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公路隧道运营风险评估及火灾逃生研究

作　者: 赵峰
导　师: 夏永旭
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 公路隧道 风险评估 事故分析 风险接受准则 定量风险分析 疏散模型 逃生条件 风险减轻
分类号: U458.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


公路隧道作为地下工程具有不可预见性的特点,在建设和运营过程中存在着巨大的风险。近年来,国内外在公路隧道建设和运营过程中发生了一些重大事故,造成了巨大的人员伤亡和经济损失,产生了严重的社会影响。因此,将风险管理的相关理论引入到公路隧道工程中势在必行。目前,国内对于公路隧道建设期风险的研究已经取得了一定的成果,但对于运营期风险的研究则相对很少。本论文在国内首次建立了一套较完整的公路隧道运营风险评估体系和评估方法,主要包括运营事故统计分析、运营风险接受准则、运营风险定量风险分析方法、火灾热释放率及逃生研究等几部分内容。首先,论文通过对收集的208起国内公路隧道交通事故、103起国内公路隧道火灾事故以及31起国外严重火灾事故进行统计分析,得出了我国公路隧道运营事故在事故形态、产生原因、发生频率及事故损失等方面的初步规律,并列举了各种影响公路隧道运营风险的基本因素。其次,论文通过对我国2000～2008年各类主要事故死亡率(包括交通事故死亡率)以及自然灾害死亡率进行统计分析,并结合个人风险接受准则的制定原则,首次给出了我国建议的公路交通行业个人风险接受准则：可接受标准为1×10-6,可忍受标准为5×10-5；通过对欧洲几个主要国家的社会风险接受准则进行分析探讨,结合社会风险接受准则的制定原则以及我国国情,首次提出了建议的我国公路隧道运营社会风险接受准则F-N曲线。进而给出了建议的经济风险接受准则F-D曲线以及环境风险接受准则F-T曲线。第三,论文结合风险分析基本模型以及公路隧道运营特点,系统地建立了一套公路隧道运营风险定量分析方法,给出了适用于我国的公路隧道设计事故场景及公路隧道运营风险概率模型和损失模型,并初步给出了火灾事故和危险货物运输泄露事故等典型风险事故的风险概率及风险后果。第四,火灾是典型的公路隧道运营事故,本论文通过对公路隧道火灾逃生的相关内容进行系统研究,取得了以下研究成果：1)建议在火灾事故场景风险分析中采用平方增长的初始阶段火灾模型作为设计火灾模型,并给出了不同设计火灾的参数取值及热释放率增长曲线；2)初步给出了公路隧道运营风险评估中人员疏散逃生模型的基本框架；3)通过对FED扩展模型和PUSER模型中的几种关键气体毒性以及高温危害进行对比分析,提出联合采用PUSER窒息气体模型和修正Crane高温气体模型作为公路隧道火灾人员逃生的条件。第五,论文以雁门关隧道为例,分析了该隧道运营期的社会风险。通过对不同设计事故场景进行计算分析,给出了各类风险事故发生的频率和后果,并最终绘制了雁门关隧道社会风险F-N曲线。验证了本论文提出的风险评估方法的可操作性。最后,论文简要地总结分析了公路隧道运营风险减轻的27项基本措施,并按照用户、运营管理、基础设施和车辆等几个方面给出了提高公路隧道运营安全的措施。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章 绪论  14-34
  1.1 隧道风险评估理论的国内外研究现状  14-21
    1.1.1 风险的基本概念  14-16
    1.1.2 公路隧道工程风险的基本定义  16-17
    1.1.3 国内外隧道工程风险研究现状  17-21
  1.2 公路隧道工程风险评估基本体系  21-31
    1.2.1 公路隧道工程风险评估基本流程  21-22
    1.2.2 公路隧道风险辨识  22-23
    1.2.3 公路隧道风险估计  23-27
    1.2.4 公路隧道风险评价及决策模型  27-31
    1.2.5 隧道风险评估方法  31
  1.3 论文的主要工作内容  31-34
    1.3.1 目前公路隧道运营风险评估研究中存在的问题  31-32
    1.3.2 开展公路隧道运营风险评估研究的意义  32
    1.3.3 论文研究的总体框架  32-33
    1.3.4 论文的主要研究内容  33-34
第二章 公路隧道运营事故统计分析  34-58
  2.1 公路隧道运营事故总体特征  34-36
    2.1.1 公路隧道运营事故基本要素逻辑关系  34-35
    2.1.2 公路隧道运营事故分级  35-36
  2.2 公路隧道运营事故统计分析  36-48
    2.2.1 国外公路隧道车辆故障统计  36-37
    2.2.2 我国公路隧道交通事故统计  37-43
    2.2.3 我国公路隧道火灾事故统计  43-46
    2.2.4 国外公路隧道严重火灾事故统计  46-48
  2.3 典型公路隧道运营事故分析  48-53
    2.3.1 典型交通事故  48-49
    2.3.2 典型火灾事故  49-50
    2.3.3 典型危险品事故  50-51
    2.3.4 其它事故  51-53
  2.4 公路隧道运营风险因素辨识  53-55
    2.4.1 公路隧道运营事故发展历程分析  53-54
    2.4.2 公路隧道运营风险基本因素  54
    2.4.3 公路隧道运营风险因素辨识  54-55
  2.5 本章小结  55-58
第三章 公路隧道运营风险接受准则研究  58-80
  3.1 风险接受准则概述  58-59
    3.1.1 ALARP准则  58-59
    3.1.2 风险接受准则分类  59
  3.2 国内外风险接受准则  59-67
    3.2.1 个人风险接受准则  59-62
    3.2.2 社会风险接受准则  62-66
    3.2.3 经济风险接受准则  66
    3.2.4 环境风险接受准则  66-67
    3.2.5 总风险  67
  3.3 我国公路隧道运营风险接受准则研究  67-79
    3.3.1 个人风险接受准则研究  68-71
    3.3.2 社会风险接受准则研究  71-75
    3.3.3 经济风险接受准则研究  75-77
    3.3.4 环境风险接受准则研究  77-79
  3.4 本章小结  79-80
第四章 公路隧道运营风险定量分析方法研究  80-105
  4.1 隧道运营风险分析的方法与流程  80-84
    4.1.1 基本方法  80-82
    4.1.2 基本流程  82-83
    4.1.3 隧道风险分析基本因素  83-84
  4.2 公路隧道风险分析设计事故场景  84-89
    4.2.1 设计事故场景选择的原则  84-85
    4.2.2 设计火灾场景  85-88
    4.2.3 危险货物运输设计事故场景  88
    4.2.4 设计事故场景选择  88-89
  4.3 公路隧道风险分析概率模型  89-99
    4.3.1 基础概率  89-94
    4.3.2 修正基础概率  94-96
    4.3.3 条件损失概率  96-99
  4.4 公路隧道风险分析损失模型  99-103
    4.4.1 火灾危害模型  99-100
    4.4.2 危险货物后果模型  100
    4.4.3 损失模型  100-103
  4.5 本章小结  103-105
第五章 公路隧道火灾热释放率研究  105-128
  5.1 火灾对人的危害  105-109
    5.1.1 能见度降低  105-106
    5.1.2 有害气体  106-108
    5.1.3 高温  108-109
  5.2 设计火灾的内容  109-114
    5.2.1 隧道壁面最大温度  109-110
    5.2.2 温度-时间曲线  110-111
    5.2.3 火荷载  111
    5.2.4 热释放率  111-113
    5.2.5 烟气生成量  113-114
    5.2.6 有毒气体  114
    5.2.7 能见度  114
  5.3 火灾热释放率研究  114-126
    5.3.1 热释放率研究概况  115-116
    5.3.2 影响热释放率的一些因素  116-118
    5.3.3 热释放率增长模型  118-123
    5.3.4 隧道火灾试验热释放率统计分析  123-125
    5.3.5 不同火灾场景的热释放率研究  125-126
  5.4 本章小结  126-128
第六章 公路隧道火灾疏散模型及逃生条件研究  128-147
  6.1 公路隧道火灾人员疏散模型基本框架  128-135
    6.1.1 疏散时间  128-131
    6.1.2 车队序列模型  131-132
    6.1.3 火灾烟气控制通风  132-135
  6.2 火灾烟气毒性评价模型  135-141
    6.2.1 火灾烟气毒性评价模型概述  135-137
    6.2.2 火灾烟气FED扩展模型  137-139
    6.2.3 PURSER模型(工程应用模型)  139-141
    6.2.4 不同评价模型适用条件  141
  6.3 隧道火灾逃生条件研究  141-146
    6.3.1 烟雾能见度对逃生的影响  141
    6.3.2 有毒气体对逃生的影响  141-144
    6.3.3 高温危害模型对比  144-146
    6.3.4 公路隧道火灾人员逃生条件  146
  6.4 本章小结  146-147
第七章 公路隧道运营风险评估示例  147-171
  7.1 雁门关隧道运营风险评估流程  147-148
  7.2 雁门关隧道运营风险场景设定  148-151
    7.2.1 雁门关隧道基本信息  148-149
    7.2.2 事故场景设定  149-151
  7.3 雁门关隧道风险概率  151-154
    7.3.1 基础概率  151-152
    7.3.2 条件损失概率  152-153
    7.3.3 风险概率  153-154
  7.4 人员疏散程序  154-158
    7.4.1 疏散人员计算  154-156
    7.4.2 疏散策略及疏散时间  156-158
  7.5 雁门关隧道风险后果  158-167
    7.5.1 火灾  158-160
    7.5.2 危险货物泄露  160-167
    7.5.3 TNT爆炸  167
  7.6 雁门关隧道运营风险  167-170
    7.6.1 雁门关隧道事故频率及后果  167-169
    7.6.2 雁门关隧道F-N曲线  169-170
  7.7 本章小结  170-171
第八章 公路隧道运营风险控制措施  171-184
  8.1 公路隧道风险处理基本对策  171-172
  8.2 公路隧道运营风险减轻基本措施  172-178
    8.2.1 风险减轻的基本原则  172-174
    8.2.2 风险减轻的基本措施  174-178
    8.2.3 风险减轻措施的有效性  178
  8.3 提高公路隧道运营安全的措施  178-183
    8.3.1 用户  179-180
    8.3.2 运营管理  180-182
    8.3.3 隧道基础设施  182-183
    8.3.4 车辆  183
  8.4 本章小结  183-184
结论与展望  184-187
  1. 结论  184-185
  2. 展望  185-187
参考文献  187-194
攻读博士学位期间取得的研究成果  194-195
致谢  195

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道安全与事故 > 安全技术
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