10km级公路隧道火灾烟气蔓延规律与多风速协同调控研究
蒋勇军1，陈鑫1，李荣杰2，3，陈晔磊2，3，张恒2，3，张志强2，3*
（1. 中交公路规划设计院有限公司，北京 100007；2. 极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室，成都 610031；3. 西南交通大学土木工程学院，成都 610031）
摘要：10km级超特长公路隧道空间效应显著，导致多风速下火灾烟气蔓延规律不明，通风系统调控效能不足。本文基于自主研发的1：10缩尺隧道烟气模型试验系统和流体动力学数值仿真，揭示了不同火源功率、纵向风速与排烟风速组合下烟气蔓延规律，提出了多风速协同调控关键参数。太行山特长公路隧道斜井排烟系统模型试验与数值仿真结果一致。研究结果表明:（1）火源功率为20 MW及30 MW时，理查德森数Ri小于0.22，烟气分别呈弥散无逆流与稳定分层无逆流状态，当火源功率增至50 MW时，理查德森数Ri大于0.22，烟气分层加剧且逆流蔓延至整个上游区域；（2）30MW火源功率下联络通道诱导风速调控阈值为vind,sat=4m/s。当诱导风速从3m/s增至4m/s时，斜井排烟效率相对提升了24.6%，继续增大风速，排烟效率提升不足2%，排烟系统排烟能力趋于饱和。（3）隧道纵向临界风速vcr=3.0 m/s。当纵向风速小于临界风速时，上游烟气逆流与下游烟气浓度过高，纵向风速大于临界风速时，湍流加剧导致烟气弥散，控烟效能急剧下降；（4）斜井排烟风速调控阈值ve,sat=13 m/s。当排烟风速从10 m/s增至13 m/s时，主隧道下游烟气浓度降低27%，排烟效率提升16%。当排烟风速大于ve,sat时，排烟效率提升幅度仅为1%~2%，烟气调控效果趋于饱和。
关键词：公路隧道；超特长隧道；火灾烟气；模型试验；蔓延规律；多风速调控
中图分类号：U453.5；U459.2 文献标识码：A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.202512110004