随着公路及铁路的飞速发展，隧道不断的增多，隧道的种类也很多，按用途分，有铁路隧道、公铁两用隧道、地铁隧道。与此同时隧道火灾事故的发生概率也随之增多，对人身健康、安全以及国家财产都造成巨大的损害。

由于隧道的特殊性使得消防安全非常重要。隧道的外围是土壤或岩石，只有内部空间，发生火灾时，热气流上升，冷空气流从隧道下部向着火点补充，热烟气不能及时排除，热量聚集，内部温度上升快，可能较早出现轰燃^[1] 。混凝土的力学性能会随温度升高而改变，当超过500℃时，抗压强度仅为原来的60％，在此温度下持续燃烧一段时间之后，以承受压应力为主的混凝土衬砌结构可能会发生开裂、崩塌等现象，混凝土爆裂会使钢筋直接暴露在火中，并且减少了承载结构的横截面积，这些作为隧道整体结构的”骨架”在长时间高温作用下将发生软化而导致屈服度及刚度下降，会引起隧道的坍塌，不但阻碍了救援行动，还可能导致隧道整体结构的破坏，从而造成更严重的事故^[2]。

而且，因隧道内通风不足，燃烧不充分，CO、CO₂及其它有毒烟气浓度也迅速增加。火灾烟气是火灾燃烧过程中的一项重要产物。火灾烟气的危害主要表现能见度的影响，呼吸方面的影响以及温度方面的影响三方面。几乎所有的火灾都会产生大量烟气。事故统计表明，火灾中80%以上死亡是由烟气所导致的其中大部分是吸入了烟尘及有害气体昏迷后而致死^[3]。烟气是导致隧道内人员死亡的最主要因素,隧道火灾的早期探测报警及初期烟气的有效管理是保证人员疏散的重要措施^[4]。

隧道火灾事故时有发生，如1996年11月18日英法海峡隧道发生火灾，导致6辆卡车烧毁，11辆卡车与火车头被烧坏。1999年3月24日位于法国和意大利边境的勃朗峰隧道发生特大恶性火灾，造成41人死亡和40余辆汽车被毁。2001年10月24日,瑞士的新圣哥达隧道火灾事故，毁坏车100辆, 造成11人死亡,交通中断约2个月^[2]。2001年10月25日，瑞士阿尔卑斯山区隧道发生车锅，引起的大火造成20人死亡，车祸引发的大火使隧道顶部坍塌，严重影响消防人员的救援工作^[5]。总之隧道火灾一旦发生，必将造成严重的损失。因此对半敞开式隧道火灾时烟气的运动进行研究，可以科学的了解隧道火灾时内部烟气的运动原理，对合理的解决隧道火灾，防止惨剧的发生或进一步加大具有重要意义，可以真正的预防事故发生和减少生命以及财产损失。

国外研究现状及进展

在半敞开式隧道火灾研究方面，由于隧道火灾的规模受到烟气运动的影响十分的大，所以国外很早就有学者开展了这方面的试验研究。这些试验有些是在实验室中进行，也有些是在废弃的实际隧道中进行的。但多以废弃隧道、寿命期内隧道和综合隧道试验基地为主，如挪威Runehamar隧道、荷兰Benelux2隧道火灾试验和西班牙TST隧道火灾综合防火基地^[6]。除了上述试验，国外学者专家也利用计算机软件模拟技术，对隧道火灾进行模拟试验。如Cox^[7]等较早的使用CFD研究公路隧道火灾，建立了JASMINE数学模型。研究了不同纵向风速下隧道内中型火灾的温度场、流场、烟气浓度场的动态发展^[8]。Chow^[9]利用CFAST 软件，将隧道假设为多个房间，模拟了不同物体（如：火车、地铁列车、卡车、公共汽车等）引起的隧道火灾的特性^[1]。Wu和Bakar^[10]利用CFD通用软件Fiuent模拟了5种矩形断面隧道火灾并用LDV测量了烟气羽流区域的速度分布，进行对比分析。对比结果表明，CFD很好地模拟了速度场的分布，特别是烟气回流区域的速度场与试验结果吻合较好^[1]。Woodburn和Britter^[11]采用有浮力修正的紊流模型计算，并采用壁面函数模拟近壁流态，采用FLOW3D模拟了隧道内火源附近以及火源下风方向区域的热特性及烟气流动状况，表明除纵向通风速度对烟气回流扩散范围具有决定性影响外，火源的热释放速率以及紊流模型的选择对烟气回流扩散范围影响也较大，而火源下风方向区域的温度场、速度场与紊流模型的选择几乎无关^[8]。

国内研究现状及进展

相比于国外在半敞开式隧道火灾方面较为系统深入的研究而言，我国对此进行的研究较为分散。在试验研究方面，主要以在实验室进行的模型试验为主^[1]，但也有全尺寸火灾试验。王彦富，龚延风，蒋军成等^[12]进行了半敞开式火灾试验，研究了项部开口半敞开式隧道在采用自然通风模式下的火灾特性，设计并实施了隧道火灾全尺寸实体试验，得到了温度随时间的变化数据，温度随着离开火源距离的变化数据，烟气纵向蔓延和沉降数据。诸德志，蒋军成^[4]采用CFD方法运用双方程模型对半敞开式隧道着火时烟气扩散情况进行模拟，比较不同季节时的自然通风效果。王彦富，蒋军成，龚延风等^[2]研究了隧道火灾的火羽流特性，验证半敞开式隧道采用自然通风模式下发生火灾时是否安全，在已建成的半敞开式隧道中设计并实施了全尺寸火灾试验，得到了半敞开式隧道火灾的烟气温度变化规律和烟气纵向蔓延数据。试验结果验证了李开源和H.kurioka^[13]等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式可以用于半敞开式隧道自然通风的研究。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的卢平、从北华^[14]等将地铁隧道通风和排烟系统作为一个整体考虑，引入地铁隧道火灾烟气的浮力效应和热阻效应，建立了隧道通风网络火灾模拟的数学模型，分析了地铁隧道火灾烟气逆流的临界条件、临界流速、隧道风流及烟流流速与火灾强度的变化关系^[8]。

存在的问题

虽然半敞开式隧道火灾研究己经取得了较大的成绩，为隧道火灾的预防与控制提供了科学的依据，但是目前对隧道火灾的模拟研究仍然处于一个发展摸索阶段。由于隧道的多样性和隧道火灾的复杂性，使得各类研究往往具有一定的针对性。在对隧道火灾的各类研究方法中也存在着较大的差异，其中场模拟、区域模拟与网络模拟所得到的结果有着较大的区别，对火灾烟气的流动模拟也存在着各种不同的数值模型。另外存在各类不同的数值模拟软件如Fluent、Ansys、Phocnics、FDS等，它们对隧道火灾的模拟也具有一定的差异^[15]。

参考文献

[1]洪丽娟,刘传聚。隧道火灾研究现状综述[J]。地下空间与工报,2005.2(1):149~155.