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第1章 绪论 1

1.1 隧道建设概况 1

1.2 国内外隧道火灾事故分析 4

1.2.1 隧道火灾事故案例 5

1.2.2 隧道火灾发生概率 7

1.2.3 隧道火灾的危害性 7

1.2.4 隧道火灾发生原因 10

1.2.5 隧道火灾的特点 10

1.3 离岸特长沉管隧道工程特点 11

1.3.1 工程基本概况 12

1.3.2 工程特点 12

1.3.3 研究目标、内容和成果 15

第2章 沉管隧道防灾减灾研究方法 16

2.1 隧道防灾减灾研究方法 17

2.1.1 数值模拟 18

2.1.2 物理试验 28

2.1.3 隧道火灾场景设计 32

2.2 沉管隧道火灾综合试验系统 34

2.2.1 模型隧道试验平台建设 34

2.2.2 试验火源燃烧特性的测定 52

2.2.3 试验操作流程 70

2.3 隧道结构高温燃烧炉试验系统 71

2.3.1 天然气系统 71

2.3.2 高温试验炉系统 71

2.3.3 测温系统 72

2.3.4 数据采集系统 75

2.4 隧道火灾数值计算分析 76

2.4.1 火灾流场基本控制方程 78

2.4.2 湍流模型 79

2.4.3 燃烧模型 81

2.4.4 隧道火灾数值计算分析 83

第3章 离岸特长沉管隧道火灾场景 89

3.1 沉管隧道火灾烟气运动理论模型 89

3.1.1 隧道火灾发展的定性描述 89

3.1.2 开放环境的火羽流结构模型 90

3.1.3 单侧受限空间烟气的输运特性 94

3.1.4 隧道火灾烟气一维蔓延特征参数预测模型 97

3.2 沉管隧道火灾烟气流动规律 104

3.2.1 概述 104

3.2.2 烟气层高度及其沉降分析 105

3.2.3 烟气蔓延速度与CO输运特性 120

3.2.4 本节小结 127

3.3 沉管隧道温度分布规律 131

3.3.1 概述 132

3.3.2 汽油火灾试验温度空间分布特征 132

3.3.3 车辆火灾试验温度分布特征 146

3.3.4 温度分布影响因素分析 155

3.3.5 温度场应用 159

3.3.6 本节小结 160

3.4 沉管隧道烟雾场与温度场数值仿真 162

3.4.1 概述 162

3.4.2 烟气运动模型的验证与应用 163

3.4.3 烟雾场数值仿真 172

3.4.4 温度场数值仿真 180

3.5 火场环境对人员疏散的影响 189

3.5.1 高温烟气对人员疏散的影响 190

3.5.2 高温辐射对人员疏散的影响 197

3.5.3 能见度对人员疏散的影响 200

3.5.4 危害忍受极限 203

3.6 本章结论 204

3.6.1 烟雾场 204

3.6.2 温度场 205

第4章 离岸特长沉管隧道接头及结构防火灾技术 207

4.1 沉管隧道管节结构温度场二维分析 207

4.1.1 概述 207

4.1.2 无隔热条件下结构温度场 212

4.1.3 无隔热条件下结构火灾力学行为 228

4.1.4 隔热条件下结构温度场及力学行为分析 255

4.1.5 火灾高温下沉管隧道结构设计方法 264

4.1.6 本节小结 273

4.2 沉管隧道管节结构内部温度场三维分析 275

4.2.1 管节结构温度场计算方法 275

4.2.2 有限元法和ANSYS实现 278

4.2.3 无防火隔热时管节结构温度 282

4.2.4 有防火隔热时管节结构温度 299

4.2.5 本节小结 303

4.3 沉管隧道管节结构火灾力学行为 303

4.3.1 热力耦合计算方法 304

4.3.2 计算模型与参数选取 308

4.3.3 荷载组合及荷载值计算 310

4.3.4 管节结构火灾力学分析 312

4.3.5 本节小结 326

4.4 沉管隧道管节接头及节段接头火灾力学行为 328

4.4.1 接头剪力键 328

4.4.2 数值计算方法 331

4.4.3 管节接头力学分析 331

4.4.4 节段接头力学分析 336

4.4.5 防火板对接头剪力的影响 343

4.4.6 本节小结 345

4.5 沉管隧道结构防火保护技术 346

4.5.1 保护措施及现状 346

4.5.2 耐火保护对象 353

4.5.3 试验方案 354

4.5.4 管节结构构件耐火保护试验 358

4.5.5 管节接头构件耐火保护试验 369

4.5.6 节段接头构件耐火保护试验 375

4.5.7 本节小结 378

4.6 成果应用 379

4.6.1 足尺沉管隧道耐火保护方案及测点分布 380

4.6.2 火灾45MW温度测试 381

4.7 本章结论 383

第5章 离岸特长沉管隧道通风排烟试验 386

5.1 隧道通风排烟理论 386

5.1.1 概述 386

5.1.2 通风排烟设计原则及工作原理 392

5.1.3 纵向通风模式下不同独立排烟道系统比较研究 396

5.2 单组排烟口合理排烟量 399

5.2.1 火灾排烟量的计算 399

5.2.2 排烟量的确定 403

5.2.3 单组排烟口合理排烟量数值模拟分析 403

5.2.4 本节小结 406

5.3 侧向集中排烟模式效率分析 406

5.3.1 排烟阀合理开启角度试验及其分析 407

5.3.2 排烟口开启组数试验及其分析 414

5.3.3 本节小结 419

5.4 侧向集中排烟模式下火灾烟控策略 420

5.4.1 侧向集中排烟试验及其分析 420

5.4.2 火灾烟控方案研究 427

5.4.3 本节小结 441

5.5 本章结论 442

第6章 离岸特长沉管隧道安全设施配套标准 444

6.1 沉管隧道运营灾害预警技术 444

6.1.1 概述 444

6.1.2 公路隧道火灾监测技术 445

6.1.3 火灾自动报警定位技术 454

6.1.4 本节小结 466

6.2 沉管隧道消防灭火技术 467

6.2.1 概述 467

6.2.2 泡沫水喷淋控火效果 473

6.2.3 泡沫-水喷雾联用系统对烟雾扩散影响 479

6.2.4 本节小结 482

6.3 沉管隧道防灾设施优化配置 483

6.3.1 概述 483

6.3.2 隧道防灾设施配置现状分析 483

6.3.3 沉管隧道防灾设施优化配置研究 484

6.4 本章结论 496

第7章 离岸特长沉管隧道逃生救援技术及预案 498

7.1 隧道火灾人员疏散特性 498

7.1.1 概述 498

7.1.2 人员疏散的基本规律 501

7.1.3 隧道火灾时人员疏散行为调查 501

7.1.4 问卷调查结论 502

7.1.5 人员避难行为对疏散的影响 505

7.1.6 本节小结 508

7.2 沉管隧道逃生疏散试验 508

7.2.1 试验目的 508

7.2.2 试验内容 508

7.2.3 试验工况设计 510

7.2.4 试验过程及结果整理 512

7.2.5 试验结果分析 520

7.2.6 本节小结 521

7.3 隧道疏散仿真支持系统 522

7.3.1 疏散仿真的理论分析 522

7.3.2 火场环境实时作用下的人群疏散仿真原理 525

7.4 港珠澳大桥沉管隧道疏散数值仿真 527

7.4.1 疏散设计方案 527

7.4.2 疏散场景设计 528

7.4.3 模拟工况 532

7.4.4 疏散仿真过程分析 533

7.4.5 本节小结 538

7.5 离岸特长沉管隧道应急救援预案 538

7.5.1 火灾和危化物事故的特点及原因 538

7.5.2 防灾救援原则与防灾救援安全系数 539

7.5.3 危险物品运营消防管理措施 541

7.5.4 防灾救援方案 544

7.5.5 火灾事故交通控制 554

7.5.6 本节小结 560

7.6 本章结论 561

第8章 沉管隧道渗漏水智能红外监测技术 563

8.1 利用导热差分法判定缓慢渗漏的室内试验 563

8.1.1 概述 563

8.1.2 导热差分法室内试验方案设计 566

8.1.3 导热差分法室内试验过程 573

8.1.4 导热差分法室内试验结果分析 575

8.1.5 本节小结 588

8.2 利用温度突变法判定快速渗漏的室内试验 590

8.2.1 概述 590

8.2.2 温度突变法室内试验方案设计 591

8.2.3 温度突变法室内试验过程 591

8.2.4 温度突变法室内试验结果分析 593

8.2.5 本节小结 597

8.3 监测系统集成 599

8.3.1 监测系统总体功能 599

8.3.2 硬件选型 599

8.3.3 软件编制 604

8.4 监测设备在隧道现场安装与运行 605

8.4.1 现场试验计划 605

8.4.2 现场条件 606

8.4.3 数据采集 610

8.4.4 系统改进 615

8.4.5 现场试用 617

8.4.6 多功能监测平台 621

8.4.7 本节小结 621

8.5 本章结论 622

第9章 展望 624

附录A 试验相关图片 626

附录B 人员疏散调查问卷 630

附录C 相关MATLAB程序 638

参考文献 656

索引 663

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