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軌道交通區間隧道火災探測研究
軌道交通區間隧道狹長、空間有限，人員疏散、救援及火災撲救非常困難，下面是小編搜集整理的一篇探究軌道交通區間隧道火災探測的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：軌道交通區間隧道的火災煙氣控制有多種模式，關鍵是對火災位置的準確判斷。隧道內受到列車行駛的影響，高溫煙氣的擴散會異于常規的火災煙氣分布和擴散規律，提出了以煙氣遷移規律為導向的車載火災探測方案，為在區間隧道發生火災時第一時間啟動事故通風模式，組織人員疏散和火災救援創造有利條件。
關鍵詞：軌道交通;區間隧道;救援;火災探測;煙氣遷移;擴散規律
受到客觀條件限制，相對于其他區域，區間隧道的火災安全設施較薄弱，其中火災探測就是其中之一。火災探測是軌道交通火災應急體系統中最基礎的環節，準確、及時地火災探測可以將火災危害降至最低。區間隧道中，列車發生火災時人員疏散的方向、煙氣控制模式都基于列車火災部位的準確判別。常用的溫感、煙感火災探測器是利用對煙氣和溫度的感應來探測火災，達到預警的目的。列車發生火災時，車廂對火災煙氣擴散的阻隔、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，都使得區間隧道這一特殊環境條件下的火災探測非常困難。本文試圖從火災煙氣擴散情況著眼，探討區間隧道的火災探測方案。
1區間隧道火災探測現狀
《地鐵設計規范》(GB50157—2013)第19.1.1條規定：“車站、區間隧道、區間變電所及系統設備用房、主變電所、集中冷站、控制中心、車輛基地，應設置火災自動報警系統。”根據相關統計，不考慮人為縱火及恐怖爆炸等因素，區間隧道火災約有65%是由車輛本體引起，而其中80%為車輛底部電氣引起。由于區間隧道呈狹長型，行車時風速較高，粉塵多，且空氣相對濕度大，電磁干擾嚴重，照度低，因而傳統的點式火災探測器(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快速移動物體的火源探測。目前，國內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探測手段。感溫電纜安裝在隧道側頂部或與區間電纜橋架結合設置在隧道側壁(見圖1)，區間電纜按長度劃分為若干個區域，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測溫區域內空氣溫度變化引起光線散射密度的變化，確定火災位置。對于靜態火源(靜止列車、區間電纜等)，火災后煙氣迅速擴散到隧道頂部并沿軸向對稱擴散。光纖型探測器因其傳感線纜長度大、抗電磁干擾性強，可用于采集火災時區間溫度場信息[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。雖然區間隧道內還設有手動報警按鈕、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區間隧道的煙氣遷移
列車在區間隧道內的行駛速度一般為40～70km/h，單節車廂長度約20m，整車長度為100～140m。正常運行的列車一旦發生火災，在其減速運動至停車的過程中，火災的煙氣遷移受活塞風和機械風的控制。按時間-速度關系曲線可分為3個階段(見圖2)。階段1：列車車速大于煙氣及隧道內的風速。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”，煙氣橫向擴散程度與距火源距離成正比關系。無論是前部或后部車廂火災，此階段內煙氣都受活塞風形成的流速場絕對控制，隧道內溫度因在火災早期，所以并未顯著提高。階段2：列車減速至停車，直至機械通風開啟。此時列車已經快速機械制動，隧道內的活塞風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。該階段內煙氣將向前漂移至距火源約300m距離，受熱壓和活塞風的雙重影響，煙氣逐步擴散充滿隧道整個斷面。階段3：區間事故通風系統啟動。按車頭/車尾通風模式，煙氣受機械風的影響，在區間內形成不小于2m/s的斷面風速。由此分析，運行中的列車在區間發生火災后，在火災初期(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火災探測的效果分析
火災初始，煙氣貼附在車底向后漂移(階段1)，并未橫向擴散，且火源四周空氣的溫度并不高，安裝在隧道側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，必須要在列車停止，待溫度場形成后才會觸發報警，但此時隧道內的煙氣已包圍整輛列車(階段2)，車內的司機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多個感溫探測單元同時報警，則更無法準確定位著火列車車廂的位置。筆者根據列車實際運行軌跡和火災早期煙氣運動規律，提出以煙氣遷移規律為導向的車載火災探測方案，為在區間隧道發生火災時第一時間啟動事故通風模式，組織人員疏散和火災救援創造有利條件。
4基于煙氣遷移的火災探測方案
根據區間隧道內列車運動特性及火災時煙氣擴散的特點，引入目前在大型計算機中心、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境空氣內煙氣粒子密度，可檢測到極低濃度的煙霧，能在火災極早期進行煙霧探測預警。為避免空氣采樣管對車輛限界造成影響，可在列車每節車廂尾及車頭、車尾的底部設置空氣采樣煙霧探測管(ϕ25mm金屬軟管)，管上開4～5個采樣孔，主機則安裝在車廂內的電氣柜內(見圖3)，各節車廂的主機可串接成網絡并接入車載控制系統，將監測信號同步無線傳輸至中央OCC系統(見圖4)。一旦列車在區間內發生火災，著火車廂所在的吸氣管和探測主機能夠馬上探測到煙霧，發出預警信號;車頭或車尾的主機二次確認火災后，第一時間傳送信號給列車司機和中央OCC。例如：車廂1發生火災時，則主機2、主機3～7及車尾主機依次報警;車廂6發生火災，則主機7和車尾主機依次報警，便可確認火源位置。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到20m/s，而探測系統和報警系統基本可瞬時傳輸信號，實現了真正意義上的“第一時間”報警。此時若列車仍能正常行駛，應行至前方車站后組織救援;若列車因火災失去動力而迫停在區間內，則應根據應急救援流程，啟動區間事故通風模式，有序疏散乘客;同時，為了充分利用車廂本身的隔斷作用，應將煙氣探測器與車載空調聯動，確認火情后自動關閉空調、切斷空氣通路。
5結語
1)基于煙氣遷移規律的吸氣式煙霧探測器是車載系統的火災探測裝置，能夠在火災初期較為準確地探明火源位置，并向司機及中央OCC傳輸報警信號;第一時間關閉車載空調、啟動事故應急模式，盡可能地減少人員和財產損失。
2)利用吸氣式煙霧探測器作為列車火災的主要探測手段，同時結合光纖感溫電纜及車載信號系統確定著火列車在區間的準確位置，該電纜亦可作為靜態火源(區間電纜等)的主要監控手段。
3)考慮到隧道內空氣環境較為潮濕污濁，在設定報警閾值時可根據環境空氣參數進行適當調整;同時，為防止隧道內的粉塵、油污、潮氣對激光腔精度造成影響，可在吸氣管接入主機前串聯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：
[1]劉蘇敏，劉輝，姚斌.光纖光柵感溫火災探測系統在地鐵區間隧道中的應用[J].城市軌道交通研究.2012，15(9)49-52.
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