一种高海拔纵向多折线超长公路隧道疏散横通道设计方法

摘要

本发明公开一种高海拔纵向多折线超长公路隧道疏散横通道设计方法，包括，将隧道疏散横通道设置于主隧道边墙，横通道出口包括与主隧道连接入口处的防护门和疏散通道；获取相关参数，其中相关参数包括环境参数、建设参数及车辆人员参数；根据相关参数，建立不同海拔高度条件下纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧模型并得到可用安全疏散时间；根据相关参数及可用安全疏散时间，建立公路隧道横通道人员疏散模型并得到横通道设计关系计算式；根据横通道设计关系计算式设计隧道疏散横通道结构。通过上述技术方案，本发明能够加强公路隧道防灾疏散救援工程的安全可靠性，最大可能地实现了经济性、安全性和高效性的兼顾。

权利要求

1.一种高海拔纵向多折线超长公路隧道疏散横通道设计方法，其特征在于，包括：将隧道疏散横通道设置于主隧道边墙，横通道出口包括与主隧道连接入口处的防护门和疏散通道；

获取相关参数，其中相关参数包括环境参数、建设参数及车辆人员参数；

根据相关参数，建立不同海拔高度条件下纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧模型并得到可用安全疏散时间；

根据相关参数及可用安全疏散时间，建立公路隧道横通道人员疏散模型并得到横通道设计关系计算式；

根据横通道设计关系计算式设计隧道疏散横通道结构；

建立不同海拔高度条件下纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧模型并得到可用安全疏散时间的过程包括：根据相关参数，建立第一隧道模型，其中所述第一隧道模型中隧道长度为600m，宽度为

10m，高度为8m；

选取不同的海拔高度，并获取不同海拔高度下的大气压力及火源规模折减系数；

设置横通道口间距，分别在火源上坡方向不同距离处设置温度测点及可见度测点，根据温度测点和可见度测点，得到可用安全疏散时间；

在所述第一隧道模型中输入不同海拔高度下的大气压力及火源规模折减系数、温度测点和可见度测点位置，并改变隧道模型的坡度，记录不同坡度下的可用安全疏散时间；

通过最优横通道口间距、隧道坡度及海拔高度的关系计算式及最优横通道口宽度、横通道口间距和海拔高度的关系计算式，对横通道口间距和宽度进行设计；

最优横通道口间距、隧道坡度及海拔高度的关系计算式为：

2 2 2 2

S=(‑0.1854H‑0.0233H+6.2549)P+(1.47268H ‑0.051H‑49.127)P‑5.09H‑12.319H+

332.09；

其中，S为横通道口最优间距；P为隧道坡度；H为海拔高度；

最优横通道口宽度、横通道口间距和海拔高度的关系计算式为：‑5 2 ‑4 4 ‑3 3 ‑3 2 ‑3 2B=‑3×10 S+(2×10 H‑1.6×10 H +3.4×10 H ‑1.9×10 H+0.0199)S+0.069H +

0.0858H‑1.2974

其中，B为最优横通道口宽度；

海拔高度包括0km、1km、2km、3km、4km和5km；

考虑火灾情况下，环境对不同年龄、性别的人员在隧道中疏散速度的影响，确定出疏散人员的属性参数；

最大摄氧量占海平面百分比与海拔高度的关系计算式为：2

Or=‑0.0145H+0.013H+1式中：Or为最大摄氧量占海平面百分比；H为海拔高度；

通过拟合得到人员速度与摄氧量的关系计算式为：V=1.7092O‑0.8036

式中：V为跑步速度；O为最大摄氧量；

不同年龄和性别的人员在不同海拔高度环境下疏散的速度为：V=1.71OiOr‑0.8

Oi为不同年龄、不同性别的人员在海平面处的最大摄氧量，将计算得到的不同海拔高度下不同属性人员的疏散速度值与平原地区人员疏散速度相比，得到高海拔人员疏散速度修正系数。

2.根据权利要求1所述的疏散横通道设计方法，其特征在于：相关参数中所述环境参数包括环境气压、环境氧含量，建设参数包括隧道长度、断面尺寸及隧道坡度，车辆人员参数包括车辆类型、车辆数量、乘客人数、年龄性别及乘客疏散速度。

3.根据权利要求1所述的疏散横通道设计方法，其特征在于：建立公路隧道横通道人员疏散模型并得到横通道设计关系计算式的过程包括：建立第二隧道模型，其中第二隧道模型中隧道长度为两个横通道口间距，隧道宽度为

10m；

根据主隧道的类型确定模拟的车辆数量及车辆类型，根据车辆数量及车辆类型得到座位数量及人员数量；

根据车型的车辆比例、载客量及满客率确定疏散人员数量、确定年龄性别不同人群的分配比例，并获取在不同海拔下人员的疏散速度；

按照车型比例和车间距，将车辆分布在第二隧道模型中；

将横通道的宽度设置为10m并将模拟人员平均分布在第二隧道模型中；

在人员疏散模拟软件中输入车辆数量、车辆类型、车辆比例、车间距、座位数量、人员数量、人群分配比例及疏散速度，并改变横通道口不同间距，分别运行软件，记录不同间距下人员疏散的必需安全疏散时间，并结合不同坡度下的可用安全疏散时间，确定不同海拔高度及坡度下的最优横通道口间距，并拟合最优横通道口间距、隧道坡度及海拔高度的关系计算式；

在确定最优横通道口间距后，改变横通道口不同宽度，分别运行软件，记录不同宽度下人员疏散的必需安全疏散时间，确定不同海拔及坡度下的最优横通道口宽度，并拟合最优横通道口宽度、横通道口间距和海拔高度的关系计算式。

4.根据权利要求3所述的疏散横通道设计方法，其特征在于：坡度包括0%、1%、2%、3%和4%。

说明书

一种高海拔纵向多折线超长公路隧道疏散横通道设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及公路工程建设技术领域，尤其属于公路隧道安全工程建设技术领域，特别涉及公路隧道防灾紧急疏散通道设计方法。

背景技术

[0002] 随着公路交通网的快速拓展，高海拔公路隧道的建设里程迅猛增长，公路隧道的防灾疏散救援工程的设计与研究是保障隧道安全运营和紧急事故情况下人员安全和财产保障的关键，因此，受到社会同行领域的高度关注。目前，公路隧道工程防灾疏散救援设施工程建设成本巨大，对于超长公路隧道而言，双管主隧道并行甚至三管并行+横通道的防灾疏散通道模式一般为设计首选，而疏散横通道的结构参数能否兼顾隧道坡度、海拔环境、疏散模式等因素影响，从而通过优化设计来保障人员安全疏散且科学合理，则成为超长公路隧道横通道结构设计的基础和关键。

[0003] 目前，国内外相关研究主要集中在仅考虑疏散人数等单一因素影响下的特定公路隧道横通道参数推荐值，不能形成统一的设计方法，对于考虑隧道坡度、海拔环境、疏散模式及人数等多因素影响下的横通道结构参数设计方法研究较少。这对高海拔超长公路隧道的横通道结构参数设计造成了较大的困难，并增加大量的计算工程量，对高海拔超长公路隧道的疏散救援设施设计的高效合理性和安全可靠性产生重大影响。

发明内容

[0004] 为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种高海拔纵向多折线公路隧道超长疏散横通道设计方法，为疏散横通道的间距和防护门宽度的高效合理及安全可靠性设计提供科学依据，以保障高海拔超长公路隧道防灾救援设施设计的合理和安全。

[0005] 为实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：

[0006] 一种高海拔纵向多折线超长公路隧道疏散横通道设计方法，包括：

[0007] 将隧道疏散横通道设置于主隧道边墙，横通道出口包括与主隧道连接入口处的防护门和疏散通道；

[0008] 获取相关参数，其中相关参数包括环境参数、建设参数及车辆人员参数；

[0009] 根据相关参数，建立不同海拔高度条件下纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧模型并得到可用安全疏散时间；

[0010] 根据相关参数及可用安全疏散时间，建立公路隧道横通道人员疏散模型并得到横通道设计关系计算式；

[0011] 根据横通道设计关系计算式设计隧道疏散横通道结构。

[0012] 可选的，相关参数中所述环境参数包括环境气压、环境氧含量，建设参数包括隧道长度、断面尺寸及隧道坡度，车辆人员参数包括车辆类型、车辆数量、乘客人数、年龄性别及乘客疏散速度。

[0013] 可选的，建立不同海拔高度条件下纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧模型并得到可用安全疏散时间的过程包括：

[0014] 根据相关参数，建立第一隧道模型，其中所述第一隧道模型中隧道长度为600m，宽度为10m，高度为8m；

[0015] 选取不同的海拔高度，并获取不同海拔高度下的大气压力及火源规模折减系数；

[0016] 设置横通道口间距，分别横通道口间距的在火源上坡方向不同距离处设置温度测点及可见度测点，根据温度测点和可见度测点，得到可用安全疏散时间；

[0017] 在所述第一隧道模型中输入不同海拔高度下的大气压力及火源规模折减系数、温度测点和可见度测点位置，并改变隧道模型的坡度，记录不同坡度下的可用安全疏散时间。

[0018] 可选的，建立公路隧道横通道人员疏散模型并得到横通道设计关系计算式的过程包括：

[0019] 建立第二隧道模型，其中第二隧道模型中隧道长度为两个横通道口间距，隧道宽度为10m；

[0020] 根据主隧道的类型确定模拟的车辆数量及车辆类型，根据车辆数量及车辆类型得到座位数量及人员数量；

[0021] 根据车型的车辆比例、载客量及满客率确定疏散人员数量、确定年龄性别不同人群的分配比例，并获取在不同海拔下人员的疏散速度；

[0022] 按照车型比例和车间距，将车辆分布在第二隧道模型中；

[0023] 将横通道的宽度设置为10m并将模拟人员平均分布在第二隧道模型中；

[0024] 在人员疏散模拟软件中输入车辆数量、车辆类型、车辆比例、车间距、座位数量、人员数量、人群分配比例及疏散速度，并改变横通道口不同间距，分别运行软件，记录不同间距下人员疏散的必需安全疏散时间，并结合不同坡度下的可用安全疏散时间，确定不同海拔高度及坡度下的最优横通道口间距，并拟合最优横通道口间距、隧道坡度及海拔高度的关系计算式；

[0025] 在确定最优横通道口间距后，改变横通道口不同宽度，分别运行软件，记录不同宽度下人员疏散的必需安全疏散时间，确定不同海拔及坡度下的最优横通道口宽度，并拟合最优横通道口宽度、横通道口间距和海拔高度的关系计算式。

[0026] 可选的，通过最优横通道口间距、隧道坡度及海拔高度的关系计算式及最优横通道口宽度、横通道口间距和海拔高度的关系计算式，对横通道口间距和宽度进行设计。

[0027] 可选的，最优横通道口间距、隧道坡度及海拔高度的关系计算式为：

[0028] S=(‑0.1854H2‑0.0233H+6.2549)P2+(1.47268H2‑0.051H‑49.127)P‑5.09H2‑12.319H+332.09；

[0029] 其中，S为横通道口最优间距；P为隧道坡度；H为海拔高度。

[0030] 可选的，最优横通道口宽度、横通道口间距和海拔高度的关系计算式为：

[0031] B=‑3×10‑5S2+(2×10‑4H4‑1.6×10‑3H3+3.4×10‑3H2‑1.9×10‑3H+0.0199)S+2
0.069H+0.0858H‑1.2974

[0032] 其中，B为最优横通道口宽度。

[0033] 可选的，海拔高度包括0km、1km、2km、3km、4km和5km。

[0034] 可选的，坡度包括0%、1%、2%、3%和4%。

[0035] 本发明具有如下技术效果：

[0036] 本发明采用数值计算方法和模型，获得了满足不同海拔高度和隧道坡度下人员安全疏散横通道口设计参数的设计方法，该方法也充分反映了横通道口间距和宽度对隧道内人员紧急疏散的影响。本发明提供了目前高海拔纵向多折线公路隧道超长横通道口间距和宽度的设计方法，而且为不同海拔高度环境下，变坡超长公路隧道横通道口间距和宽度的科学合理设计提供了理论依据，加强了公路隧道防灾疏散救援工程的安全可靠性，最大可能地实现了经济性、安全性和高效性的兼顾。

附图说明

[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0038] 图1是隧道火灾模型；

[0039] 图2是人员疏散模型；

[0040] 图3是隧道火灾动态模型；

[0041] 图4是人员疏散在横通道口段的动态模型；

[0042] 图5是海拔为0km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线以及海拔为0km时的横通道间距S和必需安全疏散时间RSET的拟合曲线；

[0043] 图6是海拔为1km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线以及海拔为0km时的横通道间距S和必需安全疏散时间RSET的拟合曲线；

[0044] 图7是海拔为2km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线以及海拔为0km时的横通道间距S和必需安全疏散时间RSET的拟合曲线；

[0045] 图8是海拔为3km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线以及海拔为0km时的横通道间距S和必需安全疏散时间RSET的拟合曲线；

[0046] 图9是海拔为4km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线以及海拔为0km时的横通道间距S和必需安全疏散时间RSET的拟合曲线；

[0047] 图10是海拔为5km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线以及海拔为0km时的横通道间距S和必需安全疏散时间RSET的拟合曲线；

[0048] 图11是在不同海拔高度H下，人员疏散最佳横通道口间距S与隧道坡度P的变化关系曲线（B=10m）；

[0049] 图12是人员疏散最佳横通道口间距S与隧道坡度P的变化关系曲线（B=10m）中系数与海拔的拟合曲线；

[0050] 图13是海拔为0km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时最优横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；

[0051] 图14是海拔为1km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时最优横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；

[0052] 图15是海拔为2km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时最优横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；

[0053] 图16是海拔为3km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时最优横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；

[0054] 图17是海拔为4km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时最优横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；

[0055] 图18是海拔为5km时，坡度分别为0%、1%、2%、3%、4%时最优横通道间距S和可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；

[0056] 图19是最佳横通道口宽度B在不同海拔H下随人员疏散最佳横通道口间距S变化曲线；

[0057] 图20是最佳横通道口宽度B在不同海拔H下随人员疏散最佳横通道口间距S变化曲线中系数与海拔的拟合曲线；

[0058] 图21是本发明方法流程图。

具体实施方式

[0059] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0060] 本发明根据现有技术的不足公开了一种高海拔纵向多折线超长公路隧道疏散横通道设计方法。本发明要解决的问题是提供一种高海拔纵向多折线公路隧道超长疏散横通道设计方法，为疏散横通道的间距和防护门宽度设计提供科学依据，以保障高海拔超长公路隧道防灾救援设施设计的合理和安全。

[0061] 如图21所示，本发明通过以下技术方案实现：

[0062] 高海拔纵向多折线公路隧道超长疏散横通道设计方法，其特征在于所述设计方法包括下述步骤：

[0063] 步骤一、将公路隧道横通道出口设置连接在主隧道边墙，横通道出口包括与主隧道连接入口处的防护门和疏散通道；

[0064] 步骤二、获取隧道海拔环境参数，至少包括环境气压、环境氧含量；获取隧道建设参数，至少包括隧道长度、断面尺寸、隧道坡度；获取隧道通过车辆类型，车辆数量以及乘客人数、乘客的年龄和性别统计数据、乘客疏散速度；

[0065] 步骤三、选用火灾动力学软件FDS，建立不同海拔高度条件下纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧模型并得到人员可用安全疏散时间，包括：

[0066] （1）建立隧道模型，选取隧道长度为600m，宽度为10m，高度为8m建立隧道模型；

[0067] （2）选取海拔高度分别为0km、1km、2km、3km、4km和5km，并根据所选海拔高度环境确定不同海拔下的大气压力和火源规模折减系数；

[0068] （3）根据所设置的横通道口间距，分别在距离火源上坡方向100m、150m、200m、250m和300m处设置温度测点和可见度测点，得到人员可用安全疏散时间；

[0069] （4）输入步骤（2）、（3）中所选海拔高度情况下的计算参数，改变隧道坡度，分别为0%、1%、2%、3%和4%，分别运行软件，记录下每种坡度条件下，人员疏散的可用安全疏散时间；

[0070] 步骤四、选用人员疏散模拟软件Pathfinder，建立公路隧道横通道人员疏散模型并得到人员必需安全疏散时间，包括：

[0071] （1）建立隧道模型，选取隧道长度为两个横通道口间距，隧道宽度为10m建立隧道模型；

[0072] （2）根据隧道类型确定模拟的车辆数量以及车辆类型，得到每辆车中座位数量以及人员数量；

[0073] （3）根据不同车型的车辆比例、载客量和满客率确定疏散人群的数量，以及不同人群男女老少人数分配比例，并确定在不同海拔（分别为0km、1km、2km、3km、4km和5km）环境下人群的疏散速度；

[0074] （4）建立车辆拥堵模型，按照车型比例和1m车间距，将车辆分布在隧道模型中；

[0075] （5）建立横通道口模型，为消除横通道口防护门宽度的影响，将宽度设置为10m并将人平均分布在隧道中；

[0076] （6）输入步骤（1）、（2）、（3）中所选车型情况下的计算参数，改变横通道口间距，分别为100m、150m、200m、250m和300m各参数，分别运行软件，记录下每种间距条件下，人员疏散的必需安全疏散时间，结合步骤三中的步骤（4），确定对应海拔高度和隧道坡度下最优的横通道口间距，并拟合得到横通道口间距、隧道坡度和海拔高度的关系计算式；

[0077] （7）在初步确定坡度和海拔高度影响下的横通道口最优间距后，改变横通道口宽度，分别计算1m、1.5m、2m、2.5m和3m各参数，分别运行软件记录下每种宽度下人员必需安全疏散时间，确定对应最优横通道口间距下的最优横通道口宽度，并拟合得到横通道口宽度、间距和海拔高度的关系计算式；

[0078] 步骤五、横通道口间距和宽度设置，应用步骤四的模型计算式设计横通道口间距和宽度。

[0079] 所述步骤四得到的模型计算式是：

[0080] 横通道口间距S为：S=(‑0.1854H2‑0.0233H+6.2549)P2+（1.47268H2‑0.051H‑2
49.127）P‑5.09H‑12.319H+332.09

[0081] 横通道口宽度B为：B=‑3×10‑5S2+(2×10‑4H4‑1.6×10‑3H3+3.4×10‑3H2‑1.9×10‑3H2
+0.0199)S+0.069H+0.0858H‑1.2974

[0082] 其中，S为横通道口最优间距，单位m；B为横通道口最优宽度，单位m；P为隧道坡度，单位%；H为海拔高度，单位m。

[0083] 所述步骤五横通道口间距和宽度设计方法，包括：

[0084] （1）根据疏散时间的需要，采用横通道口间距、隧道坡度和海拔高度计算式，确定最优横通道口间距；

[0085] （2）根据疏散时间的需要，采用横通道口宽度、横通道口间距、海拔高度计算式，确定最优横通道口宽度；

[0086] 本发明在对公路隧道建设特别是公路隧道防灾疏散救援工程建设技术研究基础上提出了高海拔纵向多折线公路隧道超长横通道口的设计间距和宽度。

[0087] 本发明首先利用火灾动力学软件FDS，建立公路隧道火灾模拟动态模型，对火灾烟气和温度蔓延进行模拟计算。计算中考虑环境对火灾的影响，确定不同海拔高度环境下火灾火源规模的大小。

[0088] 然后根据上述方法建立不同坡度公路隧道火灾燃烧模型，对不同坡度条件下隧道火灾温度场和烟气场进行计算。

[0089] 然后根据上述计算结果，确定人员可用安全疏散时间ASET。

[0090] 然后利用人员疏散模拟软件Pathfinder，建立公路隧道横通道口人员紧急疏散三维动态模型，对人员疏散规律进行模拟计算，计算中考虑环境对不同年龄、性别的人员在隧道中疏散速度的影响，确定不同海拔高度环境下疏散人员的属性参数；建立列车几何模型和疏散人员三维动态模型；确定人员疏散原则及出口位置。

[0091] 然后根据上述方法建立不同横通道口间距和海拔高度的公路隧道人员疏散模型，对不同横通道口间距条件下人员疏散情况进行计算。

[0092] 然后，根据上述计算结果，确定人员必需安全疏散时间RSET。

[0093] 然后，确定出横通道口最优间距的拟合曲线函数，根据人员可用安全疏散时间ASET等于人员必需安全疏散时间RSET，得到不同海拔高度H和隧道坡度P确定出横通道口最优间距的计算函数S=f（P，H）计算式。

[0094] 然后根据上述方法建立最优横通道口间距条件下的不同横通道口宽度的公路隧道人员疏散模型，对不同横通道口宽度下人员疏散进行计算。

[0095] 然后，根据上述计算结果，确定人员必需安全疏散时间RSET。

[0096] 然后，确定出横通道口最优宽度的拟合曲线函数，依据不同海拔高度H下的横通道口最优间距S，确定出横通道口最优宽度的计算函数B=f（S，H）计算式。

[0097] 本发明采用数值计算方法和模型，获得了满足不同海拔高度和隧道坡度下人员安全疏散横通道口设计参数的设计方法，该方法也充分反映了横通道口间距和宽度对隧道内人员紧急疏散的影响。本发明提供了目前高海拔纵向多折线公路隧道超长横通道口间距和宽度的设计方法，而且为不同海拔高度环境下，变坡超长公路隧道横通道口间距和宽度的科学合理设计提供了理论依据，加强了公路隧道防灾疏散救援工程的安全可靠性，最大可能地实现了经济性、安全性和高效性的兼顾。

[0098] 结合附图及具体实验数据对主要对上述内容中的步骤三及步骤四进行详细阐述：

[0099] 本发明通过以下方案实现纵向多折线公路隧道超长防灾横通道口设计。

[0100] 已知某隧道断面尺寸，确定车辆类型及比例，疏散人员数量。给出不同隧道坡度、海拔高度下的横通道口间距和宽度的确定方法，包括：

[0101] 1）利用火灾动力学软件FDS，建立纵向多折线公路隧道超长火灾燃烧动态模型，对火灾发展进行计算。

[0102] ①考虑火灾情况下，环境对火灾规模的影响；

[0103] 根据不同海拔高度的折减系数，选取海拔0km时的火源规模为50MW，通过计算得海拔高度为1km时火源规模为44349.44W，海拔高度为2km时火源规模为39227.31W，海拔高度为3km时火源规模为34595.35W，海拔高度为4km时火源规模为30416.46W，海拔高度为5km时火源规模为26656.04W.

[0104] ②建立隧道火灾动态模型，分别建立不同海拔下隧道坡度为0%、1%、2%、3%和4%的隧道火灾动态模型，图1和图3分别给出了隧道火灾模型和隧道火灾动态模型。

[0105] 2）选用人员疏散模拟软件Pathfinder，建立公路隧道人员疏散三维模型[0106] ①考虑火灾情况下，环境对不同年龄、性别的人员在隧道中疏散速度的影响，确定出疏散人员的属性参数。

[0107] 根据人员在平地上有序的疏散速度为0.5‑1.5m/s，选取成年男性疏散速1.1~1.8m/s，成年女性为1 1.74m/s,儿童为0.7 1.23m/s，老人为0.7 1.1m/s.
~ ~ ~

[0108] 高海拔环境会对人体各器官、各系统直接或间接造成不同程度的影响，这些影响经由脑部功能、心率、血氧浓度等指标反馈。以普通青年人员为例，最大摄氧量与海拔高度的关系：

[0109] Or=‑0.0145H2+0.013H+1   （1）

[0110] R2=0.9989

[0111] 式中：Or为最大摄氧量占海平面百分比（%）；H为海拔高度（km）

[0112] 在海平面上人员奔跑是最大摄氧量年龄和性别有密切关系，三者之间的关系如下表1

[0113] 表1

[0114]

[0115] 式中：Oi为不同年龄、不同性别在海平面处的最大摄氧量；A为年龄。其中R21=2 2 2
0.9437；R2=0.9925；R3=0.9764；R4=0.9861。

[0116] 最大摄氧量与跑步速度的数值，通过拟合可得到人员速度与摄氧量的关系：

[0117] V=1.7092O‑0.8036    （2）

[0118] R2=0.9264

[0119] 式中：V为跑步速度（m/s）；O为最大摄氧量（L/min）。

[0120] 将式（1）与表1中公式代入到式（2），得到不同年龄和性别的人员在不同海拔高度环境下疏散的速度为：

[0121] V=1.71OiOr‑0.8  （3）

[0122] 将式（3）计算得到的不同海拔高度下不同属性人员的疏散速度值与平原地区人员疏散速度相比，得到高海拔人员疏散速度修正系数α1.具体值如表2所示。

[0123] 表2

[0124]

[0125] 由表2可知，随着海拔高度提升，人员疏散速度逐渐降低，海拔高度由1km上升至5km时，疏散速度海拔平均修正系数α1由1下降至0.616，下降39.4%。

[0126] ②建立车辆几何模型和疏散人员动态模拟模型，为避免横通道口防护门宽度影响，将宽度设置为10m，因为隧道内发生阻塞，车辆前后间距较正常行驶情况要小得多，取为1m。根据本项目特征年车型比例预测，隧道大、中、小型车数量比为0.276：0.095：0.629。

[0127] 3）根据2）建立不同海拔下不同的横通道口间距，考虑最不利情况，对不同出口条件下人员疏散进行计算。图2和图4分别给出了人员疏散模型和人员疏散动态模型。

[0128] ①针对海拔H建模：建立海拔为0km、1km、2km、3km、4km和5km的隧道模型。

[0129] ②针对横通道口间距S建模：建立横通道口间距为100m、150m、200m、250m和300m的隧道模型。

[0130] 4）根据计算结果，确定出不同海拔高度、隧道坡度和横通道口间距组合下人员疏散可用安全疏散时间AEST和必需安全疏散时间REST。

[0131] ①当最后一个人进入横通道口内时，对应的时间即为人员疏散必需安全疏散时间REST。图4给出了人员疏散在横通道口段的动态模型。

[0132] ②当横通道口处人眼特征高度处温度达到60°或可视度达到10m时对应的时间即为人员疏散可用安全疏散时间。

[0133] 5）确定不同海拔下不同坡度时的最优间距：根据1）得到不同海拔下不同坡度时的横通道间距与可用安全疏散时间ASET的拟合曲线；根据2）得到不同海拔下人员疏散的必需安全疏散时间RSET与横通道间距的拟合曲线，如图5‑12所示；根据人员可用安全疏散时间ASET等于人员必需安全疏散时间RSET，得到不同海拔高度H和隧道坡度P确定出横通道口最优间距，如表3

[0134] 表3

[0135]

[0136] 6）确定出横通道口最优间距的拟合曲线函数：根据表3拟合出不同海拔下横通道2
口最优间距S与坡度P的拟合曲线，如图11，将每一条曲线拟合成S=AP+BP+C的形式，其中A、B、C为与海拔相关的系数，A、B、C系数与海拔对应关系如表4：

[0137] 表4

[0138]

[0139] 系数A、B、C与海拔的拟合曲线如图12所示

[0140] 得到A=‑0.1854H2‑0.0233H 6.2549

[0141] B=1.4726H2‑0.051H‑49.127

[0142] C=‑5.097H2‑12.319H+332.09

[0143] 将A、B、C带入S=AP2+BP+C中得到

[0144] S=(‑0.1854H2‑0.0233H+6.2549)P2+（1.47268H2‑0.051H‑49.127）P‑5.09H2‑12.319H+332.09

[0145] 7）根据公式S计算得到海拔为0、1、2、3、4、5km，坡度为0%、1%、2%、3%、4%是的最优横通道口间距，如表5：

[0146] 表5

[0147]

[0148] 8）确定出横通道口最优宽度的拟合曲线函数：根据3）得到不同海拔、不同坡度下采用最优横通道间距时的必需安全疏散时间ASET和横通道口宽度B的拟合曲线，如图13‑18；找出每条曲线的缓和点，得到不同的海拔下最优横通道口间距S对应的最优横通道口宽度B，得到表6：

[0149] 表6

[0150]

[0151] 据表6拟合出不同海拔下横通道口最优间距S与最优横通道口间距B的拟合曲线，2
如图19，将每一条曲线拟合成B=AS+DS+C的形式，其中A、D、C为与海拔相关的系数，A、D、C系数与海拔对应关系如表7：

[0152] 表7

[0153]

[0154] 系数A、D、C与海拔的拟合曲线如图20所示

[0155] 得到A=‑3×10‑5

[0156] 、

[0157] 将A、D、C带入S=B=AS2+DS+C中得到

[0158] 横通道口宽度B为：B=‑3×10‑5S2+(2×10‑4H4‑1.6×10‑3H3+3.4×10‑3H2‑1.9×10‑3H2
+0.0199)S+0.069H+0.0858H‑1.2974

[0159] 设计实施案例

[0160] 横通道的结构参数与隧道的坡度、海拔高度是紧密相关的，不同海拔高度及隧道坡度下，火灾的蔓延情况不同，人员的运动情况不同。由于多折线公路中存在多种坡度，对于横通道的结构参数进行合理设计以保障在人员安全疏散的情况下，目的为以最经济合理的方式设计横通道。

[0161] 确定海拔高度H

[0162] 某隧道，海拔高度为3850m，隧道坡度分别有1%和3%。

[0163] ②确定横通道间距S

[0164] 利用公式S计算得到，在海拔为3850m，坡度分别为1%和3%时的最优横通道口间距：

[0165] S1=(‑0.1854×3.852‑0.0233×3.85+6.2549)×12+（1.47268×3.852‑0.051×2
3.85‑49.127）×1‑5.09×3.85‑12.319×3.85+332.09=185.1m

[0166] S2=(‑0.1854×3.852‑0.0233×3.85+6.2549)×32+（1.47268×3.852‑0.051×2
3.85‑49.127）×3‑5.09×3.85‑12.319×3.85+332.09=157.5m

[0167] ③确定横通道宽度B

[0168] 分别将最优横通道口间距带入公式B，计算隧道坡度为1%和3%时的最优横通道口间距：

[0169] B1=‑3×10‑5×185.12+(2×10‑4×3.854‑1.6×10‑3×3.853+3.4×10‑3×3.852‑1.9‑3 2×10 ×3.85+ 0.0199)×185.1+0.069×3.85+0.0858×3.85‑1.2974=1.9m

[0170] B2=‑3×10‑5×157.52+(2×10‑4×3.854‑1.6×10‑3×3.853+3.4×10‑3×3.852‑1.9‑3 2×10 ×3.85+ 0.0199)×157.5+0.069×3.85+0.0858×3.85‑1.2974=1.8m

[0171] 综上所述，当隧道坡度为1%时，对应的横通道口最优间距为185.1m，横通道口最优宽度为1.9m；当隧道坡度为3%时，对应的横通道口最优间距为157.5m，横通道口最优宽度为1.8m。

[0172] 以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。