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軌道交通區(qū)間隧道火災(zāi)探測研究
軌道交通區(qū)間隧道狹長、空間有限，人員疏散、救援及火災(zāi)撲救非常困難，下面是小編搜集整理的一篇探究軌道交通區(qū)間隧道火災(zāi)探測的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：軌道交通區(qū)間隧道的火災(zāi)煙氣控制有多種模式，關(guān)鍵是對火災(zāi)位置的準(zhǔn)確判斷。隧道內(nèi)受到列車行駛的影響，高溫?zé)煔獾臄U(kuò)散會異于常規(guī)的火災(zāi)煙氣分布和擴(kuò)散規(guī)律，提出了以煙氣遷移規(guī)律為導(dǎo)向的車載火災(zāi)探測方案，為在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時第一時間啟動事故通風(fēng)模式，組織人員疏散和火災(zāi)救援創(chuàng)造有利條件。
關(guān)鍵詞：軌道交通;區(qū)間隧道;救援;火災(zāi)探測;煙氣遷移;擴(kuò)散規(guī)律
受到客觀條件限制，相對于其他區(qū)域，區(qū)間隧道的火災(zāi)安全設(shè)施較薄弱，其中火災(zāi)探測就是其中之一�；馂�(zāi)探測是軌道交通火災(zāi)應(yīng)急體系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確、及時地火災(zāi)探測可以將火災(zāi)危害降至最低。區(qū)間隧道中，列車發(fā)生火災(zāi)時人員疏散的方向、煙氣控制模式都基于列車火災(zāi)部位的準(zhǔn)確判別。常用的溫感、煙感火災(zāi)探測器是利用對煙氣和溫度的感應(yīng)來探測火災(zāi)，達(dá)到預(yù)警的目的。列車發(fā)生火災(zāi)時，車廂對火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的阻隔、列車行駛對煙氣遷移的影響，以及列車行駛過程中形成移動火源的特殊性，都使得區(qū)間隧道這一特殊環(huán)境條件下的火災(zāi)探測非常困難。本文試圖從火災(zāi)煙氣擴(kuò)散情況著眼，探討區(qū)間隧道的火災(zāi)探測方案。
1區(qū)間隧道火災(zāi)探測現(xiàn)狀
《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157—2013)第19.1.1條規(guī)定：“車站、區(qū)間隧道、區(qū)間變電所及系統(tǒng)設(shè)備用房、主變電所、集中冷站、控制中心、車輛基地，應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。”根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，不考慮人為縱火及恐怖爆炸等因素，區(qū)間隧道火災(zāi)約有65%是由車輛本體引起，而其中80%為車輛底部電氣引起。由于區(qū)間隧道呈狹長型，行車時風(fēng)速較高，粉塵多，且空氣相對濕度大，電磁干擾嚴(yán)重，照度低，因而傳統(tǒng)的點式火災(zāi)探測器(感煙型、感溫型、感光型)和攝影攝像器材并不適用于狹長空間內(nèi)快速移動物體的火源探測。目前，國內(nèi)部分城市的軌道交通(如深圳、寧波)采用光纖感溫電纜作為火災(zāi)探測手段。感溫電纜安裝在隧道側(cè)頂部或與區(qū)間電纜橋架結(jié)合設(shè)置在隧道側(cè)壁(見圖1)，區(qū)間電纜按長度劃分為若干個區(qū)域，單個感溫探測單元的覆蓋長度約為50m。主要工作原理是根據(jù)測溫區(qū)域內(nèi)空氣溫度變化引起光線散射密度的變化，確定火災(zāi)位置。對于靜態(tài)火源(靜止列車、區(qū)間電纜等)，火災(zāi)后煙氣迅速擴(kuò)散到隧道頂部并沿軸向?qū)ΨQ擴(kuò)散。光纖型探測器因其傳感線纜長度大、抗電磁干擾性強(qiáng)，可用于采集火災(zāi)時區(qū)間溫度場信息[1]，但對于快速移動的列車，存在著火源定位難、報警滯后等問題。雖然區(qū)間隧道內(nèi)還設(shè)有手動報警按鈕、軌旁電話、車載無線電話等輔助報警手段，但都無法有效解決上述問題。
2區(qū)間隧道的煙氣遷移
列車在區(qū)間隧道內(nèi)的行駛速度一般為40～70km/h，單節(jié)車廂長度約20m，整車長度為100～140m。正常運行的列車一旦發(fā)生火災(zāi)，在其減速運動至停車的過程中，火災(zāi)的煙氣遷移受活塞風(fēng)和機(jī)械風(fēng)的控制。按時間-速度關(guān)系曲線可分為3個階段(見圖2)。階段1：列車車速大于煙氣及隧道內(nèi)的風(fēng)速。此時列車外的氣流速度由車頭指向車尾，煙氣受到活塞風(fēng)的控制貼附在車底部，并向后拖拽形成約100m長的“煙柱”，煙氣橫向擴(kuò)散程度與距火源距離成正比關(guān)系。無論是前部或后部車廂火災(zāi)，此階段內(nèi)煙氣都受活塞風(fēng)形成的流速場絕對控制，隧道內(nèi)溫度因在火災(zāi)早期，所以并未顯著提高。階段2：列車減速至停車，直至機(jī)械通風(fēng)開啟。此時列車已經(jīng)快速機(jī)械制動，隧道內(nèi)的活塞風(fēng)由于需要與列車及隧道表面摩擦阻力的作用緩慢減速，故列車外的氣流速度由車尾指向車頭。該階段內(nèi)煙氣將向前漂移至距火源約300m距離，受熱壓和活塞風(fēng)的雙重影響，煙氣逐步擴(kuò)散充滿隧道整個斷面。階段3：區(qū)間事故通風(fēng)系統(tǒng)啟動。按車頭/車尾通風(fēng)模式，煙氣受機(jī)械風(fēng)的影響，在區(qū)間內(nèi)形成不小于2m/s的斷面風(fēng)速。由此分析，運行中的列車在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)后，在火災(zāi)初期(v車≥v煙)，煙氣貼附在車底，在列車尾部形成拖拽，著火車廂的后部車底受到煙氣污染;待列車制動至停止后(v車
3火災(zāi)探測的效果分析
火災(zāi)初始，煙氣貼附在車底向后漂移(階段1)，并未橫向擴(kuò)散，且火源四周空氣的溫度并不高，安裝在隧道側(cè)上方的感溫單元很難探測到煙氣溫度;若僅依靠光纖感溫電纜探測火災(zāi)，必須要在列車停止，待溫度場形成后才會觸發(fā)報警，但此時隧道內(nèi)的煙氣已包圍整輛列車(階段2)，車內(nèi)的司機(jī)和乘客根本無法判斷火源的位置和疏散方向。此外，若由于煙氣漂移觸發(fā)多個感溫探測單元同時報警，則更無法準(zhǔn)確定位著火列車車廂的位置。筆者根據(jù)列車實際運行軌跡和火災(zāi)早期煙氣運動規(guī)律，提出以煙氣遷移規(guī)律為導(dǎo)向的車載火災(zāi)探測方案，為在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時第一時間啟動事故通風(fēng)模式，組織人員疏散和火災(zāi)救援創(chuàng)造有利條件。
4基于煙氣遷移的火災(zāi)探測方案
根據(jù)區(qū)間隧道內(nèi)列車運動特性及火災(zāi)時煙氣擴(kuò)散的特點，引入目前在大型計算機(jī)中心、圖書檔案館等公共場所較為常用的吸氣式煙霧探測器。該類探測器的激光探測腔通過探測吸氣管輸入的環(huán)境空氣內(nèi)煙氣粒子密度，可檢測到極低濃度的煙霧，能在火災(zāi)極早期進(jìn)行煙霧探測預(yù)警。為避免空氣采樣管對車輛限界造成影響，可在列車每節(jié)車廂尾及車頭、車尾的底部設(shè)置空氣采樣煙霧探測管(ϕ25mm金屬軟管)，管上開4～5個采樣孔，主機(jī)則安裝在車廂內(nèi)的電氣柜內(nèi)(見圖3)，各節(jié)車廂的主機(jī)可串接成網(wǎng)絡(luò)并接入車載控制系統(tǒng)，將監(jiān)測信號同步無線傳輸至中央OCC系統(tǒng)(見圖4)。一旦列車在區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，著火車廂所在的吸氣管和探測主機(jī)能夠馬上探測到煙霧，發(fā)出預(yù)警信號;車頭或車尾的主機(jī)二次確認(rèn)火災(zāi)后，第一時間傳送信號給列車司機(jī)和中央OCC。例如：車廂1發(fā)生火災(zāi)時，則主機(jī)2、主機(jī)3～7及車尾主機(jī)依次報警;車廂6發(fā)生火災(zāi)，則主機(jī)7和車尾主機(jī)依次報警，便可確認(rèn)火源位置。列車反向運行時同理，不再贅述。在列車尚未制動減速前(階段1)車外煙氣遷移速度達(dá)到20m/s，而探測系統(tǒng)和報警系統(tǒng)基本可瞬時傳輸信號，實現(xiàn)了真正意義上的“第一時間”報警。此時若列車仍能正常行駛，應(yīng)行至前方車站后組織救援;若列車因火災(zāi)失去動力而迫停在區(qū)間內(nèi)，則應(yīng)根據(jù)應(yīng)急救援流程，啟動區(qū)間事故通風(fēng)模式，有序疏散乘客;同時，為了充分利用車廂本身的隔斷作用，應(yīng)將煙氣探測器與車載空調(diào)聯(lián)動，確認(rèn)火情后自動關(guān)閉空調(diào)、切斷空氣通路。
5結(jié)語
1)基于煙氣遷移規(guī)律的吸氣式煙霧探測器是車載系統(tǒng)的火災(zāi)探測裝置，能夠在火災(zāi)初期較為準(zhǔn)確地探明火源位置，并向司機(jī)及中央OCC傳輸報警信號;第一時間關(guān)閉車載空調(diào)、啟動事故應(yīng)急模式，盡可能地減少人員和財產(chǎn)損失。
2)利用吸氣式煙霧探測器作為列車火災(zāi)的主要探測手段，同時結(jié)合光纖感溫電纜及車載信號系統(tǒng)確定著火列車在區(qū)間的準(zhǔn)確位置，該電纜亦可作為靜態(tài)火源(區(qū)間電纜等)的主要監(jiān)控手段。
3)考慮到隧道內(nèi)空氣環(huán)境較為潮濕污濁，在設(shè)定報警閾值時可根據(jù)環(huán)境空氣參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;同時，為防止隧道內(nèi)的粉塵、油污、潮氣對激光腔精度造成影響，可在吸氣管接入主機(jī)前串聯(lián)1臺可清洗更換的空氣過濾器，以保證儀器的使用效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉蘇敏，劉輝，姚斌.光纖光柵感溫火災(zāi)探測系統(tǒng)在地鐵區(qū)間隧道中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究.2012，15(9)49-52.
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