长大隧洞施工高强度通风技术研究

摘要

随着我国隧道施工技术已进入发达国家水平，而隧道施工通风技术相对滞后的现状，加强对隧道通风技术的研究势在必行。本文依托《特大规模复杂条件特长隧洞群施工协同通风技术应用研究》，对锦屏二级水电站引水隧洞群复杂的通风环境和多变的施工组织方案进行了分析，并利用理论分析、数值模拟以及现场试验等手段对隧洞洞身段高污染时期整体通风方案和局部通风优化布置进行了详细的分析研究，主要得到以下结论:
　　 1、分析了我国现行隧道施工规范相关卫生标准以及隧道施工的多种通风方式，结合锦屏工程实际，针对其中通风问题比较困难的几个时期，尤其是洞身高污染时期的通风方案进行研究，对由洞口引人的新鲜风或者相邻隧洞的可用风源及引、排风路径进行研究，分别对其通风方案进行分析，以确定出最为合理有效的通风方案。对通风方案通风参数等进行理论分析，确定其最优参数，并根据计算参数对风机进行选型。而对于高污染洞身段，还必须采用加大通风强度和降尘净化等措施，以及足够密度的射流风机布置才能克服洞身段空气质量问题。
　　 2、利用Fluent软件建立RNGκ-ε涡粘性湍流模型，对高污染时期的4#引水洞工作面区域进行数值模拟，通过4组模型的数值模拟结果可知，采用本文研究所得高强度通风方案，在工作面100m范围内的通风效果在30min以内均能达到隧洞内污染物安全浓度标准，能够保证施工人员安全。并由通风模拟结果可得到以下结论:
　　 (1)风管布置于拱项或拱腰等不同位置时对工作面通风排污效果有较大影响。对于锦屏二级水电站横向宽度大于纵向高度的隧洞断面，风管布置于洞项时，隧洞空间内形成的风流流场最为合理，通风效果最好。
　　 (2)风管出口与工作面的距离大小将影响隧洞工作面通风排污效果。风管口距离工作面较近时，隧洞内整体通风效果更好，但要考虑爆破开挖时风管的安全距离。
　　 (3)当两侧壁双风管对称布置能够减小单侧布置时工作面附近的较大涡流，并在一定程度提高工作面通风效果，但洞身段的排污效果并没有得到显著提升。
　　 3、针对4#引水洞高污染时期，在其工作面和洞身段设置通风参数及空气质量监测点，以不同时间与空间进行监测。检测结果表明:
　　 (1)4#引水洞采用高强度通风方案时，工作面及洞身的通风参数均满足施工通风要求，并且适合施工人员身体需要;
　　 (2)洞内有害气体(CO、SO2、CO2、NO2和粉尘)浓度在爆破后初期及运输出渣时期高出规范要求，但随风机的不断作用逐渐恢复到规范要求以内。
　　 本文研究所得高强度通风方案较好得解决了高污染的施工现状，保证了隧洞得顺利施工和工作人员的健康状况。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 课题研究的背景和意义

1．3 国内外隧道通风研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容

1．5 研究方法和技术路线

第2章 独头掘进施工通风技术

2．1 隧洞通风污染源及安全标准

2．2 隧洞施工通风方式

2．2．1 自然通风

2．2．2 机械通风

2．3 隧洞施工通风参数计算理论

2．4 本章小结

第3章 锦屏长大隧洞施工通风方案与参数分析

3．1 锦屏工程隧洞空间布置及通风条件分析

3．2 TBM与钻爆法并行施工通风方案与参数

3．2．1 可行的通风方案分析

3．2．2 施工通风风路布置分析

3．2．3 施工通风风量分析

3．2．4 通风方案参数计算与风机选型

3．3 排水洞供多工作面施工时期大风量通风方案与参数

3．3．1 通风面临的难题

3．3．2 可行通风方案分析

3．3．3 隧洞通风方案比较分析

3．3．4 通风方案风机选型

3．4 洞身段高污染时期高强度通风方案与参数

3．4．1 引水隧洞高污染通风难题

3．4．2 长大隧洞施工高强度通风方案分析

3．4．3 通风方案参数计算与风机选型

3．5 本章小结

第4章 长大隧洞施工通风效果仿真分析

4．1 紊流流场数学模型

4．1．1 计算流体力学概述

4．1．2 紊流

4．1．3 紊流的模拟方法

4．1．4 k-ε双方程数学模型

4．1．5 隧道独头掘进通风风流模型

4．2 隧洞工作面通风数值模拟分析

4．2．1 数值计算模型

4．2．2 初始条件及边界条件

4．2．3 计算结果分析

4．2．4 隧洞通风效果对比分析

4．3 本章小结

第5章 长大隧洞施工通风效果现场测试与分析

5．1 隧道施工通风效果监测系统

5．2 隧道施工通风效果监测方案

5．2．1 隧洞工作面通风监测点布置

5．2．2 洞身段通风监测点布置

5．3 通风效果测试及分析

5．3．1 工作面测试结果及其分析

5．3．2 洞身段测试结果及其分析

5．4 本章小结

结论与展望

结论

不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及科研成果