公路隧道瓦斯运移及通风防灾研究

为掌握隧道建设中瓦斯运移规律及通风防灾技术,以实际隧道为工程背景,运用Ansys Fluent建立三维通风物理模型进行瞬态分析,并结合现场监测数据,研究通风对隧道瓦斯浓度的影响。研究表明：瓦斯及风流扩散不均衡性突出,随着通风时间增加,瓦斯浓度及风速在距离掌子面120 m处达到稳定;瓦斯监控及防治过程中,重点关注隧道掌子面至二衬台车区间瓦斯是否超限;放炮后掌子面瓦斯浓度不断升高,通风15 min左右,掌子面瓦斯浓度达到峰值,通风30 min后瓦斯浓度趋于稳定,且位于施工允许瓦斯浓度范围内。合理控制通风时间及通风量并加强隧道拱脚、底板等区域的通风,能够保证隧道施工的安全。     

基于正交试验的瓦斯隧道施工通风方案优化研究

为提高瓦斯隧道施工通风效率,改善隧道内的工作环境,以城开高速鸡鸣隧道为研究对象,考虑掌子面与二次衬砌间距(X)、风筒直径(Y)、出风口与掌子面距离(Z)3个因素,运用fluent进行正交试验数值模拟研究,分析以上3个因素对通风效果的影响,并确定最有利于瓦斯气体排出的通风设施布置方案.研究结果表明:由极差分析及方差分析结果可知,3个因素各自水平间的变化对通风效果的影响程度依次为掌子面与二次衬砌间距、出风口与掌子面距离、风简直径;最优通风方案中X、Y、Z等3个因素的水平值分别为50 m、1.0m和20 m;隧道沿程中流场结构分为涡流区、涡流影响区和稳定区,其中涡流区对瓦斯气体的排除起着最主要的阻碍作用,稳定区几乎不影响瓦斯气体的运动,涡流影响区对瓦斯气体的运动有较小影响,因此瓦斯气体浓度在隧道沿程的变化是先减小,再略微升高,最后趋于稳定;横断面处,回风侧瓦斯浓度高于进风侧,并且回风侧隧道边壁及底角处瓦斯气体集中现象较为明显,实际施工过程中应该加强对该两个区域内瓦斯浓度的监测.     

城市慢行隧道运营通风控制标准研究

为了对城市慢行隧道通风系统进行合理设置,以保证隧道运营的安全性与舒适性,以珠海某慢行隧道为工程依托,在调研分析的基础上从慢行隧道安全性和舒适性出发,首先通过经验公式对人体CO_2释放速率进行计算,并推导给出隧道高峰时刻人员滞留量计算公式,进而预测可得隧道内行人CO_2释放量,故可确定基于CO_2稀释的慢行隧道通风换气控制标准。同时,对其他地下空间通风换气控制标准进行调研总结,并结合城市慢行隧道自身特点给出基于新鲜风量补充的慢行隧道通风换气控制标准。此外,通过不同温湿度环境条件下的人体舒适性通风风速控制标准结合隧道等效换气频率公式计算得到基于湿热环境舒适性的慢行隧道通风换气控制标准,并基于所得运营通风控制标准给出了依托工程板障山隧道的运营通风设计方案。研究结果表明:城市慢行隧道通风设计安全标准应以稀释CO_2为主,其浓度不宜超过0.1%;在湿热环境下慢行隧道的舒适性通风风速控制标准为温度低于30℃时为0.6～1.0 m/s,反之则为1.0～1.25 m/s,且慢行隧道应结合隧道内行人密度来确定新鲜空气的补给量;在考虑预留一定富余量的情况下可按换气频率为4次/h进行依托隧道工程运营通风设计,相对应的隧道换气风速为1.36 m/s,需风量为57.77 m~3/s。     

组合式通风对特长高瓦斯隧道瓦斯分布规律的影响

为研究特长高瓦斯隧道运营期不同通风方案下瓦斯浓度的分布规律,通过数值模拟软件Fluent建立瓦斯在隧道内的运移模型,分析了运营期隧道在自然通风+竖井通风、自然通风+射流风机、自然通风+竖井通风+射流风机等3种不同组合通风方式下的隧道内气体速度流场和瓦斯分布规律。结果表明：1)当瓦斯释放点位于竖井位置下游时,会导致下游瓦斯浓度变高;2)射流风机开启后,隧道内气体流速会相应增大,在射流风机前方的风速可达10 m/s以上;3)自然通风+射流风机的组合通风方式优于其他组合式通风方式,其隧道内瓦斯平均浓度值为0.48%,较自然通风+竖井通风、自然通风+竖井通风+射流风机组合的最优值分别降低了44.83%、31.43%。研究结果可供运营期特长高瓦斯隧道通风参考。     

冷凝对隧道通风热压的影响分析

为研究空气水分冷凝现象对隧道通风热压的影响,采用现场实测的某地下通风隧道空气参数以及文献中某隧道自然通风的测试数据,对选用的有限差分法隧道通风传热传质过程及热压计算数学模型进行了验证;并采用数值模拟方法研究分析了不同隧道入口空气温度、相对湿度及通风速度条件下,隧道内空气冷凝现象、沿程空气温度以及热压的变化规律。研究结果表明:冷凝会增大空气与壁面的传热量,使隧道内的空气降温速度减慢,导致通风热压变小,并且该影响会随入口空气温度与相对湿度的升高而增强,随风速提高而减弱;当未发生冷凝时,隧道沿程空气温度分布及热压几乎不受空气湿度的影响。以一个全纵向通风的地下隧道为例,在4~8月,隧道会出现较大范围的冷凝现象,考虑冷凝计算所得热压比不考虑冷凝时低30%,对应的自然风风速平均偏差为0.5 m·s^-1;在其余月份,不考虑空气冷凝计算所得通风热压与考虑冷凝时相同。因此计算湿热季节通风热压或对应的自然风风速时,应考虑冷凝的影响;其余季节可按不考虑冷凝的方法简化计算隧道热压。     

四洞公路隧道火灾模式下烟气控制标准研究

为了确定四洞公路隧道火灾模式下的烟气控制标准,通过理论公式计算得到火灾隧道内防止烟气逆流的纵向临界通风风速,并采用火灾动力学软件FDS进行对比验证,同时研究阻塞场景下在相邻安全隧道内进行反向通风的控烟模式,得到阻止烟气经火源下游的横通道蔓延到安全隧道的临界风速。结果表明:Kennedy理论公式计算的结果与FDS模拟结果吻合较好,确定三车道隧道火灾模式下临界风速为2.2m/s,双车道为2.3m/s;阻塞场景下,三车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于3.5m/s,双车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于5.5m/s。     

油气型高瓦斯隧道贯通后至运营前瓦斯涌出量预测研究

高瓦斯隧道混凝土衬砌完毕后由于衬砌细微孔隙、"三缝"及预留泄水孔道的存在,易受地层中瓦斯渗出侵袭,对后期运营安全构成威胁.本文对龙泉山油气型隧道运营前在自然通风状态瓦斯渗出源统计分析并采用渗透系数法对渗出量核算,泄水孔、施工缝为主要瓦斯渗出源,全隧瓦斯渗出量约为0. 559 m~3/min,瓦斯安全评估为隧道内自然风速低于0. 05 m/s时,瓦斯浓度易达0. 3%预警值,为安全考虑仍需安设机械风机供风.     

低瓦斯公路隧道横通道附近流场分析及优化

在公路隧道建设过程中,施工机械产生的废气以及从隧道围岩渗漏出来的有毒有害气体会对施工安全造成一定的影响。针对米仓山公路隧道巷道式通风系统横通道附近瓦斯不能及时排出的问题,通过CFD数值模拟对横通道附近空气流动和危险气体的扩散规律进行研究。结果表明： 沿横通道向掌子面方向的部分区域存在风速小于0.5 m/s的危险区域。为达到消除危险区域的目的,提出增大隧道进口风速、增大风管出口风速和增设射流风机3种方法对横通道附近流场进行优化。通过对比分析发现： 增设射流风机是消除危险区域最有效的措施,并且当在进风隧道横通道前方50 m处设置射流风机时,可使得整个隧道中不存在危险区域。     

运用数值模拟探讨铁路瓦斯隧道分级标准

通过有限元软件Fluent对单、双线瓦斯隧道通风进行数值模拟,结合十年间通风能力的提高,得出现行《铁路瓦斯隧道技术规范》中高、低瓦斯隧道的分界值偏于安全。建议将瓦斯绝对涌出量q0=1.0 m3/min作为单线铁路高、低瓦斯隧道分界值;建议将瓦斯绝对涌出量q0=2.0m3/min作为双线铁路高、低瓦斯隧道分界值。     

公路隧道施工压入式通风流场及瓦斯分布规律研究

压入式通风是隧道施工中采用较多的通风方法。为研究瓦斯隧道台阶法施工压入式通风流场及瓦斯分布规律,利用流体力学软件Fluent建立隧道三维模型并进行数值模拟,对局扇出风口与下台阶面不同布设距离及布设形式下流场进行对比,分析局扇布设位置对瓦斯浓度、风流速度分布的影响。模拟结果表明:在相同的入口速度条件下,局扇距离下台阶面越远,射流区迎头断面瓦斯浓度越大,回流区中高浓度瓦斯区域范围越小但最高浓度越大;局扇与风管异侧布设能平衡上下台阶区段内瓦斯分布。该研究为提出改善通风效果的途径提供理论依据。     

高海拔隧道纵向风速对人员疏散环境的影响研究

为解决高海拔隧道火灾通风及人员疏散的问题，采用数值模拟的方法设计低海拔隧道(0 m)和高海拔隧道(4 000 m)不同纵向风速条件下的对比试验。结果表明：1)较小风速(1 m/s)不会破坏烟气分层，反而会延缓烟气下降的速度，隧道上下游疏散环境比无纵向风(0 m/s)更好，可用疏散时间更长，较大风速(2 m/s、3 m/s)可保证火源上游处于安全的疏散环境，但会破坏烟气热分层稳定性，导致下游烟气下降快，不利于下游人员疏散；2)与低海拔地区隧道相比，高海拔地区隧道烟气层下降速度更快且烟气层高度更低，温度、能见度条件相对较差，高海拔隧道不同风速条件下各位置可用疏散时间整体小于低海拔隧道。     

基于模糊控制的隧道有害气体治理技术研究

针对隧道通风系统控制手段单一、控制滞后、效率低且效果差等问题，改进一种基于模糊理论的多种有害气体综合治理新方法，并采用模糊PID控制技术构建一种综合治理系统。该系统利用采样模块实时监测数据，将信号上传至分析模块进行全局把控，通过模糊控制模块在线校正参数，不断循环控制变频器来提高被控对象的运行频率，调节风量与吸收液喷雾量，最后由治理模块实施通风稀释和喷雾净化，实现对多种有害气体进行治理。该系统应用于青海省某穿煤隧道，结果表明： 该系统能够快速降低放炮后监测断面处有害气体浓度，其中掌子面处瓦斯、硫化氢的平均浓度值分别降低了17.3%、27.3%，衬砌前端处二者的平均浓度降低了12.2%、36.7%，具有较高的准确性；放炮后浓度降至规范限值的时间也由平均20 min减少至10 min左右，缩短了1~2倍，能有效保障隧道施工安全，提高隧道施工效率。     

公路隧道群污染物串流扩散机理与通风控制方法研究

本文模拟分析了不同间距、不同风速条件下两隧道间污染物分布情况,揭示了洞口之间污染气体扩散机理,提出了纵向间距50~100m两座相邻隧道污染物窜流百分比35%~65%结论,当洞外横风小于1.0~1.5m/s时,污染物窜流会导致后一隧道洞内污染物浓度超过设计允许浓度;提出了粤北山区复线高速公路间距50~100m隧道群的射流风机一体化设计方法和风速联动控制方法,为公路隧道群相邻隧道通风设施的一体化设计、建设和运营控制提供了技术依据。     

喷射混凝土衬砌隧道通风阻力系数测试研究

依托秦岭终南山18km特长公路隧道,选取隧道中部长度600多米的施工区段,设计风阻现场测试方案,布设2个测试断面,每个断面不同位置布设16个测点,采用高精度压差法对喷射混凝土作为隧道永久衬砌的通风阻力系数进行现场测试,测试风速范围为1.2~6.5m／s;通过数据整理分析,得出了通风阻力系数设计参数。试验表明:2车道公路隧道(净空面积70m2)喷射混凝土衬砌通风阻力系数在试验工况条件下为0.051,该参数值偏于保守,可直接用于指导通风设计。     

岩溶地区长大隧道施工通风模拟与空气净化技术研究

从隧道的发展趋势看,实现工程全局的高速和高效益必须依靠高度机械化的长距离独头掘进来实现,研究高性能施工设备及配套技术和施工管理技术自然成为至关重要。以贵广铁路斗篷山隧道工程为依托,对压入式通风过程进行了模拟,得到了CO及粉尘分布规律,并介绍了干式除尘空气净化技术。研究结果表明,通风10分钟后隧道工作区域的CO浓度已降至安全浓度(24ppm)以下,粉尘浓度最大处为掘进工作面未被风筒风流直射的一侧;增设除尘机后的掌子面附近粉尘测试数据显示,除尘机开启120秒后,空气中的粉尘质量浓度由初始的75 mg/m3下降到3mg/m3,空气质量达到隧道施工环境标准。     

特长公路隧道施工过程通风设计、实施与检测

基于特长公路隧道施工的通风问题已经成为隧道快速施工瓶颈的现状,本文围绕特该问题展开研究,进行了通风方式选择、施工通风阶段划分、风机配置及参数设计,确定了施工通风设计方案,并跟踪隧道施工过程,进行爆破隧道内粉尘及有害气体的连续监测。研究结果表明:爆破后洞内粉尘完全达到施工作业环境标准所需的时间约为40min,CO浓度降至施工作业标准所需时间大于1h,1h为特长公路隧道掌子面爆破后的最小通风时间。     

公路隧道巷道式施工通风瓦斯分布研究

为探究瓦斯公路隧道巷道式施工通风中瓦斯的体积分数分布规律,利用流体力学研究软件FLUENT建立三维隧道模型并进行了数值仿真计算,通过对隧道内部整体、掌子面附近和主洞与横通道连接处瓦斯体积分数分布的研究,分析了隧道内部瓦斯分布的具体特点并深入探讨了内部回流区、涡流区和瓦斯容易聚集的位置。模拟结果表明： 瓦斯从一侧主洞涌出后,不会对另一侧造成污染; 涡流区瓦斯体积分数明显大于周围区域; 风管所在一侧截面上瓦斯体积分数分布明显低于异侧。     

秦岭天台山大断面高速公路隧道降尘除尘方案研究

为解决由于隧道施工断面大、在开挖过程中产生的粉尘难以通过施工通风排除的问题，对秦岭天台山隧道（双向6车道）施工过程中钻孔、爆破、出渣、喷浆等不同工况下的隧道粉尘质量浓度进行现场实测，并根据现场实测结果，对隧道内各工况施工粉尘分布特性进行数值模拟研究，提出适合于大断面隧道施工的粉尘控制措施。现场测试结果表明，出渣和喷浆工况下，粉尘质量浓度超过规范要求数倍。通过数值模拟得到： 1）靠近掌子面40 m区域内粉尘质量浓度不稳定，下降趋势不明显； 2）在布置风管时，风管末段至掌子面距离建议取为60~80 m，以保证新鲜风以较大的喷射面抵达掌子面； 3）建议采用附壁风筒降尘+车载除尘方案，除尘效率达95%，能有效处理隧道各区域粉尘，且对施工造成的影响小。     

谭家寨隧道瓦斯、硫化氢地段巷道射流式施工通风技术研究

忠垫高速公路谭家寨隧道瓦斯、硫化氢有害气体地段施工通风,采用巷道射流方式,实践证明效果显著.对谭家寨隧道内的瓦斯、硫化氢含量进行了测定分析,同时对射流风机通风原理、升压力计算、需要通风风速和通风量设计以及通风布置等做了较系统、详细的介绍,可供类似工程参考.     

单洞双向公路隧道火灾通风排烟控制研究

基于Fluent流体动力学分析软件对单洞双向隧道火灾烟气特性开展研究,分析了隧道出口700m、1100m、1500m等3种不同位置火灾不同风速条件下烟气蔓延变化规律及导致的火灾临界危险时间变化。结果表明:同样风速条件下,火源位置越靠近洞口,火源上游越安全,火源下游的烟气蔓延速度越快,下游越危险。当通风风速大于1.0m/s时,隧道风速越大,隧道下游火灾早期更安全,但后期火灾危险性增大。