一種頂部豎井自然通風(fēng)隧道模型及其火災(zāi)試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道模型及其火災(zāi)試驗(yàn)方法，特別涉及一種頂部豎井自然通風(fēng)隧道模型及其火災(zāi)試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]城市地下空間的綜合開(kāi)發(fā)是解決城市人口、資源、環(huán)境三大難題的重大措施。而城市隧道的運(yùn)用，是有效利用地下空間，減緩城市交通壓力的重要途徑。目前我國(guó)絕大部分隧道采用機(jī)械通風(fēng)，在能源緊張、降低能耗成為基本國(guó)策的背景下，頂部豎井自然通風(fēng)隧道采用豎井自然通風(fēng)技術(shù)，可有效緩解城市交通需求緊張的局面。頂部豎井自然通風(fēng)隧道應(yīng)用于城市交通中，具有低能耗，低造價(jià)，低維護(hù)等特點(diǎn)，符合綠色城市的發(fā)展方向。與機(jī)械通風(fēng)相比，豎井自然通風(fēng)可節(jié)約初期的工程投資和后期的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]由于隧道屬于狹長(zhǎng)，相對(duì)封閉的空間，因此發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙氣濃度大、溫度高、火災(zāi)蔓延迅速、人員疏散困難等。隧道火災(zāi)極易造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。因此，隧道火災(zāi)一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)話題之一。針對(duì)機(jī)械通風(fēng)隧道火災(zāi)的研宄成果已經(jīng)很多，且大部分在工程應(yīng)用中已經(jīng)很成熟。由于豎井自然通風(fēng)隧道發(fā)生火災(zāi)后煙氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與機(jī)械通風(fēng)不完全相同，需要有充足的試驗(yàn)數(shù)據(jù)予以支持。
[0004]隧道火災(zāi)的研宄方法主要有小尺寸、大尺寸、全尺寸試驗(yàn)研宄和數(shù)值模擬。大尺寸及全尺寸試驗(yàn)由于規(guī)模較大，試驗(yàn)費(fèi)用較高，試驗(yàn)場(chǎng)地有限，使得試驗(yàn)的重復(fù)性受到限制。數(shù)值模擬研宄的準(zhǔn)確性依賴于邊界條件和物性參數(shù)的正確設(shè)置，且所建模型的有效性需要試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。因此開(kāi)展小尺寸試驗(yàn)可以彌補(bǔ)大尺寸及全尺寸試驗(yàn)和數(shù)值模擬研宄的不足，可以很好滿足試驗(yàn)的全面性和可重復(fù)性。但豎井對(duì)自然排煙的影響因素較多，如豎井寬度、高度、數(shù)量、組間距等，進(jìn)行全面試驗(yàn)，研宄每一個(gè)影響因素對(duì)自然排煙的影響需要大量的試驗(yàn)，且需要投入大量的人力和時(shí)間。
[0005]與以往改變豎井單一參數(shù)對(duì)豎井自然排煙的影響的試驗(yàn)研宄相比，基于正交試驗(yàn)法的頂部豎井自然通風(fēng)隧道火災(zāi)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以同時(shí)考慮頂部豎井高度、寬度、組間距、個(gè)數(shù)對(duì)隧道內(nèi)煙氣流動(dòng)的影響。依據(jù)不同豎井工況下自然排煙的有效性，可以確定頂部豎井優(yōu)化組合方案，為工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種頂部豎井自然通風(fēng)隧道模型及其火災(zāi)試驗(yàn)方法，可以獲取頂部豎井高度、豎井寬度、豎井組間距、豎井單間距、豎井?dāng)?shù)量變化時(shí)，煙氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和豎井自然排煙效果，從而進(jìn)一步確定頂部豎井優(yōu)化組合方案。
[0007]一種頂部豎井自然通風(fēng)隧道模型，由一個(gè)或一個(gè)以上的隧道模型單元連接組成，每個(gè)隧道模型單元包括穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體(1)、頂板(2)、豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)、豎井內(nèi)間隔板(4)、組間隔板(5)，所述的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體(I)用于穩(wěn)定整個(gè)模型試驗(yàn)設(shè)備，頂板(2)、豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)和組間隔板(5 )安裝在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體(I)的頂部，且穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體(I)與頂板(2)配合形成相對(duì)封閉的空間結(jié)構(gòu)以模擬隧道，豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)用來(lái)組裝成不同高度的豎井用來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)；組間隔板(5)用于改變多個(gè)豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)的間距，且在豎井基本結(jié)構(gòu)體
(3)內(nèi)安裝有豎井間隔板(4)，可以改變豎井的寬度。
[0008]上述的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體(I)包括穩(wěn)定框架(6)、側(cè)面立板(7)、頂板滑移滾輪(8)、螺栓連接結(jié)構(gòu)(9)、萬(wàn)向輪(10)、單元結(jié)合凹槽(11)、豎井固定凹槽(12)、單元結(jié)合凸體(13)，所述的穩(wěn)定框架(6)提供隧道模型的框架空間，其兩側(cè)設(shè)有側(cè)面立板(7)，通過(guò)側(cè)面立板(7)與底板形成凹形空間，并與頂部活動(dòng)連接的頂板(2)形成相對(duì)封閉的空間結(jié)構(gòu)以模擬隧道；所述的頂板(2 )通過(guò)頂板滑移滾輪(8 )與穩(wěn)定框架(6 )配合移動(dòng)，在穩(wěn)定框架(6 )的兩個(gè)端部設(shè)有螺栓連接結(jié)構(gòu)(9)，用于將多個(gè)相同的隧道模型單元固定連接，且在穩(wěn)定框架(6)的一端設(shè)有單元結(jié)合凹槽(11)，另一端設(shè)有單元結(jié)合凸體(13)，用于保證多個(gè)相同的隧道模型單元組合后的密封性。
[0009]上述的頂板(2)為矩形結(jié)構(gòu)的透明板，且在一側(cè)設(shè)有頂板把手(15)，在頂板(2)的四周上側(cè)設(shè)有頂板凹槽(14)，通過(guò)頂板凹槽(14)與豎井固定凸體(17)的一邊結(jié)合，保證豎井穩(wěn)定和密封。
[0010]上述的豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)的底部設(shè)有一圈豎井固定凸體(17)，豎井固定凸體
(17)與頂板凹槽(14)結(jié)合，保證豎井穩(wěn)定和密封；在豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)的內(nèi)部設(shè)有可以改變豎井的寬度的豎井間隔板(4)，且在豎井間隔板(4)的頂部和豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)的頂部設(shè)有一圈豎井高度組合凹槽(16)。
[0011]上述的豎井間隔板(4)為直角形狀，一個(gè)直角邊設(shè)在豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)的內(nèi)腔，另一個(gè)直角邊在底部伸到豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)的外側(cè)，且在另一個(gè)直角邊的外端設(shè)有豎井內(nèi)間隔板把手(18)，并且在豎井間隔板(4)的外側(cè)設(shè)有豎井內(nèi)間隔板凸體(19)。
[0012]上述的組間隔板(5)上設(shè)有組間隔板固定凸體(20)、組間隔板組合凹槽(21)和組間隔板組合凸體(22)，所述的組間隔板固定凸體(20)將組間隔板(5)與豎井固定凹槽(12)和頂板凹槽(14)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)組間隔板(5)的固定；
上述的豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)與豎井基本結(jié)構(gòu)體(3)相連組成豎井組，通過(guò)豎井側(cè)面凹槽(23)和豎井側(cè)面凸體(24)相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)豎井組的固定。
[0013]上述的組間隔板(5)與豎井組相連可通過(guò)組間隔板組合凹槽(21)和豎井側(cè)面凸體(24)相連；或組間隔板組合凸體(22)和豎井側(cè)面凹槽(23)相連實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和密封；也可以在相鄰兩個(gè)豎井之間增加單個(gè)間隔板以改變相鄰兩個(gè)豎井的間距。
[0014]本發(fā)明提到的一種頂部豎井自然通風(fēng)隧道模型的使用方法，包括以下步驟:
在確定隧道模型的總體長(zhǎng)度后，將多個(gè)相同的隧道模型單元依次連接，其中相鄰兩個(gè)隧道模型單元的單元結(jié)合凸體(13)應(yīng)插入單元結(jié)合凹槽(11)中，并通過(guò)螺栓連接結(jié)構(gòu)(9)緊固；
當(dāng)改變豎井寬度時(shí)，通過(guò)頂板把手(15)將頂板(2)推拉至指定位置，然后將豎井固定凸體(17)插接到豎井固定凹槽(12)和頂板凹槽(14)中以將豎井固定，通過(guò)推拉豎井內(nèi)間隔板把手(18)可以改變豎井的寬度；
當(dāng)改變豎井高度時(shí)，只需在第一層豎井上方疊加不同高度的豎井，通過(guò)豎井高度組合凹槽(16)將第二層及以上層數(shù)的豎井固定； 當(dāng)改變豎井?dāng)?shù)量時(shí)，可依次將豎井側(cè)面凸體(22)插接到豎井側(cè)面凹槽(23)中，以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)量的豎井組合相連；
當(dāng)改變豎井組間距時(shí)，按照試驗(yàn)要求將多塊組間隔板組合凸體(20)依次插接到組間隔板固定凹槽(21)內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)豎井組間距變化；
當(dāng)改變單個(gè)豎井間距時(shí)，在相鄰兩個(gè)豎井中間可增加一塊組間隔板(5)，組間隔板的尺寸可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行定制，組間隔板與豎井相連可通過(guò)將豎井側(cè)面凸體(24)插接到組間隔板組合凹槽(21)中或?qū)⒔M間隔板組合凸體(22)插接到豎井側(cè)面凹槽(23)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和密封，隧道模型單元可通過(guò)萬(wàn)向輪(10)進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以有效提高小尺寸隧道火災(zāi)模型試驗(yàn)的重復(fù)率；可以充分考慮豎井尺寸參數(shù)變化時(shí)，對(duì)豎井自然排煙的影響；通過(guò)正交試驗(yàn)法可以考慮豎井尺寸參數(shù)同時(shí)變化時(shí)，各參數(shù)對(duì)自然排煙效果影響的重要程度，進(jìn)而確定頂部開(kāi)口優(yōu)化組合方案。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1是本發(fā)明的隧道模型單元示意圖；
附圖2是本發(fā)明的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖3是本發(fā)明的頂板示意圖；
附圖4是本發(fā)明的豎井組合的俯視圖；
附圖5是本發(fā)明的豎井組合的仰視圖；
附圖6是本發(fā)明的豎井內(nèi)間隔板示意圖；
附圖7是本發(fā)明的組間隔板示意圖；
附圖8是本發(fā)明的豎井基本結(jié)構(gòu)體示意圖；
上圖中:穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體1、頂板2、豎井基本結(jié)構(gòu)體3、豎井內(nèi)間隔板4、組間隔板5、穩(wěn)定框架6、側(cè)面立板7、頂板滑移滾輪8、螺栓連接結(jié)構(gòu)9、萬(wàn)向輪10、單元結(jié)合凹槽11、豎井固定凹槽12、單元結(jié)合凸體13、頂板凹槽14、頂板把手15、豎井高度組合凹槽16、豎井固定凸體17、豎井內(nèi)間隔板把手18、豎井內(nèi)間隔板凸體19、組間隔板固定凸體20，組間隔板組合凹槽21，組間隔板組合凸體22、豎井側(cè)面凹槽23，豎井側(cè)面凸體24。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參照附圖1，本發(fā)明提到的一種頂部豎井自然通風(fēng)隧道模型，由一個(gè)或一個(gè)以上的隧道模型單元連接組成，每個(gè)隧道模型單元包括穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體1、頂板2、豎井基本結(jié)構(gòu)體3、豎井內(nèi)間隔板4、組間隔板5，所述的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體I用于穩(wěn)定整個(gè)模型試驗(yàn)設(shè)備，頂板2、豎井基本結(jié)構(gòu)體3和組間隔板5安裝在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體I的頂部，且穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體I與頂板2配合形成相對(duì)封閉的空間結(jié)構(gòu)以模擬隧道，豎井基本結(jié)構(gòu)體3用來(lái)組裝成不同高度的豎井用來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)；組間隔板5用于改變多個(gè)豎井基本結(jié)構(gòu)體3的間距，且在豎井基本結(jié)構(gòu)體3內(nèi)安裝有豎井間隔板4，可以改變豎井的寬度。
[0018]參照附圖2，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體I由穩(wěn)定框架6、側(cè)面立板7、頂板滑移滾輪8、螺栓連接結(jié)構(gòu)9、萬(wàn)向輪10組成。穩(wěn)定框架6用于承受頂板壓力，并提供隧道模型的框架空間。側(cè)面立板7選用透明耐熱的材料制成，以方便觀察試驗(yàn)現(xiàn)象。頂板滑移滾輪8用于輔助頂板滑動(dòng)。螺栓連接結(jié)構(gòu)9用于將多個(gè)相同的隧道模型單元固定連接起來(lái)。單元結(jié)合凹槽11的深度與其對(duì)應(yīng)位置的單元結(jié)合凸體13的厚度相同，可以保證多個(gè)相同的隧道模型單元組合后的密封性。
[0019]頂板凹槽14與豎井固定凸體17其中的一邊結(jié)合，既能夠保證豎井穩(wěn)定，又能夠?qū)崿F(xiàn)密封效果。頂板把手15用于推拉頂板，方便其移動(dòng)。
[0020]豎井高度組合凹槽16是為了在改變豎井高度時(shí)，便于上一層豎井的疊加。豎井內(nèi)間隔板把