锦屏复杂地下洞室施工通风智能调控研究

锦屏大设施具有多洞室、多工作面,通风网络复杂等特点,为确保洞室空气质量并解决施工期通风高能耗问题,通过优化隧道需风量计算方法,确定风压阻力损失,进行施工通风计算。根据风机布设位置,划分供排风区域,明确了风机控制区域;基于各区域风量、风压,得出了风机运行功率计算式并细分风机档位,形成了地下洞室施工期风机变频调节策略;通过布设空气质量监测设备,建立了软件平台,可视化远程控制地下洞室空气质量,自动监测、处理数据指导变频器控制风机变频,并利用污染物浓度监测数据验证了变频通风有效性。研究结果表明:1)风机运行频率可随洞室内污染物浓度及时变化;2)通风智能调控可有效降低污染物浓度;3)通风智能调控可降低施工通风能耗,实现施工期智能化通风。

铁路隧道煤与瓦斯突出危险性判定分析

铁路隧道在施工开挖过程中判定具有煤与瓦斯突出危险性,会导致投资增加和工期延长等问题。本文解读了国家煤矿安监局煤安监技装〔2019〕28号文附件《防治煤与瓦斯突出细则》与TB 10120-2019《铁路瓦斯隧道技术规范》中关于煤与瓦斯突出危险性判定的规定。通过对比不同铁路隧道煤与瓦斯突出危险性判定实例,讨论了铁路隧道各阶段煤与瓦斯突出危险性判定的原则。研究发现:勘察阶段钻孔内瓦斯测试数据欠准确的原因主要包括:(1)钻孔内测试深度与施工揭示煤层的深度不一致;(2)钻孔内煤层深度过大影响测试准确性。

高瓦斯特长高铁隧道通风方案设计及监测分析

成都至自贡高铁白云山隧道全长13340 m,为特长高瓦斯隧道,多工区、多阶段施工通风问题严重制约着隧道运营施工与人员安全。通过工作面最大通风量、最大供风量及沿程风压损失对不同工区施工阶段进行通风计算,设计单工区通风方案及隧道总体贯通顺序,并采用水气分离方法处理地下水及自动安全监控系统实时监测隧道瓦斯浓度。分析表明:施工的大部分时间内,2#~6#斜井的瓦斯浓度均偏低,说明合理的通风方案及工区贯通顺序可以有效降低隧道瓦斯浓度;采用水气分离方法对地下水进行处理,将地下水和瓦斯分别排出,可进一步降低隧道内瓦斯浓度;监控系统对2#、3#和6#斜井出现的瓦斯排放异常情况及时报警提示并断电保护,保证了隧道施工进度及人员安全。针对特长高瓦斯隧道多工区、多阶段施工通风,基于隧道通风方案、贯通顺序、水气分离处理及瓦斯监测等方面建立一套完整的通风监测设计方法,为类似工程提供指导。

瓦斯隧道压入式通风风管漏风对瓦斯分布的影响

压入式通风风管漏风对瓦斯隧道施工中的瓦斯分布规律影响颇大。以何家坡高瓦斯隧道通风为工程背景,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法模拟风管漏风工况下的瓦斯隧道通风案例,分析漏风面积与漏风位置对隧道瓦斯分布的影响规律。结果表明:风管出风口的射流作用导致掌子面靠近风管一侧无瓦斯聚集,而掌子面与出风口之间的涡流作用导致该区域出现大量瓦斯聚集;风管漏风面积越大,漏风处上游涡流强度和下游射流强度越大,因此上游瓦斯聚集程度与下游瓦斯稀释程度越明显,两者均随着漏风面积的增加呈线性增加;风管漏风位置越靠近掌子面漏风处上游瓦斯聚集的程度越明显,瓦斯聚集的增量随轴向距离呈指数减小的关系,风管位置越远离掌子面漏风处下游瓦斯的稀释与扩散程度越显著,瓦斯浓度减小的程度随轴向距离呈指数增大的关系。研究成果可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。

超长电力电缆隧道冬季温度分布特征及通风节能潜力

为了解冬季通风时隧道内的换热情况和节能潜力,对冬季室外气温为4~12℃时超长通风区间特高压电力隧道内的温度分布特征进行数值模拟研究。采用ANSYS Fluent 19.2软件,通过用户自定义程序完成电力隧道全长的模拟。对冬季隧道的传热特征和通风节能潜力进行分析,定义并给出了冬季能实现最大节能效果的临界通风量。结果表明:具有超长通风区间的电力隧道存在通过降低通风量从而实现节能的潜力;冬季电力隧道前段土壤放热、后段土壤吸热,土壤放热量占比受室外气温影响,而土壤吸热量占比受室外空气温度和通风量影响;冬季室外气温越低,临界通风量越小,通风节能潜力越大,当冬季室外气温为4~12℃时,最大可能节能率为91%。

瓦斯隧道施工通风风机选型及经济研究

为准确掌握隧道施工通风造价投资情况,保证隧道施工过程成本的有效管控,依托某隧道现场施工,计算分析了两种隧道在不同海拔下的需风量、管路阻力及风机配置情况,并根据不同隧道风机配置的不同引起的铁路工程定额基价的不同,详细阐述了通风成本造价投资的差异,得出了以下结论:1)不同隧道间风机供风量差异较大,风机功率相差约20%,因此在现场施工过程中应根据实际情况计算风机输入功率并合理配置风机;2)风机功率差与每昼夜通风时间差导致通风机械台班单价以及台班数量存在差异,瓦斯工区较非瓦斯工区增加82.18万元。3)随着海拔的升高,风机供风量增幅较为显著,两种隧道的通风费用增幅分别为78.4%和89.1%,均有较大增幅,因此高原地区隧道施工时还需更为严格地控制通风成本。

不同通风方式对高地温施工隧道通风降温效果影响研究

为了对比不同的通风条件下高地温隧道施工通风降温的效果,利用Fluent建立侧壁压入式通风和混合式通风模型,进行了数值模拟。同时研究了高地温隧道在两种通风方式下隧道内温度和降温速度的分布规律,对比两种通风方式的优缺点,得出降温效果较好的通风方式。结果表明:对于高地温隧道施工,风流速度越大降温效果越明显,且相比于混合式通风,侧壁压入式通风更能有效降低掌子面附近温度,提高施工的安全性和效率,而混合式通风能同时对掌子面和隧道进口附近降温。

长大纵坡公路隧道火灾人员疏散的合理通风风速研究

为探明交通拥堵状态发生火灾情况下,纵向通风风速对长大纵坡公路隧道人员疏散环境的影响,从而明确满足火灾工况人员疏散的合理风速,采用数值模拟对不同通风风速、不同纵坡坡度条件下,隧道内拱顶位置和人眼特征高度位置的烟气分布特性及变化规律进行研究和分析。结果表明:1)随着通风风速的增加,在火源上游,不同坡度隧道内特征高度的最高温度均逐渐下降;在火源下游,上坡隧道内特征高度的最高温度先下降后升高,而下坡隧道内特征高度的最高温度先升高后下降;2)满足人员疏散的风速随隧道坡度的增大而有所减小,火灾规模为30 MW时,坡度为-2%、-1%的隧道人员疏散合理风速分别为2.5 m/s和2.0 m/s,坡度为1%的隧道人员疏散合理风速为1.0 m/s~1.5 m/s,坡度为2%的隧道人员疏散合理风速为0.5 m/s~1.5 m/s。

3车道瓦斯隧道通风流场及瓦斯运移规律研究

为有效进行大断面公路瓦斯隧道施工期通风降气,以古金高速公路大梁子隧道工程为依托,采用SCDM软件建立2台阶带仰拱的计算模型,使用Fluent软件进行数值模拟,揭示在不同台阶长度、风筒出风口距掌子面距离、双风筒布设形式下,隧道掌子面及附近区域的通风流场特征和瓦斯运移规律,并结合现场监测数据进行验证。研究结果表明:1)流场在通风20 min后基本稳定,上台阶和仰拱段会形成涡流阻碍瓦斯的运移、扩散和稀释,在风筒非对称布设情况下,掌子面风筒对侧的墙角处出现瓦斯积聚现象;2)隧道内通风降气效果的敏感性影响因素排序为双风筒及布设形式>风筒出风口距掌子面距离>台阶长度,建议优先采用双风筒同侧布设送风,其次调整风筒出风口距掌子面距离为20~25 m和台阶长度为15~20 m;3)采用双风筒同侧布设通风时,掌子面及附近区域风速提高、瓦斯体积分数大幅降低,且施工现场开展的送风试验与数值计算结果吻合度高,验证了双风筒同侧送风的可靠性。

高寒地区特长隧道隔板与风管联合式通风模拟研究

为研究隔板通风在高寒地区特长隧道中的通风效果,以甘青隧道工程为依托,采用数值模拟与理论计算分析方法,将风仓长度、风机位置和中隔板长度作为变量,研究不同风仓参数对通风效率的影响;基于最优风仓参数,进一步通过模拟计算得到风管出口最佳位置。结果表明:在保证掌子面正常供风的前提下,当风仓长度为30 m、风机位于风仓中间位置、中隔板长度为6 m时,风仓内流场分布较稳定,受涡流影响较小,通风效果最佳。对比掌子面和风管出口不同距离时的速度云图以及风速变化曲线得出,当风管出口与掌子面距离过近时,射流不能充分发展,与掌子面距离过远时,由于射流风与隧道内空气不断发生动能传递作用,射流风动能损失过大,射流无法触及掌子面,因此最优风管出口位置布设距离为25 m。研究结论可为类似工程提供参考。

高瓦斯长大公路隧道施工通风优化研究

特长大断面瓦斯公路隧道风险大,施工通风是隧道建设的“生命线”。以在建贵州公路第一隧—桐梓隧道为工程背景,综合考虑瓦斯涌出量、爆破炮烟、工作最多人数、作业机械以及最小风速,分别计算压入式通风和巷道式通风需风量、风压及风机功率,分析了风管直径对通风阻力的影响规律,并对2种方案瓦斯浓度和风速进行了数值分析,最后比较2种方案的经济性。结果表明:原设计压入式通风方式未考虑非煤系地层瓦斯涌出而无法满足施工通风要求;风管直径对通风阻力影响显著,结合工程实际选用1.8 m风管直径;数值分析表明,压入式通风断面最大瓦斯浓度始终高于巷道式,巷道式通风的瓦斯浓度比压入式通风提前进入稳定区随后趋向于0,巷道式通风的速度稳定区的值比压入式通风高2~2.5倍;巷道式通风方式相比压入式通风,设备投入和运营费用均较低,经济性更优。研究成果具有典型代表性,可为隧道施工通风提供理论指导和工程参考。

施工隧道污风集流口流线化与正交优化

为提高隧道施工通风效率,降低抽风管集流口处的阻力损失,改善作业人员工作环境,基于通风管道设计及计算流体力学,建立了3种抽风管及其集流口模型,并对集流口结构和结构参数进行优化,利用正交试验组合和极差分析法,探明了管口至掌子面距离、风管管径及引线长度对风管总阻力损失的影响。结果表明,3种集流口结构中,流线管型最大可减小风管总阻力18.49 Pa;影响流线管型总阻力损失的主次因素排序为抽风管管径、管口距掌子面距离、引线长度,最优结构参数为管径2 m、距离3 m、引线长0.6 m;抽风管管径0.3~0.7 m(第一分区)时,选择长引线集流口,抽风管管径为0.7~2.0 m(第二、三分区)时,则选择短引线集流口通风阻力更小。

高铁隧道斜井通风方案与管理方法

在隧道施工过程中,为确保有限空间内施工产生的有害气体和粉尘等尽快排除,保证隧道施工的新鲜风流,必须强化通风建设和管理工作。该文以某高铁隧道超长斜井施工为例,基于施工特征和通风设计原则,制定相应的通风方案,并对通风量和风压等进行计算,并制定相应的通风管理方法和措施,旨在为类似工程施工提供参考。

基于KNX技术的高速公路隧道智慧通风系统

为解决高速公路隧道投入使用后高通风、高能耗的问题,并有效降低隧道运营成本,本文提出基于KNX技术的高速公路隧道智能通风系统。首先,通过监测隧道中的污染物,计算出所需的通风量,确定最佳风机位置,制定满足行车安全和乘车舒适度需求的按需通风方案;然后,在充分利用现有监控系统的外场和通信设施及各种数据资源的基础上,引入KNXnet/IP路由器、车检器等设施,建立智慧通风系统,通过数据分析准确掌握隧道内污染物情况,实现按需通风。与当前隧道通风系统相比,基于KNX技术的高速公路隧道智慧通风系统不仅通风及时、节能效果好,在系统稳定性和网络安全等方面也更具优势。

大凉山1号隧道补风横通道位置优化及补风策略研究

乐西高速大凉山1号隧道设置了一条贯通平导,运营期平导用于向主洞补风,降低主洞未补风段的设计风速。为了探究补风横通道设置位置对通风系统能耗的影响并制定合理的补风策略,依据《公路通风设计细则》(JTG/T D70/2-02—2014),采用通风计算的方法,对补风横通道不同设置位置情况下通风系统的总功率进行了计算。结果表明:1)补风横通道存在最优设置位置,可使通风系统能耗最低;2)第一区段补风节能效果明显优于第二区段;3)当工况车速超过50 km/h时,建议只对第一区段左洞进行补风,关闭其余补风道。

高速公路隧道工程瓦斯段施工的通风控制技术

研究了高速公路隧道工程瓦斯段施工的通风控制技术,在掌握高速公路隧道施工通风的重要性及方式的基础上,从选择隧道瓦斯段通风方式、确定瓦斯段通风设计条件与参数、计算高速公路隧道瓦斯段所需风量3个方面,对具体通风控制技术要点进行了详细分析。

基于交通流状态的公路隧道通风系统能效研究

为实现对隧道交通风的充分利用,本文以某隧道为依托,对交通流状态进行分类,并建立隧道试验模型和数值模拟平台,对车队连续行驶时的隧道交通风开展研究,分析了不同车型与车速下的隧道交通风特性,探究了不同交通流状态下的隧道交通风对轴流风机的节能作用。研究结果表明,充分利用好交通风对隧道通风的增压作用,可以节约相应的风机能耗。

大万山隧道通风方案比选研究

大万山隧道全长10434.5m,属特长隧道,是山西省静兴高速的控制性节点工程。为满足该隧道运营期间通风及防灾救援要求,综合考虑施工组织,文章列举了两种可行的斜竖井通风方案组合,并进一步比选土建工程造价、设备购置费、后期运营费用等经济性指标,选择推荐更优的通风方案。希冀研究可为同类特长隧道工程通风方案设计提供一定参考。

通风竖井对隧道内CO扩散速率的影响

针对隧道内CO扩散速率的研究,试验选用物理隧道模型,通过传感器测量在开关不同数量、位置的竖井时隧道内CO浓度,计算分析CO在隧道内的扩散速率。根据试验结果可知,竖井的位置是影响CO的扩散速率关键因素,单竖井时,竖井位置于越靠近隧道中间区域,CO扩散速率越高,平均扩散速率0.1818 mg/(m^(3)·s),是不开竖井的5.81倍;双竖井时,竖井位置处于隧道进口与中段时,CO扩散速率最高,平均扩散速率0.3044 mg/(m^(3)·s),分别是其他2种工况的1.63倍和1.66倍;三竖井时,竖井分散处于隧道进出口与中段时,扩散速率最优,平均扩散速率0.406 mg/(m^(3)·s),是双竖井的1.33倍,单竖井的2.23倍。

基于Fluent的环境温度和斜井角度对隧道通风效果的影响研究

针对隧道斜井的自然通风问题,以大万山隧道为依托工程,利用CFD数值模拟软件Fluent对斜井型隧道进行模拟,分析不同环境温度和隧道斜井角度对隧道通风效果的影响。结果表明,环境温度和斜井角度都影响隧道的通风效果。当环境温度低于隧道壁温时,斜井处于排风状态;环境温度高于隧道壁温时,斜井处于送风状态,二者温差越大,隧道和斜井内的风速越大;当环境温度一致时,斜井角度成为影响隧道通风效果的主要因素,斜井角度为90°时隧道通风效果最佳,随着斜井角度的减小,隧道通风效果逐渐变差。