[实用新型]多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统

说明书

本实用新型公开了一种多车道公路隧道横向火灾位置可变的模拟实验平台系统，包括用于模拟多车道公路隧道任意横向位置火灾的公路隧道模拟平台和测试系统，模拟火源可沿轨道横向移动并固定，测试系统包括燃料质量损失、隧道内温度场、风速测试系统和实验过程图像。本实用新型可模拟多车道公路隧道任意横向位置发生的火灾，平台断面形态、燃料类型、火灾规模、外包层隔温层、以及火源距隧道底板高度等均以实际隧道情况按照相关理论予以设置，确保可信度、准确性，避免全尺寸火灾实验的缺陷。本实用新型还实现了实时火灾过程全数据记录，对于公路隧道乃至铁路隧道的运营及防灾救援疏散的发展及完善具有重大意义。

技术领域

本实用新型属于结构工程建设模拟研究技术领域，尤其属于交通隧道工程火灾安全研究技术领域，特别涉及多车道公路隧道模拟不同位置火灾的实验平台系统。

背景技术

公路隧道作为公路或道路交通系统的关键部分，由于在克服障碍物、改善线型、缩短行车距离、保护环境等方面具有显著优点，故在公路建设中被大量采用，据统计，截至2016年底中国公路隧道总数15181处，总长14039.7km，且仍处于不断增长的趋势，巨大的数量和长度，意味着势必加强注重其安全性。对于隧道而言火灾作为危害性最大的灾害，其一旦发生造成的损失是不可估量的，而对于公路隧道而言其不同于铁路隧道和其他的地下通道，其一般断面宽度比较大，包含多个车道，其断面内火灾发生的横向位置是不确定且多种多样的，如图1--图3所示，其有可能因为不同车道车辆相撞而在隧道中部位置发生火灾，有可能是由于车辆自燃或者追尾而在车道中心位置处发生火灾，也有可能是因为车辆撞到隧道侧壁而在隧道贴近侧壁处发生火灾等等，对于隧道而言由于其狭长近闭的独特结构特性，其内的火灾是一个十分复杂而且敏感的过程，火源位于不同横向位置处时其火焰羽流必然会因横向位置不同而受限程度不同，相对而言其对于新鲜空气的卷吸也会相应的发生变化且当火源位置不在隧道中心时必将带来不对称性差异，等等一切势必造成形成的基本火灾场景必定会发生巨大变化。

针对公路隧道火灾目前国内外开展了不少相关研究，中科大胡隆华、纪杰和霍然等基于现场实测、数值计算等方法对公路隧道火灾进行了深入研究，针对不同纵向风速、燃料类型、火灾规模等因子展开研究，并以此提出了火灾烟气临界风速计算方法，西南交大王峰、王明年和杨其新等人以秦岭终南山特长公路隧道和双螺旋曲线公路隧道等特点鲜明的公路隧道为依托，对隧道内火灾烟气分布特性进行了大量的试验和数值计算研究，获得了特长公路隧道及小半径曲线隧道火灾温度分布、烟流动态流动特性等火灾场景参数，同济大学闫治国、朱合华等人对城市公路隧道火灾烟气温度分布并以此探讨了越江隧道火灾安全控制和人员疏散的相关方法措施，韩国的Gwon等人和哥伦比亚大学的Kai Kang分别分析了隧道坡度和隧道断面宽度、断面宽高比等因子对隧道内部火灾烟流控制的影响，瑞典Ingason等人则对载有不同货物大型货车、不同断面形式及火灾规模的动态变化规律进行了研究，提出了火灾规模指数模型等。

可见目前对于公路隧道火灾的研究主要集中在不同燃料、不同坡度、不同隧道断面形态、不同隧道结构形式等影响下的火灾场景的基本变化及烟流控制研究，而对于断面不同位置横向位置火灾，西南交大王峰、中科大纪杰、唐飞等展开了一定的数值模型研究，而实验模拟研究较少，仅中科大针对其展开了一定的实验研究，但其具有三大典型缺陷，其一是其采用矩形断面代替拱形隧道断面，忽略了隧道拱形对于火焰羽流得限制作用，其二是其采用甲醇和丙烷作为可燃物，采用熏香作为烟气示踪剂并共同代替公路隧道火灾主要可燃物汽油和柴油，无论是从烟尘成分、烟气层厚度、火灾场景还原方面均于实际隧道火灾情形失真，其三是其主采用小规模火灾实验，过小的火灾规模其火焰羽流高度一般较低，其实际隧道大规模火灾火焰羽流形态差异明显，故总的来说，目前对于多车道公路横向火灾的研究对于实际隧道火灾大部分集中于数值模拟，实验研究较少，且仅有的实验研究平台系统存在较大的不足及失真，有必要针对多车道公路隧道火灾平台实验模拟系统进行创新设计及对公路隧道火灾展开深入研究。

发明内容