng)機(jī)的最優(yōu)布置方案；王明年等[7]對(duì)長(zhǎng)大鐵路隧道緊急救援站疏散設(shè)施的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了研究，提出了疏散橫通道間距、站臺(tái)長(zhǎng)度、站臺(tái)高度及寬度等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)建議值；李琦等[8]對(duì)隧道口緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置條件進(jìn)行了研究，得出了隧道口緊急救援站的洞口間距(明線段長(zhǎng)度)小于250 m時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)械排煙系統(tǒng)的結(jié)論；顏志偉[9]對(duì)武廣客運(yùn)專線大瑤山隧道群防災(zāi)救援疏散設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出隧道群宜結(jié)合明線段設(shè)置緊急救援站，同時(shí)建議輔助坑道應(yīng)優(yōu)先采用平行導(dǎo)坑及橫洞等形式；蘇哿等[10]對(duì)某客運(yùn)專線隧道群緊急救援站設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，提出了隧道群緊急救援站設(shè)置及疏散的總體原則。

綜上所述，既有研究主要針對(duì)隧道內(nèi)救援站通風(fēng)排煙方案、風(fēng)機(jī)布置原則等；對(duì)于隧道口救援，目前研究主要集中在救援站的設(shè)置位置、隧道洞口設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的間距及輔助坑道的利用等方面，針對(duì)隧道口緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)方案的研究鮮見報(bào)道。考慮到2017版《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)隧道口緊急救援站火災(zāi)工況下正洞內(nèi)的風(fēng)速及風(fēng)向提出了新的要求，因此有必要以新的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隧道口緊急救援站的防災(zāi)通風(fēng)進(jìn)行深入研究。本文依托鄭萬(wàn)高鐵隧道口緊急救援站工程，對(duì)隧道口緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)方案進(jìn)行研究，分析不同因素對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響，以期為類似條件下隧道口緊急救援站的防災(zāi)通風(fēng)方案設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

鄭萬(wàn)高鐵小三峽—朱家?guī)r隧道群全長(zhǎng)25.980 km，其中小三峽隧道全長(zhǎng)18.954 km，朱家?guī)r隧道全長(zhǎng)6.979 km，小三峽隧道出口與朱家?guī)r隧道進(jìn)口之間46 m為水井灣中橋。隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為350 km，小三峽救援站范圍隧道內(nèi)縱坡為-9.81‰，朱家?guī)r救援站范圍隧道內(nèi)縱坡為-30‰，變坡點(diǎn)設(shè)于水井灣中橋上。經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及施工風(fēng)險(xiǎn)綜合比選，兩隧道均采用單洞雙線方案。根據(jù)防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)方案，在小三峽隧道出口段、水井灣中橋、朱家?guī)r隧道進(jìn)口段設(shè)置隧道口緊急救援站。救援站全長(zhǎng)854 m，其中伸入小三峽隧道出口段404 m，明線段46 m，伸入朱家?guī)r隧道進(jìn)口段404 m。隧道口緊急救援站平面布置見圖1。

圖1 隧道口緊急救援站平面圖(單位： m)

Fig. 1 Plan of emergency rescue station in tunnel portal (unit: m)

當(dāng)失火列車被迫?？吭诰仍緝?nèi)時(shí)，打開列車停靠側(cè)橫通道內(nèi)的防護(hù)門進(jìn)行人員疏散，列車上人員通過(guò)橫通道、救援平導(dǎo)疏散至隧道外。救援平導(dǎo)中線與隧道正洞中線間距為37.5 m，救援平導(dǎo)斷面尺寸為4.5 m×5.0 m(寬×高)；平導(dǎo)與正洞之間通過(guò)6座橫通道相連接，橫通道間距為60 m，斷面尺寸為4.5 m×4.0 m(寬×高)；每座橫通道內(nèi)安裝2扇防護(hù)門，尺寸為1.7 m×2.0 m(寬×高)。

2 防災(zāi)通風(fēng)方案研究

現(xiàn)行《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定： 鐵路隧道緊急救援站的防災(zāi)通風(fēng)應(yīng)按火災(zāi)工況進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)于隧道口緊急救援站，為防止洞外煙氣向洞內(nèi)彌漫，通風(fēng)系統(tǒng)需要保證救援站兩端正洞內(nèi)的風(fēng)速不小于1.5 m/s，且風(fēng)向由洞內(nèi)吹向明線段。同時(shí)，考慮到失火列車在運(yùn)行至救援站過(guò)程中，隧道正洞內(nèi)也會(huì)存在煙氣，為防止正洞內(nèi)煙氣向橫通道內(nèi)擴(kuò)散，防災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)需要保證每扇防護(hù)門處的風(fēng)速不小于2.0 m/s。

本隧道口救援站位于小三峽隧道出口段部分的結(jié)構(gòu)與位于朱家?guī)r隧道進(jìn)口段的相似，故本文以位于朱家?guī)r隧道進(jìn)口段的部分救援站作為研究對(duì)象。由于正洞左右兩側(cè)疏散通道結(jié)構(gòu)也相似，僅平導(dǎo)長(zhǎng)度存在差異，其通風(fēng)設(shè)計(jì)方案也應(yīng)相同，故防災(zāi)通風(fēng)研究以從朱家?guī)r隧道右側(cè)疏散通道進(jìn)行人員疏散為例。

2.1 通風(fēng)方案的擬定

對(duì)于隧道口緊急救援站，根據(jù)射流風(fēng)機(jī)布置位置的不同，可考慮采用以下3種方案(見圖2)。方案Ⅰ： 風(fēng)機(jī)僅布置于正洞進(jìn)口段。方案Ⅱ： 風(fēng)機(jī)布置于正洞進(jìn)口段和平導(dǎo)進(jìn)口段。方案Ⅲ： 風(fēng)機(jī)分散布置于正洞進(jìn)口段和各橫通道內(nèi)。

(a) 方案Ⅰ

(b) 方案Ⅱ

(c) 方案Ⅲ

2.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型及參數(shù)

2.2.1 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型

隧道口緊急救援站內(nèi)橫通道多，火災(zāi)工況下空氣流動(dòng)復(fù)雜，在通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)需要利用網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)理論進(jìn)行迭代計(jì)算。本文利用SES程序[11]建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型(見圖3)，該模型由節(jié)點(diǎn)及帶有氣流方向的分支組成，在計(jì)算前對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)和分支進(jìn)行編號(hào)。圖3中箭頭方向?yàn)楦鞣种е屑俣ǖ臍饬鞣较?，?dāng)計(jì)算風(fēng)速為負(fù)值時(shí)，表明氣流方向相反。

圖3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.2.2 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

根據(jù)隧道設(shè)計(jì)資料確定各分支的幾何參數(shù)。本隧道為無(wú)砟軌道，參考TB 10068—2010《鐵路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[12]，正洞的沿程阻力系數(shù)取0.021；平導(dǎo)及橫通道均采用模筑襯砌，建筑材料為C35混凝土，其沿程阻力系數(shù)取0.016；風(fēng)進(jìn)入隧道口的局部阻力系數(shù)取0.5，風(fēng)流出隧道口的局部阻力系數(shù)取1.0；3通節(jié)點(diǎn)局部阻力系數(shù)隨分支流量的變化而變化，由SES程序根據(jù)分支流量實(shí)時(shí)計(jì)算。圖3中網(wǎng)絡(luò)分支相關(guān)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 通風(fēng)計(jì)算參數(shù)

2.2.3 風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

方案設(shè)計(jì)時(shí)采用SDS100T-4P-15型和SDS40T-2P-2.2型2種類型的射流風(fēng)機(jī)，其性能參數(shù)見表2。射流風(fēng)機(jī)的射流損失系數(shù)取1.1。

表2 射流風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

2.3 救援站風(fēng)機(jī)配置方案研究

為了與多因素工況進(jìn)行對(duì)比，并優(yōu)選風(fēng)機(jī)布置方案，首先分析不考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)和火災(zāi)影響的工況，該工況僅按滿足各方案通風(fēng)風(fēng)速要求進(jìn)行風(fēng)機(jī)配置。風(fēng)機(jī)配置計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 風(fēng)機(jī)配置計(jì)算結(jié)果

由表3可知： 當(dāng)采用方案Ⅰ時(shí)，朱家?guī)r隧道正洞進(jìn)口段內(nèi)需要開啟6臺(tái)SDS100T-4P-15型射流風(fēng)機(jī)才能滿足通風(fēng)要求；當(dāng)采用方案Ⅱ時(shí)，正洞進(jìn)口段內(nèi)需要開啟2臺(tái)SDS100T-4P-15型射流風(fēng)機(jī)，同時(shí)右側(cè)平導(dǎo)進(jìn)口段內(nèi)需要開啟1臺(tái)SDS100T-4P-15型射流風(fēng)機(jī)才能滿足要求；采用方案Ⅲ時(shí)，正洞進(jìn)口段內(nèi)需要開啟4臺(tái)SDS100T-4P-15型射流風(fēng)機(jī)，同時(shí)右側(cè)每個(gè)橫通道內(nèi)需要開啟1臺(tái)SDS40T-2P-2.2型射流風(fēng)機(jī)才能滿足要求。

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，在不考慮自然風(fēng)和火災(zāi)影響時(shí)，方案Ⅱ的風(fēng)機(jī)總功率最低。采用相同分析方法可以得出，在考慮隧道自然風(fēng)和火災(zāi)影響的情況下，方案Ⅱ的風(fēng)機(jī)總功率仍最低。因此，方案Ⅱ是相對(duì)較優(yōu)的風(fēng)機(jī)布置方案。

3 單參數(shù)敏感性分析

網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)計(jì)算涉及多個(gè)參數(shù)，具體包括隧道各分支長(zhǎng)度、隧道內(nèi)自然風(fēng)、火源位置及規(guī)模、隧道縱坡、隧道斷面等，各個(gè)參數(shù)對(duì)防災(zāi)通風(fēng)方案的設(shè)計(jì)均有影響。目前，在隧道口緊急救援站防災(zāi)通風(fēng)設(shè)計(jì)研究中，針對(duì)相關(guān)參數(shù)對(duì)總體通風(fēng)方案影響程度的敏感性研究還較為欠缺。根據(jù)上一節(jié)的分析可知，在方案初選階段方案Ⅱ相對(duì)較優(yōu)，故本節(jié)在方案Ⅱ(正洞進(jìn)口段內(nèi)開啟2臺(tái)SDS100T-4P-15型風(fēng)機(jī)，左、右側(cè)平導(dǎo)進(jìn)口段內(nèi)各開啟1臺(tái)SDS100T-4P-15型風(fēng)機(jī))基礎(chǔ)上對(duì)參數(shù)敏感性進(jìn)行研究。

3.1 隧道內(nèi)自然風(fēng)的影響

當(dāng)隧道內(nèi)存在自然風(fēng)時(shí)，自然風(fēng)會(huì)對(duì)防災(zāi)通風(fēng)產(chǎn)生影響。根據(jù)《鐵路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，在無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)于雙線鐵路隧道可假定自然風(fēng)為2 m/s。自然風(fēng)工況按0.5 m/s風(fēng)速級(jí)差設(shè)定9種計(jì)算工況。不同自然風(fēng)工況條件下，防護(hù)門及正洞進(jìn)口段的風(fēng)速計(jì)算結(jié)果見圖4和圖5。風(fēng)速為正表示隧道內(nèi)自然風(fēng)由進(jìn)口流向出口，風(fēng)速為負(fù)表示隧道內(nèi)自然風(fēng)由出口流向進(jìn)口。

圖4 防護(hù)門處風(fēng)速與隧道內(nèi)自然風(fēng)的相關(guān)性曲線

Fig. 4 Correlation curves of wind speed at protective door and natural wind in tunnel

由圖4可知： 在開啟風(fēng)機(jī)數(shù)量不變的情況下，當(dāng)隧道內(nèi)自然風(fēng)由0 m/s變化為+2.0 m/s時(shí)，1#—3#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸減小，4#—6#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸增大；當(dāng)自然風(fēng)由0 m/s變化為-2.0 m/s時(shí)，1#—3#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸增大，4#—6#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸減小。與不考慮自然風(fēng)相比，各工況下防護(hù)門處風(fēng)速的平均最大變化幅度為13%。

圖5 正洞進(jìn)口段風(fēng)速與隧道內(nèi)自然風(fēng)的相關(guān)性曲線

Fig. 5 Correlation curve of wind speed in main tunnel portal section and natural wind in tunnel

由圖5可知： 當(dāng)自然風(fēng)由0 m/s變化為+2.0 m/s時(shí)，正洞進(jìn)口段內(nèi)的風(fēng)速由1.81 m/s變化至-0.69 m/s，變化幅度為138%；當(dāng)自然風(fēng)由0 m/s變化為-2.0 m/s時(shí)，正洞進(jìn)口段內(nèi)的風(fēng)速增加，變化幅度為67%。與不考慮自然風(fēng)相比，自然風(fēng)對(duì)隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速的影響幅度平均值約為103%。由于自然風(fēng)壓比射流風(fēng)機(jī)對(duì)正洞提供的風(fēng)壓大，因此自然風(fēng)對(duì)正洞內(nèi)風(fēng)速影響非常顯著。

3.2 火源位置的影響

對(duì)于隧道口救援站，當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，優(yōu)先將火源置于明線段。但是，考慮到明線段很短，加之緊急情況下停車時(shí)，火源也可能處于洞口救援站的不同位置；當(dāng)火源位置不同時(shí)，火災(zāi)在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的作用也不同[13]。因此，有必要分析火源位置對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響。為了分析不同火源位置對(duì)防災(zāi)通風(fēng)的影響，設(shè)定的火源位置如圖6所示。

圖6 火源位置示意圖

各工況下隧道縱坡取-30‰的單面坡，參考文獻(xiàn)[14]，火災(zāi)熱釋放率取15 MW，不考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)的影響。計(jì)算結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 防護(hù)門處風(fēng)速與火源位置的相關(guān)性曲線

Fig. 7 Correlation curves of wind speed at protective door and fire source position

圖8 正洞進(jìn)口段風(fēng)速與火源位置的相關(guān)性曲線

Fig. 8 Correlation curve of wind speed in main tunnel portal section and fire source position

由圖7可知： 各工況下1#防護(hù)門處的風(fēng)速均為最小，說(shuō)明考慮火源位置影響時(shí)，1#防護(hù)門處的風(fēng)速最難滿足要求，這是由通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)決定的；當(dāng)火源由位置1變化至位置6時(shí)，5#、6#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸增大，1#—4#防護(hù)門處風(fēng)速先增大后減小。與不考慮火源位置相比，各防護(hù)門處風(fēng)速變化幅度平均值為23%。

由圖8可知： 當(dāng)火源由位置1變化至位置6時(shí)，正洞進(jìn)口段內(nèi)的風(fēng)速不斷增大，風(fēng)流方向由洞內(nèi)吹向洞外，方向維持不變。由于依托工程隧道口救援站正洞縱坡為-30‰，考慮火災(zāi)規(guī)模時(shí)，位于低位的火源產(chǎn)生的火風(fēng)壓對(duì)隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速有放大作用，即當(dāng)位置6處起火時(shí)，隧道正洞進(jìn)口段的排煙風(fēng)速最大。當(dāng)火源由位置1變化至位置6時(shí)，與不考慮火源位置相比，隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速變化幅度平均值為36%。

3.3 火災(zāi)規(guī)模的影響

相關(guān)研究表明[15]，火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓會(huì)隨著火災(zāi)規(guī)模的增大而增大。根據(jù)現(xiàn)行《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，火災(zāi)規(guī)模應(yīng)按線路運(yùn)行的列車類型確定，動(dòng)車組可采用15 MW，普通列車可采用20 MW。因此，研究火災(zāi)規(guī)模對(duì)火災(zāi)工況通風(fēng)影響時(shí)，火災(zāi)規(guī)模最大值取20 MW，最小值取0 MW，中間以5 MW為一個(gè)級(jí)差，共計(jì)6種火災(zāi)規(guī)模工況，分析火災(zāi)規(guī)模對(duì)防護(hù)門及隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速的影響規(guī)律。計(jì)算時(shí)火源位于最不利火源位置(即圖6中的位置6)，隧道縱坡取-30‰。計(jì)算結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9 防護(hù)門處風(fēng)速與火災(zāi)規(guī)模的相關(guān)性曲線

Fig. 9 Correlation curves of wind speed at protective door and fire scale

圖10 正洞進(jìn)口段風(fēng)速與火災(zāi)規(guī)模的相關(guān)性

Fig. 10 Correlation curve of wind speed in main tunnel portal section and fire scale

由圖9可知： 隨著火災(zāi)規(guī)模的增大，1#—3#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸減小，4#—6#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸增大；當(dāng)火災(zāi)規(guī)模達(dá)到5 MW后，1#、2#防護(hù)門處風(fēng)速開始小于2.0 m/s。當(dāng)火災(zāi)規(guī)模達(dá)到20 MW時(shí)，與不考慮火災(zāi)規(guī)模相比，各防護(hù)門處風(fēng)速變化幅度平均值為31%。

由圖10可知： 隨著火災(zāi)規(guī)模的增大，正洞進(jìn)口段風(fēng)速逐漸增大。當(dāng)火災(zāi)規(guī)模達(dá)到20 MW時(shí)，與不考慮火災(zāi)規(guī)模相比，隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速變化幅度平均值為47%。

3.4 隧道縱坡的影響

既有研究表明，在隧道火災(zāi)工況計(jì)算時(shí)，隧道縱坡對(duì)火風(fēng)壓有影響[16]，隧道縱坡不同也會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)計(jì)算結(jié)果不同。依托工程隧道縱坡為-30‰，本文分析時(shí)取-30‰、-20‰、-10‰、0‰ 4種工況。計(jì)算時(shí)不考慮自然風(fēng)，火源處于位置6，火災(zāi)規(guī)模取15 MW。計(jì)算結(jié)果如圖11和圖12所示。

圖11 防護(hù)門處風(fēng)速與隧道縱坡的相關(guān)性

Fig. 11 Correlation curves of wind speed at protective door and longitudinal slope of tunnel

圖12 正洞進(jìn)口段風(fēng)速與隧道縱坡的相關(guān)性

Fig. 12 Correlation curve of wind speed in main tunnel portal section and longitudinal slope of tunnel

由圖11可知： 隧道縱坡對(duì)防護(hù)門處風(fēng)速有一定程度的影響，當(dāng)隧道縱坡逐漸增大時(shí)，1#—3#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸減小，4#—6#防護(hù)門處風(fēng)速逐漸增大；當(dāng)隧道縱坡超過(guò)-10‰后，1#防護(hù)門處風(fēng)速開始小于2.0 m/s。隧道縱坡對(duì)隧道防護(hù)門處風(fēng)速的影響規(guī)律與火災(zāi)規(guī)模相同。當(dāng)隧道縱坡達(dá)到-30‰時(shí)，與不考慮隧道縱坡相比，各防護(hù)門處風(fēng)速變化幅度平均值為25%。

由圖12可知： 隨著隧道縱坡的增大，正洞進(jìn)口段風(fēng)速逐漸增大。當(dāng)隧道縱坡達(dá)到-30‰時(shí)，與不考慮隧道縱坡相比，正洞進(jìn)口段風(fēng)速變化幅度平均值為39%。

4 綜合影響因素分析

由單一參數(shù)敏感性分析可知，各參數(shù)對(duì)風(fēng)速均有一定程度的影響。隧道口緊急救援站通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮這些參數(shù)對(duì)通風(fēng)效果的影響，為此，有必要針對(duì)具體情況進(jìn)行分析。將同時(shí)考慮隧道自然風(fēng)、火源位置、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡的工況定義為工況2，將不考慮上述因素的工況定義為工況1。

救援站風(fēng)機(jī)采用方案Ⅱ布置，自然風(fēng)分別為+2.0、0、-2.0 m/s，火源分別位于位置1—位置6，火災(zāi)規(guī)模為15 MW，隧道縱坡為-30‰，正洞進(jìn)出口及平導(dǎo)進(jìn)口設(shè)置為壓力邊界條件，計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知，工況1條件下，僅需要開啟3臺(tái)風(fēng)機(jī)即可滿足正洞及防護(hù)門處風(fēng)速要求；而同時(shí)考慮隧道自然風(fēng)、火災(zāi)規(guī)模、隧道縱坡及火源位置因素時(shí)，需要同時(shí)開啟9臺(tái)風(fēng)機(jī)才能滿足正洞及防護(hù)門處風(fēng)速要求。

表4 同時(shí)考慮各影響因素時(shí)的風(fēng)機(jī)配置

根據(jù)第2節(jié)研究可知，對(duì)于一個(gè)左右基本對(duì)稱的隧道口緊急救援站，在不考慮安全余量的情況下，工況1下小三峽隧道出口段和朱家?guī)r隧道進(jìn)口段各布置2臺(tái)風(fēng)機(jī)，4個(gè)平導(dǎo)進(jìn)口段各布置1臺(tái)風(fēng)機(jī)，合計(jì)需要8臺(tái)風(fēng)機(jī)；工況2下小三峽隧道出口段和朱家?guī)r隧道進(jìn)口段各布置8臺(tái)風(fēng)機(jī)，4個(gè)平導(dǎo)進(jìn)口段各布置1臺(tái)風(fēng)機(jī)，合計(jì)需要20臺(tái)風(fēng)機(jī)。對(duì)比可知，同時(shí)考慮各影響因素時(shí)的風(fēng)機(jī)功率為不考慮上述因素時(shí)的2.5倍；火災(zāi)工況下，開啟風(fēng)機(jī)總功率為不考慮上述因素時(shí)的3.0倍。

5 結(jié)論與建議

1)對(duì)于在隧道口左右側(cè)分別設(shè)置平導(dǎo)的隧道口緊急救援站，將風(fēng)機(jī)同時(shí)布置于正洞進(jìn)口段和平導(dǎo)進(jìn)口段時(shí)需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量最少，建議緊急救援站的風(fēng)機(jī)采用該方案布置。

2)隧道內(nèi)自然風(fēng)對(duì)隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速影響最大，而火源位置對(duì)隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速影響程度相對(duì)較??；火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡對(duì)隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速影響規(guī)律相同。與不考慮影響因素相比，分別考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)、火源位置、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡等單一因素時(shí)，隧道正洞進(jìn)口段風(fēng)速變化幅度平均值分別為103%、36%、47%、39%。

3)相比隧道正洞而言，各因素對(duì)隧道防護(hù)門處風(fēng)速的影響相對(duì)較小。與不考慮影響因素相比，分別考慮隧道內(nèi)自然風(fēng)、火源位置、火災(zāi)規(guī)模及隧道縱坡等單一因素時(shí)，各防護(hù)門處風(fēng)速變化幅度平均值分別為13%、23%、31%、25%。

4)同時(shí)考慮隧道火災(zāi)規(guī)模、隧道縱坡、火源位置及隧道內(nèi)自然風(fēng)等因素時(shí)，滿足防災(zāi)通風(fēng)要求的風(fēng)機(jī)總功率為不考慮上述因素時(shí)的2.5倍；火災(zāi)工況下，開啟風(fēng)機(jī)總功率為不考慮上述因素時(shí)的3.0倍。

隧道口緊急救援站火災(zāi)工況下的防災(zāi)通風(fēng)效果受多種因素影響，除本文討論的影響因素外，正洞入口與平導(dǎo)入口之間的合理間距、停車工況下的局部阻力等因素有待于進(jìn)一步研究。