基于可靠度理论的高海拔特长铁路隧道火灾人员疏散安全评价模型研究

Due to the safety of evacuation is determined by the relationship between the available safe egress time and the required safe egress time, therefore, the project uses a combination of model test and 3D simulation numerical simulation, the stochastic calculation model of two safe egress time and safety reliability evaluation model in high-altitude extra-long railway tunnel under the random coupling of multiple fire factors will be studied. Taking the high-altitude railway tunnel in Sichuan-Tibet area as the research object, first, based on a large amount of research data, identify the key factors of affecting the safe evacuation. Random distribution function and characteristic value of key influencing factors will be calculated statistics by multi-sample random simulation test. On this basis, a 3D mathematical model of fire and personnel evacuation in high-altitude railway tunnels under random coupling of multiple fire factors is established and verified by high altitude tunnel fire combustion and personnel evacuation model test, the law of fire characteristics, temperature distribution, smoke movement, human exercise capacity attenuation and personnel evacuation distribution in high-altitude tunnel on fire mode will be explored, stochastic calculation model of personnel safety egress time and safety reliability evaluation model in high altitude extra-long railway tunnel on fire mode, provide basic theoretical and technical support for the design of high-altitude railway tunnel disaster prevention engineering.

由于人员疏散安全可靠性是由可用安全疏散时间和必需安全疏散时间的关系决定，因此本项目采用隧道火灾及人员疏散模型试验与三维仿真数值模拟相结合的方法，对多火灾因素随机耦合作用下高海拔特长铁路隧道的两大人员安全疏散时间随机计算模型及由二者构成的安全可靠性评价模型展开深入研究。拟以川藏地区高海拔铁路隧道为研究对象，首先根据大量的调研资料确定影响人员安全疏散的关键因素，结合多样本随机模拟试验计算统计得到关键影响因素的随机分布函数及特征数值。在此基础上，建立多因素随机耦合作用下高海拔铁路隧道火灾燃烧及人员疏散三维数学模型，并由高海拔隧道火灾燃烧及人员疏散模型试验进行验证，对高海拔隧道火灾燃烧特性、温度分布、烟气运动、人体运动能力衰减、人员疏散时空分布等规律进行探究，建立高海拔特长铁路隧道火灾模式下的人员安全疏散时间随机计算模型及可靠性评价模型，为高海拔铁路隧道防灾工程设计提供基础理论和技术支撑。

我国高海拔铁路隧道里程逐年增加，隧道长度不断刷新纪录，超长高海拔铁路隧道数量不断攀升。火灾模式下，高海波隧道内救援困难大，火灾烟气浓度高，人员疏散困难，尤其对于长度超过20km的超长高海拔铁路隧道，火灾救援更是难上加难。本研究主要针对超长高海拔铁路隧道火灾模式下，人员在隧道紧急救援站等救援设施内疏散的安全可靠性进行研究，具体内容包括：（1）高海拔铁路隧道内火灾模式下影响人员疏散安全的因素以及分布特征；（2）高海拔隧道火灾燃烧以及烟气分布规律以及可用安全疏散时间随机模型；（3）人员高海拔疏散速度等基本计算参数以及必需安全疏散时间随机模型；（4）根据人员疏散安全准则建立高海拔铁路隧道人员疏散安全可靠性预测模型。主要结果及关键数据：（1）影响高海拔人员疏散安全的因素主要包括火灾、人员属性、结构、通风等方面，项目系统研究了各方面影响因素的具体因子以及随机因子的分布特征函数，给出了各因子变化的范围及特征。（2）实施了100余组高低海拔现场（海拔高度分别为500m和3000m）隧道火灾燃烧模型试验，主要采集了不同火源燃料（汽油、柴油、不同比例混合、木条等）、不同油池尺寸及形状等条件下的隧道内烟气温度及有毒气体的浓度等数据，获取了高海拔隧道火灾下火灾燃烧热释放率大小、温度分布规律以及烟气浓度及成分的区别等规律。（3）进行了高海拔现场人员机能及运动能力测试，获得了人员机能基本参数以及高海拔人员疏散速度基数。（4）进行了大量火灾三维动态仿真计算及人员三维仿真疏散计算，通过正交试验回归拟合分别获得可用安全疏散随机模型和必需安全疏散预测模型，进而得到高海拔铁路隧道人员安全疏散预测模型。获得通过此模型可以预测既有隧道疏散设施参数设计的合理性以及规划隧道设计参数的合理性，进而给出科学、安全的设计方案或设备配置规模建议，建议囊括了结构设计参数、通风设计参数等。