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淺析交通類隧道?;沸孤┘叭急碚?/h1>
2022-12-16 08:49田德旺陳慧珉
新型工業(yè)化 2022年1期
關(guān)鍵詞:危化品通風(fēng)隧道

田德旺,陳慧珉

(石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院土木工程系,河北 石家莊 051132)

0 引言

?;肥侵敢妆?、易燃、有毒的化學(xué)品,在其生命周期的不同環(huán)節(jié)中,都有發(fā)生事故的風(fēng)險。西方國家便發(fā)生了多起?;啡急托孤┦鹿?,給當(dāng)?shù)鼐用竦纳敭a(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的損害。通常來講?;肥怯脙捃囘\輸?shù)模?dāng)內(nèi)部壓力大于外部壓力時,便容易發(fā)生泄漏事故,車內(nèi)物質(zhì)會快速地通過空氣進(jìn)行擴(kuò)散,當(dāng)滿足一定條件后,便會發(fā)生燃爆事故。而在隧道這種半封閉的環(huán)境中,?;钒l(fā)生爆炸的危害較為嚴(yán)重,隧道中大部分車輛和人員都會受到波及,因此注重對交通類隧道中?;沸孤┡c燃爆理論的研究,有助于我們降低危化品泄漏、燃爆的發(fā)生幾率[1]。

1 交通類隧道分類、挖法、特點及?;肥鹿?/h2>

交通類隧道建設(shè)過程通常包括規(guī)劃、勘測、設(shè)計、測量、施工等工作,是為避免大坡道或縮短距離,而從丘陵、山嶺或水底等穿越而成的通道。通常根據(jù)隧道所處地理位置可分為山嶺隧道、水下隧道、城市隧道三種,其中山嶺隧道修建較為廣泛、應(yīng)用較多。在隧道挖掘?qū)用?,我國常用的交通類隧道挖掘方法主要有暗挖法與明挖法兩種,明挖法通常用在城市鐵路和淺埋隧道中,而常見的山嶺隧道通常采用暗挖法。此外,根據(jù)挖掘位置和挖掘斷面,還可以將隧道挖掘方法劃分為全斷面法、臺階法和分部開挖法三種。在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的過程中,物探技術(shù)、遙感技術(shù)、航空勘測技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代交通隧道主要應(yīng)用的技術(shù)和方法。通過理論研究和實踐探究,我們能夠發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代交通類隧道主要擁有形狀扁平、斷面大,需要通風(fēng)、照明及防水要求較高等基本特征和特點,其所擁有的基本特征、特點與其工程施工過程、挖掘方法及交通運輸要求存在緊密的聯(lián)系,但也正因為如此,才導(dǎo)致?;沸孤┡c燃爆后的危害,相對嚴(yán)重。譬如2017年河北保定發(fā)生一輛罐車與八輛普通車輛相撞的事故,導(dǎo)致13人死亡。由于?;啡急臻g扁平、狹小,人員來不及疏散,傷害難以得到控制。而通過分析?;愤\輸車輛在隧道運輸中所發(fā)生事故的情況和原因,能夠發(fā)現(xiàn),?;奋囕v通常是由于車輛密集、光線昏暗、車外氣壓小等原因發(fā)生碰撞和泄漏風(fēng)險的。此外,如果隧道路面不夠平整,還容易造成?;穬?nèi)部壓強(qiáng)加大,使?;烦霈F(xiàn)泄漏的概率加大,因此交通類隧道施工質(zhì)量在某種層面上,對危化品事故發(fā)生的概率,有一定的影響[2]。

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2.1 ?;沸孤├碚?/h3>

首先是泄漏介質(zhì)。由于我國天然氣資源分布不夠均勻和均衡,導(dǎo)致東部地區(qū)匱乏、西部儲備豐富。為切實解決我國能源需求及供給問題,相關(guān)政府部門通常采用管道運輸?shù)姆绞綄ξ鞑刻烊粴赓Y源進(jìn)行運輸。雖然這種運輸方式能夠解決東部地區(qū)的資源應(yīng)用需求,然而造價太高,成本支出較大,所以在天然氣資源運輸上,比較常用的方式依舊是儲罐車運輸。由于液化天然氣擁有高壓、低溫易爆易燃的特征,導(dǎo)致其在運輸過程中經(jīng)常遇到泄漏和燃爆的風(fēng)險。所以在泄漏介質(zhì)選擇上,我們可以以天然氣為主。其次是擴(kuò)散模型。西方學(xué)者和專家在探究氣體擴(kuò)散案例的過程中,提出了唯象模型、工程模型的概念。其中唯象模型,主要指通過檢測、繪制、整理“瞬時、連續(xù)”泄漏的實驗數(shù)據(jù),明確?;沸孤┖蛿U(kuò)散的基本特征和特點。然而在實踐應(yīng)用中,唯象模型卻難以應(yīng)用在地表粗糙的環(huán)境中,不過在計算機(jī)技術(shù)的支持下,唯象模型的不足得到了更好的彌補[3]。而工程模型主要包括箱模型、淺層模型、相似模型三種,能夠通過分析泄漏云團(tuán)的溫度、濃度及空間特點的方式,確定?;沸孤?、擴(kuò)散的形式。再次是泄漏過程。危化品尤其是天然氣在泄漏與擴(kuò)散的過程中,會經(jīng)過重力沉降、空氣卷吸、云團(tuán)加熱等過程。其中重力沉降主要指危化品噴出后,會先向上進(jìn)行運動,隨后在隧道風(fēng)力的影響下,向下沉降??諝饩砦感孤怏w會在沉降的過程中,被空氣所稀釋。云團(tuán)加熱則指,?;窔怏w吸收周圍空氣熱量,提升自身溫度的過程。

2.2 ?;啡急碚?/h3>

首先是燃爆條件,?;诽貏e是天然氣要想“燃爆”應(yīng)具備以下三個條件。①空氣與甲烷混合,并且甲烷濃度占總濃度的5%-16%;②氧氣含量應(yīng)達(dá)到13%以上;③要擁有足夠的點火源,最小的火源應(yīng)為0.41MJ。其次是燃爆形式。天然氣及其他?;啡急问街饕ūZ、爆燃、定容爆炸與定壓爆炸等四種。其中爆轟通常是氣體爆炸的最高形式,火焰面與壓力波相互重合,密度和壓力變化較大。定容爆炸指混合物在剛性容器中的爆炸過程,釋放的能量容易被剛性容器所吸收,壓力較大、溫度較高。結(jié)合交通類隧道的特點,能夠發(fā)現(xiàn),我國幾種常見的交通類隧道,都可看作“剛性容器”。爆燃則指帶有壓力波的爆炸或燃燒形式,如果火焰在燃燒中遇到制約或限制,則會形成壓力波,其火焰速度和沖擊波的傳播速度較快。定壓燃燒,則指氧氣和燃料在壓力環(huán)境不變的情況下進(jìn)行燃燒,并不會對周圍事物造成加大的破壞性。再次是影響燃爆的極限因素,通常包括溫度影響、壓力影響、惰性氣體、管徑和容器等。①管徑、容器:管徑和容器越小、極限范圍越小,當(dāng)表面熱量超過燃燒熱量時,火焰會熄滅;②惰性氣體:混合氣體中的惰性氣體比重較大時,爆炸極限便會越小;③壓力。當(dāng)壓力減小后,爆炸極限也會隨之減??;④溫度。溫度越高,爆炸范圍及其極限越大,反之越小。在?;啡紵碚撆c實踐研究中,西方學(xué)者提出了預(yù)混燃燒模型及渦耗模型,都能對?;啡急拗颠M(jìn)行深入而科學(xué)的探究。

3 交通類隧道危化品泄漏、燃爆事故防范

結(jié)合我國交通類隧道工程分類、挖法、特點及?;繁?,我們能夠發(fā)現(xiàn)交通類隧道結(jié)構(gòu)在某種程度上,對?;沸孤⑷急鹿实目刂?,擁有明顯的影響,而通過?;啡急c泄漏的理論分析,我們還能發(fā)現(xiàn),交通類隧道風(fēng)速、溫度、混合氣濃度是事故擴(kuò)散速率和范圍的重要影響因子,因此我們需要在重點分析各類影響因素的前提下,提出相應(yīng)的防范策略[4]。

3.1 優(yōu)化交通類隧道通風(fēng)裝置

通常來講,當(dāng)泄漏速率超過風(fēng)速時,?;沸孤┧艿剿淼里L(fēng)力影響較小,會出現(xiàn)典型的小孔射流現(xiàn)象,對周圍環(huán)境的影響有限。但當(dāng)風(fēng)速加大后,泄漏氣體的擴(kuò)散速度會加快,最遠(yuǎn)可達(dá)235m。結(jié)合我國交通類隧道“需要通風(fēng)”的特點,當(dāng)隧道長度超過150m的時候,采用機(jī)械通風(fēng)的方式,為隧道進(jìn)行通風(fēng),通常分為壓入式通風(fēng)、吸出式通風(fēng)、混合式通風(fēng)等三種,并且通風(fēng)管應(yīng)滿足“接頭嚴(yán)密”“安裝平順”的基本要求。在?;钒l(fā)生爆炸后,相關(guān)工作人員或者救護(hù)者應(yīng)從隧道通風(fēng)的角度出發(fā),降低通風(fēng)量,減小隧道中的空氣流動速率,以此降低?;沸孤U(kuò)散的速度,控制事故的影響范圍。此外,在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持和幫助下,相關(guān)負(fù)責(zé)人可通過PLC控制器或物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對事故數(shù)據(jù)進(jìn)行及時分析和處理,并自動斷開通風(fēng)裝置的電源,使事故預(yù)防和控制工作得到順利、有效、全面、快速的開展。

3.2 設(shè)置制冷設(shè)施或裝置

通過理論研究與相關(guān)實證研究結(jié)果,我們能夠發(fā)現(xiàn),當(dāng)危化品泄漏環(huán)境的溫度較低時,氣體分子的運動速率較慢,擴(kuò)散能力相對較小。然而當(dāng)溫度持續(xù)升高后,氣體分子擴(kuò)散能力加大、運動加快,譬如當(dāng)隧道溫度達(dá)到35攝氏度時,氣體會擴(kuò)散到42m左右。因此合理控制?;犯浇沫h(huán)境溫度,擁有鮮明的現(xiàn)實意義和價值。在交通類隧道中,相關(guān)負(fù)責(zé)人應(yīng)通過應(yīng)用隧道降溫系統(tǒng),對隧道環(huán)境進(jìn)行降溫,以此控制隧道的整體溫度,控制?;窔怏w泄漏、燃爆的風(fēng)險。在隧道降溫系統(tǒng)的研制和應(yīng)用中,我國學(xué)者及專家已經(jīng)申請了相關(guān)的專利,如吳志軍、張鵬林、劉泉聲等人在2019年申請的隧道降溫系統(tǒng),并指出了技術(shù)實現(xiàn)的相關(guān)要素,如“輸送部件”“增壓部件”“噴出部件”等。但在深入探究后,可知這些專利普遍被應(yīng)用在交通類隧道的不同環(huán)節(jié)中,主要解決工段溫度升高的問題。不過,通過對這些專利的延伸性應(yīng)用,可以在某種程度上,為我國?;肥鹿侍幚砼c預(yù)防工作,提供技術(shù)支持。

3.3 探究綜合預(yù)防舉措

首先,在危化品運輸層面。通過?;沸孤?、燃爆理論的研究,我們可以明確當(dāng)混合氣體濃度較大時,爆炸的熱值會隨之變大,燃燒速度也會加快。不過15%含量的?;酚捎诤趿枯^低,因此燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳會抑制燃燒。所以在危化品運輸?shù)倪^程中,相關(guān)負(fù)責(zé)人或者供應(yīng)商,應(yīng)將危化品含量控制在一定的范圍內(nèi),才能降低危化品燃爆的風(fēng)險。而在運輸車輛的層面上,司機(jī)應(yīng)做好車輛檢修、保養(yǎng)及檢查工作,通過嚴(yán)格遵循道路安全規(guī)則,降低危化品泄漏與燃爆事故的發(fā)生概率。其次是在道路安全上,我國交通類隧道應(yīng)確保隧道道路平整、寬敞、穩(wěn)定[5]。因為道路不平整,容易導(dǎo)致?;愤\輸車輛出現(xiàn)顛簸現(xiàn)象,從而致使?;沸再|(zhì)發(fā)生變化,引起儲罐內(nèi)部壓力增強(qiáng),進(jìn)而出現(xiàn)泄漏風(fēng)險。此外,相關(guān)部門應(yīng)做好?;沸孤?、燃爆的安全防護(hù)、管理及統(tǒng)籌工作,通過制度制定、體系完善,使事故發(fā)生概率降低到最小。

4 結(jié)語

交通類隧道?;沸孤⑷急碚撗芯?,能夠幫助我國相關(guān)政府部門、管理者及負(fù)責(zé)人,明確影響“?;沸孤?、燃爆”的因素,通過科學(xué)合理地優(yōu)化交通類隧道施工體系、程序、技術(shù)及內(nèi)容的方式,降低危化品事故的發(fā)生概率。譬如在理論研究的過程中,我們可以確定風(fēng)速、溫度及濃度對危化品泄漏燃爆的影響較為顯著。因此相關(guān)部門和人員,可以從制冷系統(tǒng)、通風(fēng)裝置等角度出發(fā),提高?;肥鹿暑A(yù)防的整體質(zhì)量。

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