Αξιολόγηση της επίδρασης της κλίσης οδικής σήραγγας στην εξέλιξη της φωτιάς και του διαθέσιμου χρόνου πριν την εκκένωση

Κανλή, Ελευθερία; Kanli, Eleftheria

dc.contributor.author	Κανλή, Ελευθερία	el
dc.contributor.author	Kanli, Eleftheria	en
dc.date.accessioned	2024-11-08T13:25:44Z
dc.date.available	2024-11-08T13:25:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60405
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28101
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπόγειων Έργων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Φωτιά σε σήραγγα	el
dc.subject	Κλίση σήραγγας	el
dc.subject	Αερισμός σήραγγας	el
dc.subject	Διαθέσιμος χρόνος εκκένωσης	el
dc.subject	Φαινόμενο καμινάδας	el
dc.title	Αξιολόγηση της επίδρασης της κλίσης οδικής σήραγγας στην εξέλιξη της φωτιάς και του διαθέσιμου χρόνου πριν την εκκένωση	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπόγεια έργα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-01
heal.abstract	Από τα μέσα του περασμένου αιώνα έχουν υλοποιηθεί σημαντικά τεχνικά επιτεύγματα σε σχέση με την ανάπτυξη των υπόγειων χώρων και ιδιαίτερα των σηράγγων. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μίας νέας πρόκλησης αυτή της ασφάλειας των υπόψη υποδομών, λόγω της ιδιαίτερης φύσης τους. Έτσι, με αφορμή αρκετά τραγικά δυστυχήματα που σημειώθηκαν, ένα από τα κυριότερα ζητήματα που προέκυψε είναι αυτό της πυρασφάλειας. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν γίνει βήματα έτσι ώστε να οριστεί το θεσμικό πλαίσιο και να καθοριστούν οι απαιτήσεις που πρέπει να πληρούνται τόσο σε διεθνές όσο και σε εθνικό επίπεδο σε περίπτωση πυρκαγιάς εντός σήραγγας. Ο πρωταρχικός στόχος είναι η διασφάλιση της ευημερίας των ατόμων κατά τη διάρκεια καταστάσεων έκτακτης ανάγκης πράγμα που αποτελεί μια θεμελιώδη πτυχή του σχεδιασμού υπόγειων χώρων. Συνεπώς, η αξιολόγηση των διαφόρων μέσων ταχείας εκκένωσης είναι βαρύνουσας σημασίας, ιδιαίτερα σε περίπτωση πυρκαγιάς. Η διαδικασία της εκκένωσης επηρεάζεται άμεσα από την εξέλιξη του φαινομένου της φωτιάς. Κατά τη διάρκεια μιας πυρκαγιάς σε σήραγγα, δημιουργείται καπνός, μέσω του οποίου μεταφέρονται τα τοξικά αέρια της καύσης και ταυτόχρονα αυξάνεται η θερμοκρασία. Η κίνηση αυτή γίνεται από την εστία της φωτιάς προς την υπόλοιπη σήραγγα. Εάν η σήραγγα έχει κλίση ή αερισμό τότε ο καπνός προωθείται προς μία κατεύθυνση. Ειδικότερα για την περίπτωση της κλίσης αυτό που παρατηρείται είναι το φαινόμενο της καμινάδας, κατά το οποίο ο καπνός διοχετεύεται προς τα ανηφορικά. Καθώς η κλίση αυξάνεται, το φαινόμενο ενισχύεται. Συνεπώς, αν λόγω της κλίσης ή του αερισμού ο καπνός κατευθύνεται προς τα εκεί που κινούνται οι χρήστες, η εκκένωση αναμένεται να επηρεαστεί αρνητικά. Η παρούσα Εργασία εξετάζει την επιρροή της κλίσης στην εξέλιξη του φαινομένου της φωτιάς, καθώς επίσης και την περίπτωση ταυτόχρονης ύπαρξης αερισμού. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση κατά την οποία η δράση της κλίσης και του αερισμού είναι αντίθετες. Για την εκπόνηση της Εργασίας, διεξήχθησαν 10 προσομοιώσεις φωτιάς σε σήραγγα με το λογισμικό Pyrosim της εταιρείας ThunderHead Engineering. Οι μεταβαλλόμενες παράμετροι ήταν η κλίση της σήραγγας (0%, +1% και +3%) και η ταχύτητα του αέρα (0 και 1 m/s). Η φωτιά σχεδιασμού περιγράφεται από τη Διοικητική Αρχή Σηράγγων (ΔΑΣ) και έχει μέγιστο ρυθμό απελευθέρωσης θερμότητας (HRR) 100 MW. Το μήκος της σήραγγας σχεδιάστηκε στα 800 m και η φωτιά τοποθετήθηκε στο κέντρο. Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων προκύπτει ότι η κλίση διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην κίνηση του καπνού και κατ’ επέκταση στην εξέλιξη της φωτιάς. Για μικρές τιμές κλίσης ο καπνός διαχέεται προς τα ανηφορικά κατά τρόπο ομοιόμορφο καλύπτοντας όλο το τμήμα από τη φωτιά μέχρι το στόμιο στα ανάντη. Για μεγαλύτερες τιμές η μεταβολή είναι πιο απότομη και ο καπνός συσσωρεύεται στα πρώτα 100 m από τη φωτιά. Αυτό συμβαίνει διότι το φαινόμενο της καμινάδας είναι εντονότερο και έτσι ο καπνός κινείται πιο γρήγορα προς τα ανηφορικά, χωρίς να μένει στάσιμος για μεγάλη έκταση. Εάν ταυτόχρονα στη σήραγγα υπάρχει αερισμός, τότε η δράση του μπορεί να είναι είτε ομόφορη με αυτή της κλίσης είτε αντίθετη. Στην πρώτη περίπτωση ο καπνός κινείται γρήγορα προς μία κατεύθυνση χωρίς να εξαπλώνεται σε όλη τη σήραγγα και υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα καθαρός διάδρομος διαφυγής. Όταν η δράση του αερισμού είναι αντίθετη από αυτής της κλίσης για την περίπτωση ήπιας κλίσης το ο καπνός περιορίζεται στο κεντρικό τμήμα της σήραγγας εκατέρωθεν της φωτιάς. Αυξανομένης της κλίσης, αλλά για την ίδια χαμηλή τιμή αερισμού, ο καπνός εξαπλώνεται σε όλο το τμήμα που το ωθεί η κλίση και δε συσσωρεύεται σε ένα περιορισμένο τμήμα (όπως συνέβη στην περίπτωση έντονης κλίσης χωρίς αερισμό). Για τη μελέτη της εκκένωσης πραγματοποιήθηκαν 14 προσομοιώσεις με το λογισμικό Pathfinder της εταιρείας ThunderHead Engineering, βάσει των δεδομένων που εξήχθησαν από τις αναλύσεις της φωτιάς. Η έξοδος διαφυγής σχεδιάστηκε σε απόσταση 300 m από τη φωτιά, που είναι και η μέγιστη επιτρεπόμενη. Κατά τις προσομοιώσεις εξετάστηκαν 5 κατηγορίες χρηστών ανάλογα με την απόστασή τους από τη φωτιά τη στιγμή που ξέσπασε (10 m, 50 m, 100 m, 150 m και 200 m). Λόγω της κίνησης του καπνού μεταβάλλονται οι περιβαλλοντικές συνθήκες προσθέτοντας επιβάρυνση στους χρήστες η οποία παρακωλύει τη διαδικασία της εκκένωσης. Η επιβάρυνση αυτή ποσοτικοποιείται μέσω της κλασματικής δραστικής δόσης (FED) και υπολογίζεται ξεχωριστά λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας και λόγω της τοξικότητας των αερίων. Εκ των δύο κρισιμότερη είναι η επιβάρυνση λόγω θερμοκρασίας και βάσει αυτής υπολογίζονται οι χρόνοι εκκένωσης. Μία επιπλέον παράμετρος η οποία έμμεσα παρεμποδίζει την εκκένωση είναι η μείωση της ορατότητας εξαιτίας της οποίας επιβραδύνεται η κίνηση των χρηστών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι χρήστες να παραμένουν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε δυσμενείς συνθήκες. Η Εργασία διερευνά πόσος είναι ο χρόνος που διαθέτουν οι χρήστες πριν ξεκινήσουν να εγκαταλείπουν τη σήραγγα. Αυτό γίνεται μέσω δοκιμών προσομοιώσεων εκκένωσης για διάφορες τιμές αρχικής χρονοκαθυστέρησης, μέχρι ο εκάστοτε χρήστης να φτάσει στην έξοδο διαφυγής οριακά, δηλαδή όταν η συνολική επιβάρυνση λόγω θερμοκρασίας λάβει την τιμή FED = 0.3. Λόγω της επίδρασης της κλίσης ο καπνός κινείται προς συγκεκριμένη κατεύθυνση, εάν αυτή είναι προς την αντίθετη πλευρά από εκείνη που επιχειρούν να κινηθούν οι χρήστες, τότε όπως ήταν αναμενόμενο ο διαθέσιμος χρόνος που έχουν είναι υπεραρκετός. Ενδιαφέρον, παρουσιάζουν οι περιπτώσεις κατά τις οποίες ο καπνός κινείται ομόφορα με τους χρήστες. Πιο συγκεκριμένα, στα σενάρια χωρίς την ύπαρξη αερισμού, η έντονη κλίση επειδή συσσωρεύει τον καπνό στα πρώτα 100 m από τη φωτιά αφήνει στους χρήστες έναν καθαρό διάδρομο κίνησης και ως εκ τούτου έχουν αυξημένη διαθέσιμη χρονοκαθυστέρηση, άνω των 225 sec. Αντίθετα, όταν ο καπνός διαχέεται ομοιόμορφα σε μεγαλύτερο μήκος, λόγω ηπιότερης κλίσης, τότε οι συνθήκες για τους χρήστες περιορίζουν το χρόνο που διαθέτουν προτού ξεκινήσουν με τη μικρότερη τιμή να αφορά τους κοντινότερους στη φωτιά χρήστες και να μην ξεπερνά τα 40 sec. Στην περίπτωση έντονης κλίσης και αντίθετου αερισμού, ο καπνός εξαπλώνεται σε μεγάλη έκταση προς τα ανηφορικά και οι χρήστες επίσης έχουν περιορισμένο χρόνο, με τη δυσμενέστερη περίπτωση να μην ξεπερνά τα 85 sec. Συγκρίνοντας όλα τα Σενάρια που μελετήθηκαν, η Εργασία καταλήγει ότι η καλύτερη κατασκευαστική λύση αφορά σε σήραγγα χωρίς κλίση και με μικρή τιμή αερισμού (1 m/s). Στην περίπτωση αυτή οι χρήστες έχουν αρκετό χρόνο προτού ξεκινήσουν να απομακρύνονται (άνω των 300 sec). Εφόσον χρειάζεται να έχει κλίση η σήραγγα (έως 1%), τότε επίσης με μικρή τιμή αερισμού (1 m/s) οι χρήστες έχουν στη διάθεσή τους τουλάχιστον 225 sec. Ωστόσο, εάν η σήραγγα πρέπει να κατασκευαστεί με εντονότερη κλίση (3%), τότε είναι προτιμότερο να μην υπάρχει αερισμός. Σε αυτή την περίπτωση οι χρήστες διαθέτουν τουλάχιστον 255 sec πριν την έναρξη της εκκένωσης.	el
heal.advisorName	Μπενάρδος, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μενεγάκη, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Δαμίγος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	150 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false