关角隧道运营通风防灾技术研究

论文摘要

关角隧道是世界上罕见的高海拔地区特长铁路隧道,对于其运营通风及防灾救援问题,国内外尚无相似经验可以借鉴。相对于一般隧道,高海拔地区特长铁路隧道有其特点,如高海拔特长铁路隧道内的污染物累积问题、活塞风引入新鲜空气长度问题、通风极限长度问题、通风风机效率问题以及防灾救援问题等。本文通过对国内外资料调研,获得国内外运营隧道内污染物实测数据支持,针对现有标准对于高海拔地区的空缺,制定运营隧道内空气卫生环境的推荐值,确定关角隧道地区有害气体排放标准及控制标准建议值。研究表明在高海拔地区,机车排放的有害气体浓度和碳烟浓度较平原地区增加,并且有害气体对人体的危害在高海拔地区更为严重。根据关角隧道实际情况,利用所收集的气象资料,对关角隧道自然风影响及活塞风影响进行研究,并建立关角隧道通风计算模型,通过三维数值模拟和应用网络通风理论,经过对比优化解决电力机车牵引隧道极限通风长度和关角隧道在运营阶段机械通风设置问题；通过对隧道内纵向通风系统中射流风机设置的不同形式进行模拟计算,确定了隧道内射流风机效率最高时的最佳风机布置形式；通过对隧道内自然风和活塞风计算,确定了关角隧道换气次数。对于关角隧道防灾救援问题,本文通过对不同火灾场景下的数值模拟和人员疏散模拟,总结出不同火灾规模和不同救援横通道数量下火灾发展变化的规律,确定关角隧道现有的防灾救援设计是否能满足要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究情况
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 国内研究情况
• 1.3 主要研究内容及研究方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 高海拔隧道污染物标准研究
• 2.1 隧道空气卫生环境标准研究
• 2.1.1 国外研究情况
• 2.1.2 国内研究情况
• 2.1.3 有害气体排放限值
• 2.2 有害气体控制标准研究
• 2.2.1 国内有害气体控制标准研究
• 2.2.2 国外有害气体控制标准研究
• 2.2.3 有害气体允许浓度建议值
• 2.3 本章小结
• 第三章 关角隧道自然风数值模拟研究
• 3.1 自然风数值模拟计算
• 3.1.1 自然风数值模拟计算方法
• 3.1.2 自然风数值模拟计算边界条件
• 3.2 关角隧道气象资料
• 3.2.1 关角隧道气象资料统计
• 3.2.2 关角隧道气象资料处理
• 3.3 关角隧道数值模拟模型建立
• 3.3.1 关角隧道模型参数
• 3.3.2 坐标与网格的建立
• 3.3.3 边界条件
• 3.4 关角隧道自然风数值模拟试验
• 3.4.1 试验计算系列确定
• 3.4.2 试验计算结果
• 3.4.3 理论计算与数值模拟试验验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 关角隧道射流风机布置形式研究
• 4.1 射流风机升压理论分析
• 4.2 射流风机三维数值模拟计算模型与方法
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 边界条件
• 4.2.3 几何模型及网格划分
• 4.3 射流风机损失折减系数计算方法
• 4.4 验证计算
• 4.5 几种风机安装方式的风机效率
• 4.5.1 风机安装方式
• 4.5.2 风机效率计算结果
• 4.6 流场速度及静压力分布
• 4.6.1 初步设计风机布置工况
• 4.6.2 一号风机上移114cm、内靠79cm工况
• 4.6.3 两边拱脚各外扩50cm工况
• 4.6.4 四台风机中下布置工况
• 4.6.5 四台风机上下布置工况
• 4.6.6 四台风机中上布置工况
• 4.7 本章小结
• 第五章 关角隧道自然通风换气次数研究
• 5.1 关角隧道逐天自然风计算
• 5.1.1 气象资料
• 5.1.2 自然风计算
• 5.2 关角隧道逐天活塞风计算
• 5.2.1 活塞风计算理论
• 5.2.2 活塞风计算结果
• 5.2.3 换气次数确定
• 5.3 关角隧道逐月自然风计算
• 5.4 本章小结
• 第六章 关角隧道防灾研究
• 6.1 铁路隧道防灾救援基本原则
• 6.2 防灾救援设计的基本方法
• 6.2.1 火灾场景分析
• 6.2.2 隧道内火灾危险状态判定标准
• 6.2.3 关角隧道火灾模拟相关参数
• 6.3 关角隧道救援站火灾模型建立
• 6.4 火灾模拟计算及可用安全疏散时间（ASET）确定
• 6.4.1 救援横通道数量为9时的火灾场景
• 6.4.2 救援横通道数量为7时的火灾场景
• 6.4.3 救援横通道数量为6时的火灾场景
• 6.4.4 救援横通道数量为5时的火灾场景
• 6.5 疏散模拟分析及人员安全疏散时间（RSET）确定
• 6.5.1 火灾报警探测时间
• 6.5.2 人员响应时间
• 6.5.3 人员疏散运动时间
• 6.6 可用安全疏散时间（ASET）与必需安全疏散时间（RSET）比较
• 6.7 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目