螺旋隧道施工通风阻力及风仓与隔板风道组合式通风特性研究

摘要

随着西部地区交通建设的不断推进，隧道修建技术也面临着许多新挑战。为解决展线困难问题，避开不良地质，曲线隧道方案应运而生。本论文以目前世界上最长的螺旋隧道——延崇高速金家庄特长螺旋隧道为依托，采用理论分析、数值计算等方法，对曲线隧道施工通风阻力特性、风仓隔板风道组合式通风阻力特性、风仓通风参数等内容进行深入研究，并对金家庄螺旋隧道多阶段施工通风方案进行优化，本论文研究成果主要体现在如下几方面：　　(1)随着半径减小，隧道沿程阻力损失系数逐渐增加，半径大于2000m，可不考虑曲率的影响，拟合出计算公式；隧道沿程阻力损失系数受隧道风速影响较小；距掌子面大于400m，隧道沿程阻力损失系数发展稳定；风管沿程阻力损失系数受隧道半径和风管风速影响较小；距风机大于100m，风管沿程阻力损失系数发展稳定。　　(2)随着隔板高度增加，风道沿程阻力损失系数迅速增加，拟合出计算公式；距入口大于100m，风道沿程阻力系数发展稳定；风道沿程阻力损失系数受风速影响较小；风仓底板与隔板风道底板在同一高度，有利于减小风仓局部阻力损失；风仓局部阻力损失系数不受风速影响。　　(3)风仓长度在0~10m范围，随风仓长度增加，风量迅速增加，风仓长度在10~100m范围，随风仓长度增加，风量增速变缓，风仓长度宜选定为10m；斜井右侧与左侧隧道开挖比为2∶1、4∶1和6∶1，调整右侧与左侧风仓长度比约为22∶1、60∶1和100∶1，可使两侧风管风量趋于相等；曲线隧道施工通风条件下，风仓风机采用曲线内侧轴线布置，风压损失较曲线外侧轴线布置和内外侧交错布置小，风管风量最大。　　(4)金家庄螺旋隧道采用既有通风方案，第一、二阶段均不能满足供风量要求，采用优化方案则可满足，且能降低风机总功率；第二阶段通风，采用既有方案仅能同时向两个掌子面供风，采用优化方案可同时向三个掌子面供风，加快施工进度；第三阶段通风，采用优化方案可避免既有方案出现的CO回流问题，在较短时间内将洞内CO排出。　　本论文研究成果可为曲线隧道施工通风阻力计算、风仓与隔板风道阻力计算和参数选取等提供参考，并为金家庄螺旋隧道多阶段施工通风提供优化方案，解决现场通风问题，具有实际意义。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 曲线隧道通风研究现状

1.2.2 压入式通风研究现状

1.2.3 风仓式通风研究现状

1.2.4 隔板风道式通风研究现状

1.2.5 研究现状小结

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 技术路线

第2章 隧道施工通风基本理论

2.1 隧道施工通风基本假定和控制方程

2.1.1 基本假定

2.1.2 控制方程

2.2 隧道施工通风阻力计算

2.2.1 沿程阻力计算

2.2.2 局部阻力计算

2.2.3 隧道总通风阻力

2.3 隧道施工用通风机分类及性能

2.3.1 隧道施工用通风机分类

2.3.2 隧道施工用通风机性能参数

2.4 隧道施工通风方式

2.4.1 自然通风

2.4.2 机械通风

2.5 隧道施工通风风量计算

2.5.1 需风量计算

2.5.2 供风量计算

2.6 本章小结

第3章 曲线隧道施工通风沿程阻力特性研究

3.1 理论计算

3.2 计算模型及参数拟定

3.2.1 数值计算模型

3.2.2 边界条件及计算参数

3.3 计算结果分析

3.3.1 数值模型可靠性分析

3.3.2 隧道沿程阻力损失

3.3.3 风管沿程阻力损失

3.4 本章小结

第4章 风仓与隔板风道组合式通风阻力特性研究

4.1 隔板风道沿程阻力特性研究

4.1.1 隔板高度对沿程阻力影响

4.1.2 隔板风道风速对沿程阻力影响

4.2 风仓局部阻力特性研究

4.2.1 风仓局部阻力计算方法

4.2.2 风仓高度对局部阻力影响

4.2.3 风仓风速对局部阻力影响

4.3 本章小结

第5章 风仓通风参数研究

5.1 风仓长度参数研究

5.1.1 斜井两侧隧道均匀开挖

5.1.2 斜井两侧隧道非均匀开挖

5.2 风仓风机布置参数研究

5.2.1.1 计算模型及工况拟定

5.2.1.2 计算结果分析

5.3 本章小结

第6章 金家庄螺旋隧道通风方案优化数值模拟

6.1 工程概况

6.2 通风理论计算

6.2.1 需风量与供风量计算

6.2.2 掌子面爆破炮烟计算

6.3 既有通风方案与优化方案

6.3.1 第一阶段通风

6.3.2 第二阶段通风

6.3.3 第三阶段通风

6.4 通风方案数值模拟

6.4.1 第一阶段通风数值模拟

6.4.2 第二阶段通风数值模拟

6.4.3 第三阶段通风数值模拟

6.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文与获得专利

攻读硕士学位期间参加科研项目