本發(fā)明涉及長(zhǎng)大地鐵隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別涉及一種帶聯(lián)絡(luò)通道的雙洞隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國(guó)高鐵地鐵等技術(shù)的日漸成熟，在建及新投入使用的隧道規(guī)模也逐年增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，隧道火災(zāi)頻率約為2次/108·車·千米，長(zhǎng)大隧道一旦發(fā)生火災(zāi)造成的影響及對(duì)人員隧道結(jié)構(gòu)安全的威脅是巨大的。地鐵隧道通常采用雙洞雙線設(shè)計(jì)，地鐵運(yùn)行兩個(gè)方向各占用一個(gè)隧道洞，而兩條隧道之間會(huì)有多條聯(lián)絡(luò)通道，當(dāng)其中一條地鐵隧道發(fā)生事故，乘客就可以通過聯(lián)絡(luò)通道及時(shí)逃到另一條隧道中去。聯(lián)絡(luò)通道也可以用于隧道內(nèi)工程維修、緊急避險(xiǎn)及排水。列車發(fā)生火災(zāi)時(shí)往往處于高速行駛狀態(tài)，當(dāng)隧道較長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生火災(zāi)后，列車往往迅速行駛至聯(lián)絡(luò)通道附近進(jìn)行疏散。從高速行駛到逐漸減速停車的動(dòng)態(tài)過程，隧道內(nèi)的活塞風(fēng)會(huì)隨著列車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而變化。而活塞風(fēng)會(huì)驅(qū)使隧道內(nèi)煙氣的流向。在列車停車前，隧道內(nèi)的煙氣一直處于列車的后方，當(dāng)列車制動(dòng)停車后，車尾的煙氣在活塞風(fēng)的驅(qū)使下，會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，蔓延整列列車。而且，具有聯(lián)絡(luò)通道的地鐵隧道與單洞單線地鐵隧道不同，隧道內(nèi)的活塞風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)向還受另外一側(cè)隧道內(nèi)的地鐵列車運(yùn)行情況影響。此外，當(dāng)一側(cè)發(fā)生火災(zāi)后，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣還會(huì)影響到非火災(zāi)側(cè)隧道的安全運(yùn)營(yíng)。所以，帶有中間聯(lián)絡(luò)通道的雙地鐵隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性是一個(gè)非常值得研究的課題。

現(xiàn)有的隧道火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)大都只適用于研究單洞地鐵或鐵路隧道列車停止?fàn)顟B(tài)的火災(zāi)特性研究，不能反映列車從發(fā)生火災(zāi)到減速停車的動(dòng)態(tài)過程，更不能用于研究另一側(cè)隧道對(duì)火災(zāi)側(cè)隧道內(nèi)煙氣擴(kuò)散的影響。這種實(shí)驗(yàn)裝置一般包括縮尺寸隧道模型，列車模型，燃燒器，通風(fēng)系統(tǒng)，均流格柵，測(cè)溫系統(tǒng)，風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等幾部分。

可見，目前的隧道火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能進(jìn)行火源靜止火源火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)，不能模擬火源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的火災(zāi)特性。迫切需要建立能夠用于運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)燃燒特性和煙氣擴(kuò)散特性的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。此外，這種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不能用來研究帶有聯(lián)絡(luò)通道的雙洞地鐵隧道多運(yùn)動(dòng)體的火災(zāi)特性及煙氣流動(dòng)特性。而且如何將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊化，從而在一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上模擬研究不同長(zhǎng)度的地鐵隧道火災(zāi)情形也是一個(gè)亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種帶聯(lián)絡(luò)通道的雙洞隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能進(jìn)行火源靜止火源火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)，并且不能用來研究帶有聯(lián)絡(luò)通道的雙洞地鐵隧道多運(yùn)動(dòng)體的火災(zāi)特性及煙氣流動(dòng)特性的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種帶聯(lián)絡(luò)通道的雙洞隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括兩套平行設(shè)置的隧道單元，每個(gè)隧道單元包括隧道主體，設(shè)置于隧道主體上的壓力測(cè)試系統(tǒng)、溫度測(cè)試系統(tǒng)、煙氣分析系統(tǒng)和活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)，列車模型以及設(shè)置于列車模型中的燃燒器，所述隧道主體和列車模型由多段縮尺寸模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)段拼裝組成，列車模型車頭和車尾與分別與列車模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)和列車模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)通過鏈條連接，列車模型底部設(shè)有列車運(yùn)動(dòng)定位輪，所述列車運(yùn)動(dòng)定位輪位于軌道內(nèi)。兩個(gè)隧道單元之間依靠聯(lián)絡(luò)通道相互連接。

所述隧道主體包括耐高溫隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段、耐高溫火焰觀察窗、傳動(dòng)鏈條托輥支架、傳動(dòng)鏈條托輥，所述標(biāo)準(zhǔn)段之間采用法蘭連接，連接好的隧道主體放置在隧道主體支架上。

所述列車模型前后分別設(shè)置有車頭前的鏈條拉緊器和車尾鏈條拉緊器，鏈條的端頭利用鋼圈與鏈條拉緊器連接。

列車模型頂部設(shè)置有燃燒器槽位和燃燒器蓋板，位于列車模型的車頭，車尾和車中位置。

所述燃燒器包括燃燒盤，燃燒盤的尺寸與列車模型的燃燒器槽位的尺寸對(duì)應(yīng)，燃燒盤內(nèi)分隔成多個(gè)小格。

列車運(yùn)動(dòng)定位輪焊接在模型列車的車底，列車運(yùn)動(dòng)定位輪位于軌道內(nèi)，軌道呈“C”字型，限定了列車運(yùn)動(dòng)定位輪只能在軌道槽內(nèi)，軌道采用模塊化設(shè)計(jì)，軌道之間采用分段拼接的方式的連接，軌道前段和后端設(shè)置成“子母扣”的形式，逐段插接，軌道主體與隧道主體之間通過螺孔固定。

所述列車模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)包括速度控制電機(jī)、齒輪盤、與隧道主體連接的法蘭盤，速度控制電機(jī)與齒輪盤利用聯(lián)軸器連接，速度控制電機(jī)通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給齒輪盤，齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，鏈條牽引模型列車按照指定運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

所述列車模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)包括齒輪盤和與隧道主體連接的法蘭盤，從動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)系統(tǒng)、鏈條、列車模型一起形成一個(gè)閉環(huán)連接。

所述隧道耐高溫火焰觀察窗外，設(shè)置有兩至多臺(tái)高清數(shù)碼攝像機(jī)。

所述聯(lián)絡(luò)通道個(gè)數(shù)為一至多個(gè)，按照隧道主體每3～5米間距設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種新的帶有中間聯(lián)絡(luò)通道的雙洞地鐵或鐵路隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)縮尺寸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過調(diào)整隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段的數(shù)量來調(diào)節(jié)模型隧道的長(zhǎng)度。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為平行設(shè)置的兩套，適用于研究雙洞地鐵或鐵路隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性、煙氣擴(kuò)散特性及活塞風(fēng)規(guī)律。本發(fā)明為多運(yùn)動(dòng)體隧道火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究提供平臺(tái)支撐，同時(shí)也為地鐵或鐵路隧道防災(zāi)減災(zāi)提供解決方案，具有良好的社會(huì)效益。本發(fā)明對(duì)于研究非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性、地鐵或鐵路隧道防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

附圖說明

圖1地鐵隧道運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖；

圖2隧道主體拼裝示意圖；

圖3列車模型及軌道圖；圖3(a)是列車模型拼裝示意圖，圖3(b)是穩(wěn)定輪與軌道相對(duì)位置關(guān)系圖；圖3(c)是軌道俯視圖；

圖4鏈條拉緊器與鏈條連接示意圖；

圖5模型隧道斷面及模型列車斷面圖；圖5(a)是左側(cè)隧道主體法連連接處斷面圖；圖5(b)是聯(lián)絡(luò)通道處隧道主體斷面圖；圖5(c)是右側(cè)隧道主體法蘭連接處斷面圖；

圖6燃燒盤側(cè)視圖及俯視圖；圖6(a)是燃燒盤側(cè)視圖，圖6(b)是燃燒盤俯視圖；

圖7列車運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)側(cè)視圖；圖7(a)是列車運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)沿隧道方向的側(cè)視圖，圖7(b)是列車運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)垂直于隧道方向的側(cè)視圖；

圖8列車運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)側(cè)視圖；圖8(a)是列車運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)垂直于隧道方向的側(cè)視圖，圖8(b)是列車運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)沿隧道方向的側(cè)視圖；

圖9高速攝像機(jī)布置位置圖；

其中：1.隧道主體；2.壓力測(cè)試系統(tǒng)；3.溫度測(cè)試系統(tǒng)；4.煙氣分析系統(tǒng)；5.活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)；6.列車模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)；7.列車模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)；8.鏈條；9.列車模型；10.傳動(dòng)鏈條拉緊器；11.列車運(yùn)動(dòng)定位輪；12.鏈條托輥；13.燃燒器；14.速度控制電機(jī)；15.排煙風(fēng)機(jī)；16.行程開關(guān)；17.隧道主體支架；18.軌道；19.聯(lián)絡(luò)通道；20.高清數(shù)碼攝像機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，雙洞地鐵隧道多運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括隧道主體1、壓力測(cè)試系統(tǒng)2、溫度測(cè)試系統(tǒng)3、煙氣分析系統(tǒng)4、活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)5、列車模型運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)6、列車模型運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)7、鏈條傳動(dòng)系統(tǒng)8、列車模型9、傳動(dòng)鏈條拉緊器10、列車定位輪11、鏈條托輥12、燃燒器13、速度控制電機(jī)14、排煙風(fēng)機(jī)15、行程開關(guān)16、隧道主體支架17，聯(lián)絡(luò)通道19。

如圖2所示，隧道主體有多段縮尺寸模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)段拼裝組成，包括耐高溫隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段1-1、耐高溫火焰觀察窗1-2、傳動(dòng)鏈條托輥支架12-1、傳動(dòng)鏈條托輥12-2。標(biāo)準(zhǔn)段之間采用法蘭連接，連接好的隧道主體放置在隧道主體支架17上。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為兩套平行設(shè)置，隧道主體標(biāo)準(zhǔn)段之間依靠聯(lián)絡(luò)通道19相互連接。

如圖3所示，實(shí)驗(yàn)列車模型也采用標(biāo)準(zhǔn)段拼接組合的方式連接。有利于研究列車長(zhǎng)度對(duì)活塞風(fēng)的影響，及其對(duì)煙氣擴(kuò)散、火災(zāi)特性等的影響。列車模型包括車頭前的鏈條拉緊器10-1和車尾鏈條拉緊器10-2。鏈條8的端頭利用鋼圈與鏈條拉緊器10-1、10-2連接，通過旋轉(zhuǎn)拉緊器，逐漸使鏈條呈緊繃狀態(tài)，如圖4所示。列車頂部設(shè)置有燃燒器槽位13-1和燃燒器蓋板13-2。燃燒器可以放置在模型列車的車頭，車尾和車中位置，適用于研究列車不同位置發(fā)生火災(zāi)時(shí)的煙氣擴(kuò)散特性。定位輪11焊接在列車模型9的車底，在隧道斷面中部設(shè)置有定位輪軌道18。列車模型運(yùn)動(dòng)時(shí)，定位輪11位于軌道18內(nèi)，軌道18起到限定列車運(yùn)動(dòng)的作用，保證列車只能直線運(yùn)動(dòng)。軌道18呈“C”字型，限定了定位輪11只能在軌道槽內(nèi)，從而保證高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下列車不會(huì)傾倒。軌道18也采用模塊化設(shè)計(jì)，軌道之間采用分段拼接的方式的連接，軌道前段和后端設(shè)置成“子母扣”的形式，逐段插接。軌道主體18-1與隧道主體1之間通過螺孔18-2固定。

圖5分別展示了隧道模型斷面圖和列車模型斷面圖，模型列車的燃燒系統(tǒng)包括燃燒器槽位13-1和燃燒器蓋板13-2。鏈條托輥由托輥支架12-1和托輥12-2組成。設(shè)置托輥的目的在于防止由于隧道過長(zhǎng)而引起的鏈條8下垂現(xiàn)象，防止鏈條8與地面摩擦產(chǎn)生磨損。

圖6分別展示了燃燒盤側(cè)視圖和俯視圖。燃燒盤的尺寸與列車模型的燃燒器槽位13-1的尺寸對(duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將燃燒盤放置于燃燒器槽位13-1中。同時(shí)，燃燒盤內(nèi)分隔成多個(gè)小格。適用于研究不同強(qiáng)度的火災(zāi)的運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性及煙氣擴(kuò)散特性。

圖7展示了列車運(yùn)動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)的側(cè)視圖。主動(dòng)系統(tǒng)包括速度控制電機(jī)14、齒輪盤6-1、與隧道主體1連接的法蘭盤6-2、速度控制電機(jī)14與齒輪盤6-1利用聯(lián)軸器6-3連接。需要說明的是，雙洞地鐵隧道模型內(nèi)有各自獨(dú)立運(yùn)行的主動(dòng)系統(tǒng)。速度控制電機(jī)14通過聯(lián)軸器6-3將動(dòng)力傳遞給齒輪盤6-1，齒輪盤6-1轉(zhuǎn)動(dòng)再帶動(dòng)鏈條8運(yùn)動(dòng)，鏈條8牽引模型列車9按照指定運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。得益于模型列車9的前后都與鏈條8連接，形成一個(gè)閉環(huán)連接。所以鏈條8既可以控制模型列車9加速運(yùn)動(dòng)，又可以控制模型列車9減速制動(dòng)。

圖8展示了列車運(yùn)動(dòng)從動(dòng)系統(tǒng)的側(cè)視圖，從動(dòng)系統(tǒng)包括齒輪盤7-1和與隧道主體1連接的法蘭盤7-2。需要說明的是，雙洞地鐵隧道模型內(nèi)有各自獨(dú)立運(yùn)行的從動(dòng)系統(tǒng)。從動(dòng)系統(tǒng)7、主動(dòng)系統(tǒng)6、鏈條8、列車模型9一起形成一個(gè)閉環(huán)連接，整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)模型列車的加速、減速、勻速控制。

圖9展示了實(shí)驗(yàn)圖像采集系統(tǒng)與隧道主體1的相對(duì)位置關(guān)系，從圖9件之間都是利用法蘭連接。攝像系統(tǒng)數(shù)碼相機(jī)20采用分段采集的辦法，每臺(tái)攝像機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)模型隧道標(biāo)準(zhǔn)段的圖像采集工作，相鄰的兩臺(tái)攝像機(jī)的圖像采集會(huì)有小范圍的重疊。圖中虛線表示的是每臺(tái)攝像機(jī)的圖像采集范圍。圖像采集結(jié)束后，利用專業(yè)軟件將各臺(tái)攝像機(jī)的圖像拼接成一個(gè)圖像整體。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力測(cè)試系統(tǒng)2、溫度測(cè)試系統(tǒng)3、煙氣分析系統(tǒng)4、活塞風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)5?？梢詫?shí)時(shí)測(cè)量并記錄隧道內(nèi)的壓力、溫度、風(fēng)速及煙氣成分、濃度等參數(shù)。此外，圖像采集系統(tǒng)布置在隧道耐高溫火焰觀察窗1-2外，包括多臺(tái)高清數(shù)碼攝像機(jī)，負(fù)責(zé)采集運(yùn)動(dòng)體火災(zāi)特性的相關(guān)圖像資料。

模型列車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括主動(dòng)系統(tǒng)6及從動(dòng)系統(tǒng)7兩部分。通過鏈條牽引控制列車的加速、勻速及制動(dòng)。模型列車設(shè)置有定位輪11，定位輪11置于軌道18內(nèi)，保證列車模型高速直線行駛狀態(tài)下不傾倒。此外，行程開關(guān)16被用來控制列車運(yùn)動(dòng)的區(qū)間，防止模型列車超出預(yù)定的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，從而保證模型實(shí)驗(yàn)的安全性。需要說明的是，雙洞地鐵隧道模型內(nèi)有各自獨(dú)立運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

本發(fā)明的工作過程如下：

1)將高速攝像機(jī)(2～3臺(tái))置于耐高溫火焰觀察窗1-2外側(cè)，攝像機(jī)距離觀察窗約1.5m，攝像機(jī)的位置在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中固定不動(dòng)，然后在實(shí)驗(yàn)開始前統(tǒng)一各攝像機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間(誤差在±1s內(nèi))，并調(diào)整其處于拍攝狀態(tài)，拍攝過程由實(shí)驗(yàn)人員操作。

2)檢查各測(cè)試系統(tǒng)(2～5)的工作狀態(tài)。啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并檢查各通道數(shù)據(jù)采集是否正常。經(jīng)確認(rèn)無問題后，開始各數(shù)據(jù)采集儀記錄功能。

3)按照熱煙實(shí)驗(yàn)規(guī)范中指定的燃料重量，為燃料稱重，并注入到列車模型的燃燒盤中。

4)啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)15，并根據(jù)速度測(cè)試系統(tǒng)5的測(cè)試數(shù)據(jù)，調(diào)整排煙風(fēng)機(jī)15的轉(zhuǎn)速，使隧道內(nèi)的機(jī)械通風(fēng)風(fēng)速達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的風(fēng)速；在無風(fēng)工況下，排煙風(fēng)機(jī)15應(yīng)關(guān)閉。

5)使用長(zhǎng)柄火把點(diǎn)燃列車模型中的燃燒盤。

6)分別啟動(dòng)兩個(gè)隧道驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主動(dòng)系統(tǒng)6中的控制電機(jī)14，通過鏈條8帶動(dòng)火災(zāi)側(cè)隧道的列車模型9以設(shè)定的速度在隧道內(nèi)運(yùn)行。

7)重復(fù)實(shí)驗(yàn)及調(diào)整參數(shù)實(shí)驗(yàn)。上述過程為實(shí)驗(yàn)的完整過程，列車運(yùn)行完行程后，利用燃燒盤蓋板13-2熄滅燃燒盤，并稱重。待實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)冷卻至初始狀態(tài)后，準(zhǔn)備下輪實(shí)驗(yàn)，重復(fù)過程1～7。

盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。