[发明专利]一种顶部竖井自然通风隧道模型及其火灾试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道模型及其火灾试验方法，特别涉及一种顶部竖井自然通风隧道模型及其火灾试验方法。

背景技术

城市地下空间的综合开发是解决城市人口、资源、环境三大难题的重大措施。而城市隧道的运用，是有效利用地下空间，减缓城市交通压力的重要途径。目前我国绝大部分隧道采用机械通风，在能源紧张、降低能耗成为基本国策的背景下，顶部竖井自然通风隧道采用竖井自然通风技术，可有效缓解城市交通需求紧张的局面。顶部竖井自然通风隧道应用于城市交通中，具有低能耗，低造价，低维护等特点，符合绿色城市的发展方向。与机械通风相比，竖井自然通风可节约初期的工程投资和后期的运营费用，具有明显的经济效益。

由于隧道属于狭长，相对封闭的空间，因此发生火灾时烟气浓度大、温度高、火灾蔓延迅速、人员疏散困难等。隧道火灾极易造成严重的人员伤亡、财产损失，还会产生不良的社会影响。因此，隧道火灾一直是人们关注的热点话题之一。针对机械通风隧道火灾的研究成果已经很多，且大部分在工程应用中已经很成熟。由于竖井自然通风隧道发生火灾后烟气的运动规律与机械通风不完全相同，需要有充足的试验数据予以支持。

隧道火灾的研究方法主要有小尺寸、大尺寸、全尺寸试验研究和数值模拟。大尺寸及全尺寸试验由于规模较大，试验费用较高，试验场地有限，使得试验的重复性受到限制。数值模拟研究的准确性依赖于边界条件和物性参数的正确设置，且所建模型的有效性需要试验来验证。因此开展小尺寸试验可以弥补大尺寸及全尺寸试验和数值模拟研究的不足，可以很好满足试验的全面性和可重复性。但竖井对自然排烟的影响因素较多，如竖井宽度、高度、数量、组间距等，进行全面试验，研究每一个影响因素对自然排烟的影响需要大量的试验，且需要投入大量的人力和时间。

与以往改变竖井单一参数对竖井自然排烟的影响的试验研究相比，基于正交试验法的顶部竖井自然通风隧道火灾模型试验设计，可以同时考虑顶部竖井高度、宽度、组间距、个数对隧道内烟气流动的影响。依据不同竖井工况下自然排烟的有效性，可以确定顶部竖井优化组合方案，为工程设计提供参考依据。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种顶部竖井自然通风隧道模型及其火灾试验方法，可以获取顶部竖井高度、竖井宽度、竖井组间距、竖井单间距、竖井数量变化时，烟气的运动规律和竖井自然排烟效果，从而进一步确定顶部竖井优化组合方案。

一种顶部竖井自然通风隧道模型，由一个或一个以上的隧道模型单元连接组成，每个隧道模型单元包括稳定结构体（1）、顶板（2）、竖井基本结构体（3）、竖井内间隔板（4）、组间隔板（5），所述的稳定结构体（1）用于稳定整个模型试验设备，顶板（2）、竖井基本结构体（3）和组间隔板（5）安装在稳定结构体（1）的顶部，且稳定结构体（1）与顶板（2）配合形成相对封闭的空间结构以模拟隧道，竖井基本结构体（3）用来组装成不同高度的竖井用来实现通风；组间隔板（5）用于改变多个竖井基本结构体（3）的间距，且在竖井基本结构体（3）内安装有竖井间隔板（4），可以改变竖井的宽度。

上述的稳定结构体（1）包括稳定框架（6）、侧面立板（7）、顶板滑移滚轮（8）、螺栓连接结构（9）、万向轮（10）、单元结合凹槽（11）、竖井固定凹槽（12）、单元结合凸体（13），所述的稳定框架（6）提供隧道模型的框架空间，其两侧设有侧面立板（7），通过侧面立板（7）与底板形成凹形空间，并与顶部活动连接的顶板（2）形成相对封闭的空间结构以模拟隧道；所述的顶板（2）通过顶板滑移滚轮（8）与稳定框架（6）配合移动，在稳定框架（6）的两个端部设有螺栓连接结构（9），用于将多个相同的隧道模型单元固定连接，且在稳定框架（6）的一端设有单元结合凹槽（11），另一端设有单元结合凸体（13），用于保证多个相同的隧道模型单元组合后的密封性。

上述的顶板（2）为矩形结构的透明板，且在一侧设有顶板把手（15），在顶板（2）的四周上侧设有顶板凹槽（14），通过顶板凹槽（14）与竖井固定凸体（17）的一边结合，保证竖井稳定和密封。

上述的竖井基本结构体（3）的底部设有一圈竖井固定凸体（17），竖井固定凸体（17）与顶板凹槽（14）结合，保证竖井稳定和密封；在竖井基本结构体（3）的内部设有可以改变竖井的宽度的竖井间隔板（4），且在竖井间隔板（4）的顶部和竖井基本结构体（3）的顶部设有一圈竖井高度组合凹槽（16）。