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。

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。

龙岗特长铁路隧道矿山法段施工通风方案研究

隧道内二氧化碳、一氧化碳、瓦斯等有毒有害气体浓度过高不仅会降低作业人员施工效率,影响工程进度,还会对作业人员的生命安全造成严重威胁,由于特长隧道掘进距离长,隧道内有毒有害气体更易积聚,研究特长隧道施工通风方案尤为重要。以新建深圳至深汕合作区铁路龙岗隧道为工程背景,通过对风量计算及设备选型完成了特长隧道施工通风方案设计。由风量计算可知,隧道最小风速需风量Q风>隧道排烟需风量Q排>内燃机需风量Q内>作业人员需风量Q人,最大计算需风量为Q风=1371.6 m^(3)/min;由风压计算可知,风管最大风压为1800.2 Pa,为了确保风管接头处的气密性,可采用具有阻燃性PVC材质的柔性风筒;工程实践表明,采用斜井独头压入式的施工通风方案能够满足工程需求。

考虑隧道曲线段开挖过程的施工通风影响机制

为研究隧道曲线段开挖过程中通风设备的布设对通风效果的影响机制,依托城开高速吴家梁隧道,考虑风筒位置、风筒直径和出风口与下开挖面距离3个因素,设置三因素三水平正交试验,并通过数值模拟方法进行研究。主要研究了隧道施工通风影响下瓦斯气体的运移规律,根据瓦斯分布情况定义了涡流区、涡流影响区和稳定区,通过极差分析研究了3个因素对隧道曲线段施工通风效果的影响程度,并在此基础上提出了优化方案。研究结果表明,隧道曲线段施工通风时风筒布设在隧道内侧最有利于稀释瓦斯气体、布设在拱顶处则最不利于稀释瓦斯气体;瓦斯在隧道内呈顺时针螺旋状向隧道口运动;3个因素对隧道曲线段施工通风效果的影响程度依次为风筒位置>风筒直径>出风口与下开挖面距离,该工程的最优通风设备布设方案为选用直径为1.2 m的风筒布设于隧道内侧、出风口与下开挖面距离为5 m处。

通用型隧道施工通风机设计研究

文章根据对各厂商常规档位施工通风机的调查,发现常用施工通风机均不适用于钻爆法无轨运输的长大隧道施工,通过研究各类隧道断面形式在3.5 km以下不同掘进深度条件下的作业面供风需求、设备供风要求及供风管路等参数,提出了一种普遍适用于公路、铁路隧道施工的新型施工通风机及对应的施工通风方法。在此基础上,展开了对高海拔隧道的研究,给出了在高海拔条件下隧道施工通风的解决方案。

水电站地下洞室群施工通风研究

水电站地下洞室群施工过程中产生的有害气体、粉尘等对施工的影响是连续性的,它直接影响施工进度和质量,并极大的危害施工人员的身心健康,必须进行合理的风流组织,布置通风系统以改善地下洞室群的施工通风条件。本文主要根据长大隧洞及地下洞室群施工特性,说明地下工程的污染源、施工环境标准、通风计算的方法及参数的选择、常用的地下洞室群施工通风布置规划。

高海拔隧道施工通风风管漏风率研究

隧道施工通风的风管漏风量大小不仅与风管本身的长度、破损度等因素有关,还与外界的大气压、空气密度等外界环境相关。目前,风管漏风率的研究主要是在平原地区,对于高海拔隧道施工环境下通风风管的漏风率变化规律的研究还比较少。为了得到高海拔地区隧道施工通风风管的漏风率,利用风管开口处流量理论和能量守恒原理对高海拔地区风管漏风率修正系数进行推导,并通过现场实测数据进行验证。结果表明:得到风管漏风率的海拔高度修正系数计算公式;高海拔地区风管百米漏风率约为平原地区的1.5倍,且在高海拔地区风管漏风率随风管长度增加而增大较快;实测高海拔隧道风机风管百米漏风率约为3%,与理论计算结果较吻合。

基于典型壁面粗糙模型的隧道施工通风效果CFD分析

依托贵广高速铁路斗篷山隧道的施工通风工程,采用计算流体动力学(CFD)软件,结合现场实测数据,研究隧道壁面粗糙条件对风流场的影响;基于典型壁面粗糙模型对隧道粗糙度的评定方法、取值进行深入分析。结果表明:正弦型粗糙模型的壁面条件相比方形、三角形和混合型的更为光滑,因此该模型对风流场起到的阻碍作用相对较小,近壁区域没有产生涡流现象;随着壁面粗糙模型高度的增大、粗糙间距的减小,其对风流场的阻碍作用越大;以隧道实际开挖轮廓上的点与基准线之间距离绝对值的算术平均值定义隧道壁面平均粗糙高度,并建立粗糙常数与粗糙单元形状及间距的对应关系;以典型壁面粗糙模型的最大粗糙高度不大于实际开挖轮廓的最大粗糙高度、以原模型面积减去典型壁面粗糙模型面积的绝对值除以原模型面积所得值最小为最优,提出了壁面粗糙常数的计算公式。

基于动态仿真和数值模拟的向家坝地下洞室群施工通风方案优化

通风散烟贯穿于地下洞室群开挖施工全过程。金沙江向家坝右岸地下厂房系统结构复杂、规模庞大、通风散烟难度大,为避免采用传统的通风设计方法造成资源浪费、通风效果差等问题,提出了融入系统仿真和数值模拟的通风方案优化模式。该模式不仅能在考虑风量需求的时变性和动态性的基础上合理布置通风系统,还能模拟不同通风方式下的通风流场形态,便于掌控实际通风效果。研究表明该方法能定量分析自然通风效果、风机不同位置的影响等关键问题,为通风方案的优化设计提供理论依据和技术支持。

基于洞内空气质量测试的长大隧道施工通风优化

在隧道施工过程中,有毒气体及粉尘的产生对施工人员的健康会构成威胁,因此降低粉尘浓度成为隧道施工的一个重要环节。文章基于油竹山隧道各施工阶段隧道内的空气质量现场测试数据,分析了长大隧道的施工通风效果。结果显示,第一、二阶段隧道施工通风具有良好效果,而第三阶段粉尘浓度超标。根据现场测试发现的问题,提出了隧道内干式除尘机与压入式通风、巷道式通风相结合的通风措施,此措施可有效降低粉尘含量,保证隧道内的空气质量。

高瓦斯隧道施工通风处理数值模拟分析

采用计算流体动力学软件(简称CFD软件)对紫坪铺高瓦斯隧道施工通风处理效果进行模拟,从瓦斯浓度降低方面来看,1m/s风速能满足通风要求,0.5m/s风速基本能满足通风要求,0.2m/s风速不能满足通风要求。通过现场风速与瓦斯浓度的监测,在掌子面风速为0.5～0.6m/s时,隧道内瓦斯浓度在允许浓度范围之内。数值模拟方法与实际情况相符。

虹梯关特长公路隧道施工通风节能技术

为研究长大隧道施工通风节能技术,以虹梯关特长公路隧道为工程依托,通过CFD商业软件FLUENT建立三维模型进行有限元分析。通过调研方式计算确定特长公路隧道中施工通风控制标准及需风量,制定特长公路隧道联合式通风方式并在风管长度、风机选型数量和风机位置等方面对通风方案进行优化。对比分析不同工况下的有无排风机的通风效果。研究结果表明:在特长公路隧道的施工通风中,独头式通风不能达到良好的效果,需要采用满足污风回流要求的联合式通风方式。该方式能够快速将隧道掌子面及附近区域的CO浓度稀释至规范要求,改善洞内通风条件,保证施工进度,节约大量人力和财力。

隧道施工通风壁面粗糙度评定方法及其工程应用

隧道通风数值计算中定义壁面粗糙程度的参数由粗糙高度和粗糙常数构成,参数的选取很难利用数学推导的方式进行研究。依托衢宁铁路鹫峰山隧道的施工通风项目,采用数值模拟并结合现场实测数据研究了隧道内壁面粗糙度的评定方法、取值和工程应用。结果表明:隧道壁面平均粗糙高度由隧道内实际开挖轮廓线和设计开挖轮廓线之间包络的面积与取样长度的比值确定,计算得到了隧道横断面平均粗糙高度为0. 191 m,纵向平均粗糙高度为0. 231 m;建立了粗糙常数Rc与粗糙单元间距、形状的关系,同时得到基本模型对应的Rc计算公式;基于典型理想壁面模型,以原模型面积减去理想模型的面积(绝对值)除以原模型面积所得值最小定义了最优简化模型,提出了关于壁面粗糙常数取值的计算方法,并以此计算出鹫峰山隧道壁面粗糙常数Rc为0.46。最终根据Rh和Rc的取值,采用三维数值模拟,分析了隧道内CO质量浓度不同时间段的分布规律。由于压入式通风自身的缺陷(无法突破长度瓶颈),且受现场布置及施工方式所限,通风距离超过3 000 m很难满足施工条件的需要,无法达到规定的洞内作业环境条件。因此,急需对现有的通风方式进行优化和调整。

关角隧道施工通风斜井分隔技术研究

关角隧道是世界高海拔第一长隧,共设10座辅助斜井,无轨运输系统组织施工,斜井工区施工通风难度大。介绍施工通风斜井分隔方案的设备布置、能耗分析、中隔板结构形式、防漏风措施等技术,通过斜井分隔方案在关角隧道10号斜井的现场应用和通风效果测试,表明斜井分隔方案可以在无轨运输斜井的施工通风中推广应用。

地下洞库群风仓式施工通风仿真模拟计算研究

本文依托某大型复杂地下储气洞库群修建中采用竖井+风仓+风管的通风模式,为满足工程施工通风的需要,研究不同风仓尺寸和风机布置形式对轴流风机效率的影响,建立了17组风仓GAMBIT有限元数值模型,通过FLUENT软件进行模拟计算,得到了轴流风机效率最大时的风仓尺寸和风机布设形式。计算结果表明,在风仓高度固定为9 m的条件下,风仓长度取30 m、宽度取10 m时,风仓内旋流数目最少,风仓两侧的风机效率最高,因此,可确定风仓的最佳尺寸;另外,在此基础上风仓中间不设置隔板,风仓每侧风机分列布置且风机间横向和竖向间距都为2 m且风机间不设置隔板,可得到最佳轴流风机效率。

考虑热交换的引水隧洞施工通风两相流模拟

针对深埋引水隧洞的储热作用所导致的施工通风散烟困难问题,建立综合考虑气固热交换、尘粒间相互耦合作用的三维非稳态欧拉-拉格朗日两相流紊流模型.尘粒间相互耦合作用力包括相间曳力、浮力、热泳力、升力和虚拟质量力等.结合某大型水电站深埋长距离引水隧洞施工通风,探讨隧洞内含尘气流的对流热交换规律,研究隧洞内风流微观运动机理以及粉尘运移规律.模拟结果表明:风流在风管出口下侧形成涡流区,1号和2号引水隧洞风流分布基本一致;工作面附近通风降温效果明显,隧洞壁面的表面平均换热系数沿工作面到风管出口处呈先增大后减小的趋势,表面平均换热系数模拟值与经验公式计算结果基本吻合;施工通风1,350,s左右时,粉尘浓度满足规范要求.

隧道施工通风中的有害气体浓度变化分析

针对地下工程洞室施工中的隧洞通风,通过对理想状态下气体运动状态及通风过程的分析研究,得出施工通风过程中有害气体扩散的浓度变化公式,揭示有害气体的扩散变化规律,用工程实例对理论分析进行了验证.同时对有害气体浓度变化曲线进行仿真分析,得出在不同通风量下隧洞的通风效果,结果表明恒通风量通风模式在节能方面存在不足.

基于混合LES/RANS方法的引水隧洞施工通风数值模拟

为了获取准确的水电工程引水隧洞施工通风瞬态流场信息并且提高计算效率,基于Realizable k-ε两方程湍流模型建立引水隧洞施工通风三维非稳态混合LES/RANS模型,并结合某引水隧洞施工通风过程进行数值模拟,借助现场实测风速数据对数值模拟结果进行验证,同时将混合LES/RANS模型的模拟结果与RANS模型和LES模型的模拟结果进行对比。结果表明:混合LES/RANS数值模拟结果与现场实测数据较为吻合,其平均相对误差仅为4. 9%。混合LES/RANS方法仅需1 163 996个计算网格即可获得准确的瞬态风流场扩散规律,而LES方法所需网格数量近似为前者的2倍。混合LES/RANS方法可以为水电工程引水隧洞的施工通风数值模拟研究提供重要的理论与技术支撑。

风火山隧道寒季施工通风与温度场控制

针对青藏铁路高原多年冻土区风火山隧道的的工程特点,设计了高原严寒环境下施工通风与洞内温度控制体系,研制的通风/空调一体化机组效率高、性能可靠,在洞外气温达-30℃的条件下,保持了洞内及工作面温度在-5～3℃之间,为高寒地区冬季施工提供参考.

向家坝地下洞室群施工通风效果三维数值模拟

金沙江向家坝水电站右岸地下厂房洞室群结构复杂、规模庞大、施工通风散烟难度大。为优化施工期的通风方案,改善实际通风效果,运用基于流体力学理论的三维数值模拟,对其不同通风方式下的通风流场形态进行了深入研究,定量分析了混合式通风布置、串联风机布置和风机安放位置的选择以及通风竖井等因素对改善其施工通风效果的作用,提出了洞内串联风机安放位置直接影响通风效果、负压通风机应距新鲜风源点较近等建议。