成兰铁路跃龙门隧道硫化氢气体赋存特征与施工危害防治

摘要

成兰铁路起于成都市，经广汉、什邡、茂县和九寨沟，最终到达兰州市，总长度为727公里，客货共线，属于国铁Ⅰ级双线电气化快速铁路。跃龙门隧道属于成兰铁路上的重点工程，前接高川车站，后接羊记沟大桥，采用双线分修，最大线间距60m，最小线间距30m。2014年12月20日，在跃龙门隧道的施工过程中，施工人员出现头晕，恶心，鼻、眼、喉咙呼吸道不适等现象。经鉴定，跃龙门隧道出现硫化氢气体，且根据现行《煤矿安全规程》，硫化氢在空气中的最高允许浓度为6.6ppm，参照此标准，跃龙门隧道硫化氢涌出量严重超标。若不及时应对，将会给隧道施工安全、施工进度及后期运营带来巨大影响。
　　基于这一情况，本文通过现场踏勘、室内试验及区域地质调查等方法对跃龙门隧道硫化氢气体的赋存特征进行了分析，以C＃为编程语言对隧道硫化氢气体绝对涌出量进行了计算，最后以数值模拟方法作为理论支撑，建立起跃龙门隧道三维模型，通过FLUENT软件对跃龙门隧道硫化氢气体的逸出及扩散情况进行模拟，并对模拟结果分析，结合施工实际情况，提出跃龙门隧道安全预警机制，为施工危害防治提出理论依据。
　　研究表明，在特殊的地层岩性，特殊的金属含矿异常带、区域性褶皱断裂组合情况下，含硫地层物质在硫酸盐热化学还原情况下，产生硫化氢，并向上飘逸遇水溶解于地下水中，随地下水运移，在隧道开挖后，由于围岩体及地下水场受到扰动，破环了硫化氢存在的状态和硫化矿水解的原有平衡，硫化氢便会随之涌出。在隧道通风后，隧道内硫化氢浓度明显降低，且回风巷下风向的硫化氢气体浓度明显高于上风向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 硫化氢物理化学特性

1．2．2 硫化氢与隧道工程相关介绍

1．2．3 硫化氢气体的赋存

1．3 主要研究内容

1．3．1 跃龙门隧道硫化氢气体赋存特征研究

1．3．2 FLUENT数值模拟及安全预警机制研究

1．4 研究思路与研究路线

第2章 室内试验及分析

2．1 跃龙门隧道室内试验

2．1．1 采集气体样本成分全分析

2．1．2 采集水体样本成分水质全分析

2．1．3 岩石物性实验

2．2 跃龙门隧道水质腐蚀性评价

2．2．1 跃龙门隧道场地环境类型分类

2．2．2 水对混凝土结构的腐蚀性评价(环境类型影响)

2．2．3 水对混凝土结构的腐蚀性评价(地层渗透性影响)

2．2．4 水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性

第3章 工程区硫化氢产生及赋存特征分析

3．1 硫化氢产生的原因分析

3．1．1 硫化氢气体的自然成因

3．2 工程区硫化氢气体产生、运移、分布特征

3．2．1 龙门山地区工程地质特征

3．2．2 跃龙门隧道硫化氢气体产生、运移、分布特征综合分析

第4章 跃龙门隧道硫化氢气体绝对涌出量计算

4．1 跃龙门隧道硫化氢气体绝对涌出量计算

4．1．1 跃龙门隧道硫化氢气体绝对涌出量计算公式

4．2 跃龙门隧道硫化氢气体绝对涌出量具体计算流程

第5章 跃龙门隧道硫化氢气体数值模拟基础理论

5．1 跃龙门隧道硫化氢气体数字模拟基础理论

5．1．1 CFD模拟技术简介

5．1．2 CFD模拟技术计算流程

5．1．3 CFD软件结构

5．1．4 流体动力学控制方程

5．1．5 湍流模型

第6章 跃龙门隧道硫化氢气体逸出与扩散FLUENT数值模拟

6．1 隧道三维模型的建立及网格绘制

6．1．1 隧道三维模型的建立

6．1．2 模拟空间网格绘制

6．2 FLUENT计算求解过程

6．2．1 FLUENT求解器

6．2．2 组分运输模型

6．2．3 湍流模型

6．2．4 混合物的定义

6．2．5 定义操作条件(Operating Conditions)

6．2．6 定义边界条件(Operating Conditions)

6．3 模拟参数选择

6．3．1 风速的选择

6．4 模拟过程

6．5 模拟结果及分析

6．5．1 数值模拟第一阶段X=0等值面硫化氢浓度(质量)分布情况结果分析

6．5．2 数值模拟第二阶段X=0等值面硫化氢浓度(质量)分布情况结果分析

6．5．3 数值模拟第二阶段Y=1．5 等值面硫化氢浓度(质量)分布情况结果分析

6．5．4 数值模拟第三阶段X=0等值面硫化氢浓度(质量)分布情况结果分析

6．5．5 数值模拟第三阶段Y=1．5 等值面硫化氢浓度(质量)分布情况结果分析

6．5．6 数值模拟第四阶段X=0等值面硫化氢浓度(质量)分布情况结果分析

6．6 本章小结

第7章 跃龙门隧道硫化氢气体扩散问题安全预警研究

7．1 安全预警机制

致谢

参考文献

附录