有毒有害气体公路隧道射流巷道式施工通风技术研究

摘要

伴随城市的发展建设，山区、丘陵区出现了大量的交通隧道及市政隧道，隧道施工过程中机械作业产生的尾气、爆破产生的硝烟、地层溢出的有毒有害气体等控制不当将会在隧道内积聚，威胁作业人员健康和施工安全。为改善隧道施工作业环境，保障作业人员的健康，必须采取有效的通风措施。射流巷道式通风是双洞隧道或设平导的单洞隧道施工中常用的通风方式，对其进行深入、全面的研究具有实际意义。本文以华蓥山隧道为依托工程，结合CFD软件FLUENT，建立了双洞隧道射流巷道式通风三维模型（其中左洞充当排风洞，右洞充当送风洞，双洞间由一座横通道进行连接），并运用所建模型对通风局部流场，瓦斯、硫化氢等有毒有害气体分布规律及其影响因素进行了数值模拟分析，最后研究了射流巷道式通风技术在华蓥山隧道施工中的应用情况。主要研究结论如下:
　　1)建立的双洞隧道射流巷道式通风模型计算结果能够基本反映实际通风过程中风流的流动型态。
　　2)对模型中开挖掌子面瓦斯涌出的数值模拟结果表明:当送风洞或排风洞掌子面存在一定量的瓦斯涌出时，该洞内含有瓦斯的污染风流并不会污染另一个隧洞掌子面附近洁净空气。在实际通风过程中应根据瓦斯等有毒有害气体的涌出位置对送、排风洞掌子面供风量进行适当调节，避免能源浪费。
　　3)当瓦斯在送风洞掌子面涌出时，含瓦斯的污染风流会通过横通道流入排风洞并最终排出洞外，且瓦斯涌出量越大，横通道内瓦斯浓度越大。在实际通风过程中应根据隧道监测到的有毒有害气体浓度数据及时采取增大风机供风量、加设局部射流风机等有效措施，避免横通道与正洞连接处涡流区内瓦斯积聚带来的安全隐患。
　　4)送风洞内所布设的送风机起到向各掌子面压送新风的作用，为保证洞内瓦斯扩散不影响送风机周围新鲜风流，对多工况下的瓦斯运移规律进行分析后发现:与横通道30m的布设距离基本能够保证送风机吸风口处为新鲜风流，避免掌子面二次污染。
　　5)当硫化氢（重质气体代表）在送风洞掌子面涌出时，硫化氢在与空气混合的过程中靠近地表处硫化氢浓度高于靠近拱顶的硫化氢浓度，与瓦斯（轻质气体代表）和空气混合规律相反。在实际通风过程中根据不同的有毒有害气体特性合理确定通风管、射流风机等的布设位置。
　　6)华蓥山隧道施工现场监测结果显示:送、排风洞掌子面前15m处硫化氢、一氧化碳随通风时间的变化均遵循“快速增大，逐渐减小”的特点，爆破后产生有毒有害气体量不同，浓度达到峰值及降低到规范规定上限值以下所需时间也不同。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 隧道施工通风目的及相关卫生标准

1．2．1 隧道施工通风目的

1．2．2 隧道内通风防尘卫生标准

1．3 隧道射流巷道式施工通风技术简介

1．3．1 基本原理

1．3．2 具体方法

1．3．3 有毒有害气体公路隧道射流巷道式施工通风关键问题

1．4 隧道施工通风技术研究现状

1．4．1 施工通风技术研究方法

1．4．2 工程应用现状

1．4．3 研究现状评价

1．5 本文的主要研究内容及方法

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 研究方法

第2章 隧道射流巷道式施工通风局部流场的数值模拟

2．1 引言

2．2 计算流体力学(CFD)理论

2．2．1 CFD理论概述

2．2．2 CFD软件FLUENT介绍

2．3 隧道射流巷道式施工通风局部流场的数值模拟

2．3．1 数学模型的确定

2．3．2 几何模型的建立

2．3．3 边界及初始条件的确定

2．3．4 计算网格的划分

2．3．5 离散化方程及求解方法的确定

2．4 隧道射流巷道式施工通风局部流场数值模拟结果分析

2．4．1 速度场

2．4．2 压力场

2．5 本章小结

第3章 隧道射流巷道式施工通风有毒有害气体分布的数值模拟

3．1 引言

3．2 模型建立

3．2．1 数学模型的确定

3．2．2 几何模型的建立

3．2．3 边界及初始条件的确定

3．2．4 离散化方程及求解方法的确定

3．3 掌子面瓦斯涌出数值模拟结果分析

3．3．1 射流巷道式通风局部流场瓦斯一般分布规律

3．3．2 瓦斯涌出位置对瓦斯分布的影响

3．3．3 瓦斯涌出量对瓦斯分布的影响

3．3．4 风管管口出风量对瓦斯分布的影响

3．4 掌子面硫化氢涌出数值模拟结果分析

3．4．1 射流巷道式通风局部流场硫化氢一般分布规律

3．4．2 硫化氢涌出位置对硫化氢分布的影响

3．4．3 硫化氢涌出量对硫化氢分布的影响

3．5 本章小结

第4章 射流巷道式施工通风技术应用及现场测试

4．1 工程概况

4．2 通风方案的设计

4．2．1 风量计算

4．2．2 通风设备配置

4．2．3 各阶段施工通风设计

4．3 有毒有害气体现场监测

4．3．1 监控方案总述

4．3．2 监控系统配置方案

4．3．3 监测结果及分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果