分岔隧道火災煙氣蔓延規律及通風控制優化策略

摘要：分岔隧道作為隧道工程的一部分，由于具有特殊的結構，在發生火災時會導致煙氣蔓延的規律發生改變。因此，需要對分岔隧道的煙氣蔓延規律進行研究與分析，并通過合理的通風措施，快速排出隧道內的煙氣，給人員疏散以及救援工作創造有利條件。基于此，在分析隧道火災煙氣成分和蔓延規律的基礎上，探討了不同通風模式對煙氣控制效果的影響，提出了隧道通風控制的優化策略，為相關工作提供參考。

關鍵詞：分岔隧道火災；煙氣蔓延；通風控制

與普通隧道相比，分岔隧道發生火災后的煙氣流動情況極其復雜，火源位置以及分岔角度的不同，都會對煙氣的蔓延產生一定影響。若采用普通隧道的救援方式開展滅火救援行動，可能難以有效控制火勢蔓延與煙氣擴散，進而導致更為嚴重的結果。因此，需要對分岔隧道火災煙氣蔓延規律進行有效分析，這樣不僅能夠針對分岔隧道火災救援制定針對性的救援措施，提高滅火救援工作效率，盡可能減少火災帶來的損失，還可以為分岔隧道設計以及安全運行提供消防依據，進而促進交通事業的健康發展。

1 隧道火災煙氣成分與蔓延規律

1.1" 火災煙氣的產生與成分

隧道發生火災時，煙氣產生速度快且過程復雜。火災發生后，火源處會產生大量熱量，使周邊溫度快速上升，進而形成火羽流。火羽流中的空氣受熱膨脹，密度降低，在浮力作用下不斷上升。上升過程中，火羽流會卷吸周邊空氣，從而使可燃物能夠更充分地與氧氣發生化學反應，引發劇烈燃燒。

物質燃燒會產生大量煙氣，而隧道內的物質多樣、環境復雜，使得煙氣的成分也極為復雜。煙氣的主要成分包括水蒸氣、二氧化碳以及一氧化碳等。一氧化碳是一種有毒氣體，進入人體后，會與血紅蛋白結合，導致人員出現缺氧甚至窒息。二氧化碳是燃燒過程中的常見產物，出現大量聚積時會降低空氣中的氧氣濃度，嚴重影響人員呼吸。而水蒸氣以及其他顆粒狀物質會形成濃厚的煙霧，使隧道內的能見度大大降低，給救援工作和人員逃生帶來嚴重阻礙。

1.2" 煙氣蔓延規律

分岔隧道一旦發生火災事故，由于其結構復雜，煙氣在蔓延過程中會受到多種因素的影響，導致煙氣蔓延規律發生變化。

在無通風條件下，煙氣會形成軸對稱煙羽流，并向火源的上下游蔓延。火災初期，煙氣蔓延速度較快，隨著煙氣的不斷擴散，最終可能彌漫整個分岔隧道。

分岔隧道的結構對煙氣蔓延有著直接影響。分岔隧道的分岔位置和角度會對煙氣蔓延的方向產生影響。煙氣在經過隧道的分岔處時，會因風速以及分岔角度的不同，向不同的分岔隧道擴散。同時，分岔隧道的坡度也會對煙氣的流動產生一定影響。煙氣進入上坡隧道時，會受到浮力和重力的作用，導致流動速度減緩；而當煙氣進入下坡隧道時，受到重力的作用，流動速度會加快[1]。

除此之外，分岔隧道內的通風條件也是影響煙氣蔓延的重要因素。通風方式的不同，會對煙氣的蔓延與擴散產生不同影響。例如，橫向通風和縱向通風，會使煙氣呈現不同的蔓延形式和規律。因此，對分岔隧道內的通風進行合理控制，能夠形成對煙氣的有效引導，從而達到控制火勢的目的，為救援工作提供有利條件，提高救援效率。

2 不同通風模式對煙氣控制效果的影響

2.1" 通風系統的基本類型

隧道內的通風系統主要包括自然通風、機械通風以及組合通風這3種類型。

自然通風，是借助隧道內外空氣之間的溫度差、車輛行駛產生的“活塞風”以及氣壓差等自然因素形成的空氣流動，實現隧道的通風換氣。這種通風方式不需要額外投入設備，運營成本較低。然而，其通風效果受自然因素影響較大，難以對通風換氣過程進行有效控制，因此，主要適用于交通流量較小、長度較短的隧道。

機械通風，是借助大量機械設備強制空氣流動，從而達到通風的目的。其中，縱向通風指的是讓新鮮空氣沿著隧道形成縱向流動，進而排出隧道內的污濁空氣。這一通風方式可降低風機投資和土建費用，更適合長隧道使用。橫向通風則是將隧道分成多個通風段，借助風機和風道的作用使空氣橫向流動，進而排出煙氣。這種通風方式的運行成本相對較高，需要大量設備進行輔助，主要應用于通風要求較高或者超長隧道中[2]。

組合通風則是將機械通風與自然通風的優勢相結合，達到通風的目的。例如，在隧道口設置風機輔助自然通風；或者在長隧道中，以縱向通風作為主要通風方式，局部位置采用橫向通風作為輔助，以滿足隧道不同結構的通風要求。這種通風方式不僅能降低經濟成本，還能滿足多元化的通風要求，提高整體通風效果。

2.2" 不同通風模式下的煙氣控制效果

不同通風模式下，隧道內煙氣的控制效果差異顯著。以下為3種通風方式在煙氣控制方面的具體表現：

在自然通風條件下，若隧道沒有其他的通風措施，且長度較長，一旦發生火災，大量煙氣會在隧道內迅速積聚。若未能及時采取有效措施進行通風排煙，煙氣將布滿整個隧道，對救援工作和人員逃生造成嚴重影響[3]。

在縱向通風條件下，通過對風速的有效調節，能夠對煙氣的回流進行全面控制，進而使煙氣順利排出隧道。當風速達到一定數值時，煙氣會隨氣流方向流動，減輕對隧道上游區域的影響。然而，風速控制需格外謹慎，這是因為若風速過小，難以有效遏制煙氣回流；風速過大，則可能加劇火勢蔓延。此外，射流通風作為縱向通風的一種形式，主要是通過射流風機產生的高速氣流推動隧道內空氣快速流動，具有靈活、簡單的特點。隧道火災發生時，射流通風能夠顯著提升隧道的通風效率，加速煙氣排出。但是，在使用時，需要對射流機的位置和數量進行合理規劃，以確保隧道的通風排煙效果。

橫向通風在隧道火災排煙中具有一定的優勢。其能將隧道內的煙氣通過排風道排出，有效降低隧道內的煙氣濃度和溫度，為火災現場的人員逃生提供重要保障。然而，橫向通風的運行成本相對較高，對隧道的結構有一定的要求，需滿足相應條件方可建設橫向通風設施。

在隧道內使用組合通風模式，能夠充分發揮各種通風模式的作用和優勢，提高隧道整體通風效果。例如，將縱向通風和橫向通風相結合，不僅能夠利用縱向通風的優勢降低運行成本，還可以借助橫向通風的優勢快速排出隧道內的煙氣，提高煙氣控制效率。在隧道工程建設過程中，可以根據工程需求和結構特點，合理設置組合通風模式，確保隧道火災發生時能快速排出煙氣，為后續救援工作創造有利條件[4]。

3 分岔隧道通風控制優化策略

3.1" 優化通風系統設計

在進行分岔隧道通風設計時，需要對隧道內的結構進行全面分析，從而對通風渠道和通風系統進行合理設計規劃。同時，還需要考慮火源位置以及分岔角度，借助模擬分析手段，明確它們對煙氣蔓延產生的不同影響，從而確保通風系統能夠發揮預期作用。

在分岔隧道通風系統建設時，可以采取機械通風與自然通風相結合的組合通風模式。具體而言，可以通過在合適位置設置風機，輔助自然通風，同時，借助車輛行駛產生的“活塞風”，提升整體通風效能。對于長隧道，建議將縱向通風作為主要通風模式，同時輔以橫向通風模式用于火災時的排煙。這樣不僅能夠降低通風系統建設成本，還可以有效提高通風效率，為火災救援提供有力支持。

在分岔隧道內，還可以引入新型智能化通風系統。該系統利用傳感器對隧道內的溫度和空氣質量進行實時監測，并依據獲取的數據自動調整風機運行狀態，進而實現對通風系統的有效控制。同時，在隧道分岔處設置一個可調節風閥，以便火災發生時根據火災實際情況對風流方向進行調節，進而對煙氣的蔓延進行全面控制，為滅火救援工作創造有利條件。

除此之外，還可以運用數值模擬技術對通風系統方案進行模擬，全面評估各方案的煙氣控制效果以及通風能力，進而選出最優通風系統方案，為分岔隧道通風設計提供堅實依據，切實提升通風排煙效果[5]。

3.2" 融合智能控制

利用傳感器技術，實時監測分岔隧道內的溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度等參數。一旦監測到火災發生，火災監測與預警系統迅速發出預警信號，并將火災信息傳輸至通風控制系統。通過對監測數據的分析，可準確判斷火災位置、規模以及煙氣蔓延趨勢，為通風控制提供決策依據。例如，某分岔隧道安裝了分布式光纖溫度傳感器，能夠精確感知隧道內各位置的溫度變化，精度可達±0.5℃。當傳感器檢測到某區域溫度在短時間內急劇上升，且煙霧濃度和一氧化碳濃度超過閾值時，立即觸發預警系統，并將詳細數據傳輸至通風控制系統，為后續通風策略的制定提供精準數據支持。?

采用先進的智能控制算法，如模糊控制、神經網絡控制等，根據火災監測信息自動調整通風設備運行參數。以模糊控制為例，將火災規模、煙氣蔓延速度等作為輸入變量，通過模糊規則推理得出風機的最佳運行狀態，實現通風系統的智能化、精準化控制，提高通風控制效率和可靠性。在實際應用中，模糊控制算法可根據火災規模的大、中、小，煙氣蔓延速度的快、中、慢等模糊狀態，快速調整風機的轉速、開啟數量等參數。研究表明，相比傳統控制方式，采用模糊控制算法可使通風系統的響應時間縮短30%～40%，顯著提升通風控制效果[6]。

4 結束語

綜上所述，分岔隧道一旦發生火災，其獨特的結構會對煙氣蔓延規律產生顯著影響，從而給滅火救援工作造成一定阻礙。本文在分析分岔隧道中煙氣蔓延規律的基礎上，系統闡述了通風系統的基本類型，對比了不同通風模式下的煙氣控制效果，進而從優化通風系統設計、融合智能控制等方面，提出了分岔隧道通風控制優化策略，希望能為分岔隧道火災煙氣控制提供參考，從而降低火災危害程度，保障人民群眾生命財產安全和隧道設施的正常穩定運行。

參考文獻

[1]劉濤.互通型城市地下分岔隧道火災煙氣蔓延特性及臨界風速變化規律研究[D].合肥：安徽建筑大學，2024.

[2]陳怡諾.多分支隧道火災動態蔓延及通風控制研究[D].阜新：遼寧工程技術大學，2023.

[3]趙建龍.城市地下分岔隧道內火源位置及阻塞物對煙氣蔓延規律和控制影響研究[D].北京：北京工業大學，2023.

[4]姚勇征，宋恪斌，史聰靈，等.縱向通風下T型分岔隧道火災煙氣蔓延特性[J].中國安全科學學報，2022，32（10）：115-120.

[5]雷鵬，陳長坤，趙冬月.縱向通風下分岔隧道火災煙氣蔓延特

性及控制實驗研究[J].鐵道科學與工程學報，2022，19（7）：2117-2124.

[6]胡孫琪，陳衛平，陳屹東，等.含漸縮段卜形分岔合流隧道火災臨界風速研究[J].消防科學與技術，2022，41（8）：1041-1045.