地鐵隧道的防火門(mén)穩(wěn)定性分析

地鐵隧道的防火門(mén)穩(wěn)定性分析

1乘客方面,實(shí)驗(yàn)三:限制乘客改乘,完善乘客通道2011年6月19日，新宮站至公益西橋站之間的隧道聯(lián)系通道被拆除，三條線(xiàn)路的運(yùn)行距離被切斷，導(dǎo)致地鐵高米店橋北端至公益西橋站之間的停滯。司機(jī)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理(停車(chē)),造成區(qū)間阻塞,停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)。在公益西橋站,數(shù)百名乘客一直滯留在站內(nèi)。據(jù)一名乘客介紹,他在站里已經(jīng)呆了兩個(gè)多小時(shí),“平時(shí)都是坐地鐵,出去了不知道怎么坐公交車(chē)?！痹谡緝?nèi)的購(gòu)票窗口,乘客排起長(zhǎng)隊(duì),辦理退票手續(xù)。隨著站臺(tái)積聚的乘客越來(lái)越多,地鐵工作人員開(kāi)始勸說(shuō)乘客改乘公交車(chē)或出租車(chē),但是很快出租車(chē)也變得一輛難求。事故發(fā)生后,京港地鐵隨即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,查找原因排除故障。同時(shí),在上行天宮院至高米店北站,以及公益西橋至安河橋北站間采用短交路運(yùn)行,高米店北至公益西橋下行區(qū)間采取單線(xiàn)雙向運(yùn)行。此外,地鐵方還增加站務(wù)人員對(duì)乘客進(jìn)行疏導(dǎo)。城市地鐵使用率隨著人們的需求越來(lái)越高,類(lèi)似的事件偶有發(fā)生,引起了人們對(duì)于活塞風(fēng)對(duì)防火門(mén)的影響的廣泛關(guān)注,本文就此做一論述。2連接通道和防消防通道在地鐵隧道中的作用2.1隧道沒(méi)有達(dá)到預(yù)期范圍,應(yīng)設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道聯(lián)絡(luò)通道,就是設(shè)置在兩個(gè)隧道之間的一條通道,若一條隧道出現(xiàn)火災(zāi),乘客可通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道轉(zhuǎn)移到另外一條隧道,乘客的安全系數(shù)也將大大增加,對(duì)于地鐵火災(zāi)逃生具有重要的意義。同時(shí)聯(lián)絡(luò)通道也可供消防人員使用及作為兩條區(qū)間隧道間消防水管的過(guò)管通路。《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2003)19.1.22規(guī)定:兩條單線(xiàn)區(qū)間隧道之間,當(dāng)隧道連貫長(zhǎng)度大于600m時(shí),應(yīng)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道,并在通道兩端設(shè)雙向開(kāi)啟的甲級(jí)防火門(mén)?？梢?jiàn)在地鐵隧道當(dāng)中聯(lián)絡(luò)通道有著極其重要的意義,當(dāng)列車(chē)在地下區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)而又不能牽引到車(chē)站時(shí),乘客可從首節(jié)列車(chē)端頭門(mén)下至區(qū)間隧道,此時(shí)可利用兩條區(qū)間隧道之間的聯(lián)絡(luò)通道通過(guò)防火門(mén)將乘客疏散到另一條區(qū)間隧道內(nèi),使乘客迅速得到安全疏散。英法海峽隧道連接英國(guó)的?？怂诡D與法國(guó)的凱萊斯,隧道直徑均為7600mm,全長(zhǎng)50.45km,由南北兩條平行的運(yùn)營(yíng)隧道組成。建有146條橫向聯(lián)絡(luò)通道與運(yùn)營(yíng)隧道相連。1996年11月18日夜間,一列從法國(guó)開(kāi)往英格蘭的裝載貨運(yùn)卡車(chē)的馱背式梭形列車(chē)在英法海底隧道起火,大火對(duì)南向運(yùn)營(yíng)隧道造成大范圍破壞,先燒毀列車(chē)后部的五節(jié)車(chē)廂,隨后列車(chē)停車(chē),火勢(shì)又蔓延到列車(chē)的前端。隧道控制中心立即確認(rèn)了火警并采取了措施。卡車(chē)司機(jī)、乘客及梭形列車(chē)乘務(wù)員共34人按備用救援措施通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行逃生,隧道通風(fēng)系統(tǒng)保持稍高氣壓,防止從起火隧道排入煙塵,36分鐘后遇險(xiǎn)人員搭乘北向運(yùn)營(yíng)隧道的列車(chē)撤離現(xiàn)場(chǎng)。此次火災(zāi)造成了重大損失,但未造成人員傷亡,橫向聯(lián)絡(luò)通道發(fā)揮了重要的救護(hù)作用。2.2具有擴(kuò)散作用防火門(mén)是指在一定時(shí)間內(nèi)能滿(mǎn)足耐火穩(wěn)定性、完整性和隔熱性要求的門(mén)。它是設(shè)在防火分區(qū)間、疏散樓梯間、垂直豎井等具有一定耐火性的防火分隔物。防火門(mén)除具有普通門(mén)的作用外,更具有阻止火勢(shì)蔓延和煙氣擴(kuò)散的作用,可在一定時(shí)間內(nèi)阻止火勢(shì)的蔓延,確保人員疏散。符合要求的防火門(mén)應(yīng)具有良好的耐高溫、隔熱及防煙霧穿透的性能,并應(yīng)具備在火災(zāi)時(shí)人員通過(guò)后自行關(guān)閉的功能,確保發(fā)揮其防火分隔作用。當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),若聯(lián)絡(luò)通道不設(shè)置防火門(mén),兩條隧道完全連通,煙氣會(huì)通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)入另一隧道,即使通過(guò)加大區(qū)間事故風(fēng)量的方法保證另一隧道具備火災(zāi)臨界風(fēng)速,但人員在另一隧道內(nèi)也只能向區(qū)間某一端疏散,疏散速度大幅降低,增加人員危險(xiǎn)性,而且增加了系統(tǒng)的負(fù)荷。隧道火災(zāi)時(shí)聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置防火門(mén),則防火門(mén)關(guān)閉時(shí)兩個(gè)隧道是獨(dú)立的,人員就可以從另一隧道向兩邊車(chē)站進(jìn)行安全疏散。3激活風(fēng)對(duì)連接通道和防火門(mén)的影響3.1活化氣流形成活氣當(dāng)列車(chē)在隧道中運(yùn)行時(shí),隧道中的空氣被列車(chē)帶動(dòng)而順著列車(chē)運(yùn)行前進(jìn)的方向流動(dòng),這一現(xiàn)象稱(chēng)為列車(chē)的活塞作用,所形成的氣流稱(chēng)為活塞氣流。列車(chē)在空曠的地面上運(yùn)行時(shí),列車(chē)前面的空氣可毫無(wú)阻擋地被排擠到列車(chē)的兩側(cè)和上方,然后繞流到列車(chē)的后面。列車(chē)在隧道中運(yùn)行時(shí),由于隧道壁所構(gòu)成空間的限制,列車(chē)所推擠的空氣不能全部繞流到列車(chē)后方,必然有部分空氣會(huì)被列車(chē)向前推動(dòng),排出到隧道出口之外;而列車(chē)尾端后方存在著負(fù)壓渦旋區(qū)域,因此也必然會(huì)有相應(yīng)空氣經(jīng)開(kāi)口被引入到隧道中,由此形成活塞風(fēng)。如圖1所示。3.2基于垂直流動(dòng)力,把高校列車(chē)作為列車(chē)壓源,效果分析由于隧道氣流都是由一種或一種以上不同性質(zhì)的壓源作用的結(jié)果,因此在隧道中行駛的列車(chē),可視為具有一定長(zhǎng)度、一定阻塞比的柱體在一維通道中作軸向運(yùn)動(dòng)。在列車(chē)作用區(qū)間,運(yùn)動(dòng)列車(chē)與周?chē)黧w通過(guò)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和力的作用關(guān)系,使列車(chē)動(dòng)力在克服行車(chē)阻力的同時(shí),也完成與列車(chē)作用區(qū)間氣流的能量轉(zhuǎn)換,氣流獲得的能量表現(xiàn)為列車(chē)的增壓效應(yīng),即產(chǎn)生活塞風(fēng)壓力。在活塞風(fēng)壓力作用下,整個(gè)隧道將形成縱向氣流,即活塞風(fēng)。圖2為列車(chē)在不同位置時(shí)隧道中活塞風(fēng)壓力的縱向分布。由圖2顯見(jiàn),具有增壓功能的列車(chē)作用區(qū)間,就是一個(gè)可移動(dòng)的壓源,列車(chē)作用區(qū)間的前后隧道段即相當(dāng)于壓源的壓出和吸人風(fēng)道?；钊L(fēng)從隧道進(jìn)口引入洞外新鮮空氣,洞內(nèi)污染空氣從出口排放至大氣,這就是活塞風(fēng)的通風(fēng)換氣作用。因此,活塞風(fēng)的研究與應(yīng)用是隧道通風(fēng)的重要組成部分,而活塞風(fēng)壓力的確定又是解決活塞風(fēng)問(wèn)題的關(guān)鍵。一般隧道的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于列車(chē)的長(zhǎng)度,但列車(chē)車(chē)組也具有數(shù)百米的長(zhǎng)度。根據(jù)列車(chē)在隧道中不同位置的增壓條件變化和相應(yīng)的活塞風(fēng)概念,列車(chē)通過(guò)隧道可分為三個(gè)時(shí)段。車(chē)尾進(jìn)洞之前為列車(chē)進(jìn)洞時(shí)段,活塞風(fēng)處于發(fā)展?fàn)顟B(tài),車(chē)頭出洞之后為列車(chē)出洞時(shí)段,活塞風(fēng)處于衰退狀態(tài)。這兩個(gè)時(shí)段的活塞風(fēng)均屬隨時(shí)間變化的非定常流動(dòng)。以上兩個(gè)時(shí)段之間為列車(chē)洞內(nèi)時(shí)段,作為壓源的列車(chē)作用區(qū)間的全部動(dòng)力學(xué)條件都保持不變,由此產(chǎn)生的活塞風(fēng)處于穩(wěn)定狀態(tài),屬于不隨時(shí)間而變的定常流動(dòng)。同時(shí),由于列車(chē)運(yùn)行具有一定規(guī)律,因此活塞風(fēng)的作用具有周期性。在活塞風(fēng)產(chǎn)生過(guò)程中,隧道中的列車(chē)作用段是產(chǎn)生活塞風(fēng)的壓源?；钊L(fēng)壓力是由列車(chē)頭部推動(dòng)力增壓、環(huán)狀空間表面剪切力增壓和列車(chē)尾部牽引力增壓組成。對(duì)于普通列車(chē),剪切力增壓約占總壓力的80%左右,剪切力增壓與列車(chē)長(zhǎng)度成正比關(guān)系,同時(shí)隨行車(chē)速度的增加而增大,但增長(zhǎng)速率逐漸減小。根據(jù)北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院任明亮等對(duì)活塞風(fēng)進(jìn)行實(shí)測(cè)研究,活塞風(fēng)大小隨著列車(chē)速度增加而增加,當(dāng)列車(chē)行駛速度達(dá)到20m/s時(shí),活塞風(fēng)就可以達(dá)到7.5m/s,其破壞作用可想而知。3.3區(qū)間內(nèi)壓力由實(shí)際情況以及以上內(nèi)容可知,隧道中的活塞風(fēng)具有一定的流速,也具有一定的壓力與破壞力,由于地鐵列車(chē)發(fā)車(chē)頻率高,時(shí)間間隔短,活塞風(fēng)側(cè)向作用在防火門(mén)上影響主要就表現(xiàn)在活塞風(fēng)長(zhǎng)期持續(xù)產(chǎn)生的巨大的破壞力,其強(qiáng)度足以對(duì)防火門(mén)造成破壞,甚至吹落防火門(mén),最近發(fā)生的有關(guān)事故中雖然沒(méi)有人員傷亡,但其造成3個(gè)小時(shí)停運(yùn)的社會(huì)影響是相當(dāng)惡劣的,假設(shè)脫落的防火門(mén)沒(méi)有接觸三軌而斷電,一旦列車(chē)行駛出軌造成的后果將不堪設(shè)想。通過(guò)事故分析,對(duì)于防火門(mén)脫落的原因,主要有以下三點(diǎn)(1)隧道阻塞比大,區(qū)間防火門(mén)承受壓力較大,普通防火門(mén)難以勝任。標(biāo)準(zhǔn)的單洞單線(xiàn)隧道斷面積一般為20～22m2,而地鐵車(chē)輛斷面積一般為10～11m2,一般地鐵列車(chē)的最高運(yùn)行速度為80km/h,所以地鐵車(chē)廂—隧道阻塞比一般為0.45～0.5。且防火門(mén)經(jīng)常承受不斷的正壓與負(fù)壓沖擊,加上有關(guān)單位疏忽,未將防火門(mén)天地插銷(xiāo)插入以固定防火門(mén),使得防火門(mén)可以在活塞風(fēng)作用下產(chǎn)生雙向位移,加速防火門(mén)脫落。(2)區(qū)間隧道長(zhǎng),并且情況復(fù)雜,不同區(qū)間內(nèi)的壓力并不相同,長(zhǎng)大區(qū)間內(nèi)壓力要大于較短區(qū)間。地鐵隧道地下段長(zhǎng)度通常在10～40km,沿線(xiàn)設(shè)置若干車(chē)站以及風(fēng)井;為保證運(yùn)營(yíng)組織,每隔3～5座車(chē)站即需設(shè)置停車(chē)線(xiàn)或渡線(xiàn);另外,為保證事故狀態(tài)下人員疏散,單洞雙線(xiàn)隧道之間每隔600m即需設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。所以,地鐵隧道不僅長(zhǎng)且網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,壓力情況也復(fù)雜,造成巨大的壓力差,加速防火門(mén)脫落。(3)行車(chē)密度大,造成區(qū)間防火門(mén)面臨一分鐘內(nèi)就會(huì)承受正壓和負(fù)壓的轉(zhuǎn)換。地鐵的高峰小時(shí)發(fā)車(chē)間隔通常為90～240s,且根據(jù)平峰、高峰時(shí)段密度有所變化。對(duì)同一條線(xiàn)(左線(xiàn)或右線(xiàn))的整個(gè)地下區(qū)段而言,同時(shí)在線(xiàn)的列車(chē)均為同向追蹤運(yùn)行,防火門(mén)承受著持續(xù)的以及高頻的正壓和負(fù)壓,加速了防火門(mén)的脫落。綜上,地鐵系統(tǒng)具有阻塞比大、隧道網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、發(fā)車(chē)密度大等特點(diǎn),因此區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道防火門(mén)在區(qū)間內(nèi)承受著類(lèi)似于疲勞試驗(yàn)一樣的工況,加速了防火門(mén)的脫落。其他沒(méi)有脫落的防火門(mén)也多少存在著門(mén)體框架?chē)?yán)重變形、合頁(yè)撕裂、門(mén)面出現(xiàn)鼓包的現(xiàn)象,對(duì)其正常使用造成嚴(yán)重影響。4隧道火災(zāi)是隧道救援人員響應(yīng)的必然要求,在一定的時(shí)間上一定要及時(shí)充分利用隧道防火門(mén)以及聯(lián)絡(luò)通道來(lái)保證其地鐵作為一種方便快捷的交通工具逐漸被許多城市運(yùn)用到城市交通中來(lái),而地鐵火災(zāi)由于其具有的特殊性,逐漸得到人們的重視。地鐵火災(zāi)當(dāng)中又以隧道火災(zāi)為最難應(yīng)對(duì)的一類(lèi)火災(zāi),隧道火災(zāi)對(duì)于人員逃生以及消防隊(duì)員救援來(lái)說(shuō)都是存在著