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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(cháng)、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(guān)鍵是對火災位置的準確判斷。隧道內受到列車(chē)行駛的影響，高溫煙氣的擴散會(huì )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(chē)載火災探測方案，為在區間隧道發(fā)生火災時(shí)第一時(shí)間啟動(dòng)事故通風(fēng)模式，組織人員疏散和火災救援創(chuàng )造有利條件。
關(guān)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(guān)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�；馂奶綔y是軌道交通火災應急體系統中最基礎的環(huán)節，準確、及時(shí)地火災探測可以將火災危害降至最低。區間隧道中，列車(chē)發(fā)生火災時(shí)人員疏散的方向、煙氣控制模式都基于列車(chē)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(lái)探測火災，達到預警的目的。列車(chē)發(fā)生火災時(shí)，車(chē)廂對火災煙氣擴散的阻隔、列車(chē)行駛對煙氣遷移的影響，以及列車(chē)行駛過(guò)程中形成移動(dòng)火源的特殊性，都使得區間隧道這一特殊環(huán)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(zhù)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(chē)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(chē)輛基地，應設置火災自動(dòng)報警系統。”根據相關(guān)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(chē)輛本體引起，而其中80%為車(chē)輛底部電氣引起。由于區間隧道呈狹長(cháng)型，行車(chē)時(shí)風(fēng)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(diǎn)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(cháng)空間內快速移動(dòng)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(jiàn)圖1)，區間電纜按長(cháng)度劃分為若干個(gè)區域，單個(gè)感溫探測單元的覆蓋長(cháng)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(xiàn)散射密度的變化，確定火災位置。對于靜態(tài)火源(靜止列車(chē)、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(chēng)擴散。光纖型探測器因其傳感線(xiàn)纜長(cháng)度大、抗電磁干擾性強，可用于采集火災時(shí)區間溫度場(chǎng)信息[1]，但對于快速移動(dòng)的列車(chē)，存在著(zhù)火源定位難、報警滯后等問(wèn)題。雖然區間隧道內還設有手動(dòng)報警按鈕、軌旁電話(huà)、車(chē)載無(wú)線(xiàn)電話(huà)等輔助報警手段，但都無(wú)法有效解決上述問(wèn)題。
2區間隧道的煙氣遷移
列車(chē)在區間隧道內的行駛速度一般為40～70km/h，單節車(chē)廂長(cháng)度約20m，整車(chē)長(cháng)度為100～140m。正常運行的列車(chē)一旦發(fā)生火災，在其減速運動(dòng)至停車(chē)的過(guò)程中，火災的煙氣遷移受活塞風(fēng)和機械風(fēng)的控制。按時(shí)間-速度關(guān)系曲線(xiàn)可分為3個(gè)階段(見(jiàn)圖2)。階段1：列車(chē)車(chē)速大于煙氣及隧道內的風(fēng)速。此時(shí)列車(chē)外的氣流速度由車(chē)頭指向車(chē)尾，煙氣受到活塞風(fēng)的控制貼附在車(chē)底部，并向后拖拽形成約100m長(cháng)的“煙柱”，煙氣橫向擴散程度與距火源距離成正比關(guān)系。無(wú)論是前部或后部車(chē)廂火災，此階段內煙氣都受活塞風(fēng)形成的流速場(chǎng)絕對控制，隧道內溫度因在火災早期，所以并未顯著(zhù)提高。階段2：列車(chē)減速至停車(chē)，直至機械通風(fēng)開(kāi)啟。此時(shí)列車(chē)已經(jīng)快速機械制動(dòng)，隧道內的活塞風(fēng)由于需要與列車(chē)及隧道表面摩擦阻力的作用緩慢減速，故列車(chē)外的氣流速度由車(chē)尾指向車(chē)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(fēng)的雙重影響，煙氣逐步擴散充滿(mǎn)隧道整個(gè)斷面。階段3：區間事故通風(fēng)系統啟動(dòng)。按車(chē)頭/車(chē)尾通風(fēng)模式，煙氣受機械風(fēng)的影響，在區間內形成不小于2m/s的斷面風(fēng)速。由此分析，運行中的列車(chē)在區間發(fā)生火災后，在火災初期(v車(chē)≥v煙)，煙氣貼附在車(chē)底，在列車(chē)尾部形成拖拽，著(zhù)火車(chē)廂的后部車(chē)底受到煙氣污染;待列車(chē)制動(dòng)至停止后(v車(chē)
3火災探測的效果分析
火災初始，煙氣貼附在車(chē)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(chē)停止，待溫度場(chǎng)形成后才會(huì )觸發(fā)報警，但此時(shí)隧道內的煙氣已包圍整輛列車(chē)(階段2)，車(chē)內的司機和乘客根本無(wú)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(gè)感溫探測單元同時(shí)報警，則更無(wú)法準確定位著(zhù)火列車(chē)車(chē)廂的位置。筆者根據列車(chē)實(shí)際運行軌跡和火災早期煙氣運動(dòng)規律，提出以煙氣遷移規律為導向的車(chē)載火災探測方案，為在區間隧道發(fā)生火災時(shí)第一時(shí)間啟動(dòng)事故通風(fēng)模式，組織人員疏散和火災救援創(chuàng )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(chē)運動(dòng)特性及火災時(shí)煙氣擴散的特點(diǎn)，引入目前在大型計算機中心、圖書(shū)檔案館等公共場(chǎng)所較為常用的吸氣式煙霧探測器。該類(lèi)探測器的激光探測腔通過(guò)探測吸氣管輸入的環(huán)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(jìn)行煙霧探測預警。為避免空氣采樣管對車(chē)輛限界造成影響，可在列車(chē)每節車(chē)廂尾及車(chē)頭、車(chē)尾的底部設置空氣采樣煙霧探測管(ϕ25mm金屬軟管)，管上開(kāi)4～5個(gè)采樣孔，主機則安裝在車(chē)廂內的電氣柜內(見(jiàn)圖3)，各節車(chē)廂的主機可串接成網(wǎng)絡(luò )并接入車(chē)載控制系統，將監測信號同步無(wú)線(xiàn)傳輸至中央OCC系統(見(jiàn)圖4)。一旦列車(chē)在區間內發(fā)生火災，著(zhù)火車(chē)廂所在的吸氣管和探測主機能夠馬上探測到煙霧，發(fā)出預警信號;車(chē)頭或車(chē)尾的主機二次確認火災后，第一時(shí)間傳送信號給列車(chē)司機和中央OCC。例如：車(chē)廂1發(fā)生火災時(shí)，則主機2、主機3～7及車(chē)尾主機依次報警;車(chē)廂6發(fā)生火災，則主機7和車(chē)尾主機依次報警，便可確認火源位置。列車(chē)反向運行時(shí)同理，不再贅述。在列車(chē)尚未制動(dòng)減速前(階段1)車(chē)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(shí)傳輸信號，實(shí)現了真正意義上的“第一時(shí)間”報警。此時(shí)若列車(chē)仍能正常行駛，應行至前方車(chē)站后組織救援;若列車(chē)因火災失去動(dòng)力而迫停在區間內，則應根據應急救援流程，啟動(dòng)區間事故通風(fēng)模式，有序疏散乘客;同時(shí)，為了充分利用車(chē)廂本身的隔斷作用，應將煙氣探測器與車(chē)載空調聯(lián)動(dòng)，確認火情后自動(dòng)關(guān)閉空調、切斷空氣通路。
5結語(yǔ)
1)基于煙氣遷移規律的吸氣式煙霧探測器是車(chē)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(shí)間關(guān)閉車(chē)載空調、啟動(dòng)事故應急模式，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(chē)火災的主要探測手段，同時(shí)結合光纖感溫電纜及車(chē)載信號系統確定著(zhù)火列車(chē)在區間的準確位置，該電纜亦可作為靜態(tài)火源(區間電纜等)的主要監控手段。
3)考慮到隧道內空氣環(huán)境較為潮濕污濁，在設定報警閾值時(shí)可根據環(huán)境空氣參數進(jìn)行適當調整;同時(shí)，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(lián)1臺可清洗更換的空氣過(guò)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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