特长公路隧道送排式通风设备配置的优化研究

根据某特长公路隧道不同行车速度下的风量计算,运用通风网络理论,进行了送排式通风射流风机和轴流风机的优化配置研究.研究表明:竖井(斜井)分段送排通风设计时,应通过各行车速度及风量计算射流风机台数,合理配置射流风机;如按最大行车速度设计可能会导致某一速度情况下风量不足,最小行车速度设计又将导致隧道通风能力严重过剩.主风机的选型应结合射流风机设置的控制风量进行.按最大设计风量计算,将导致主风机的选型偏大;按最小设计风量计算,将导致主风机的选型偏小,而射流风机的能耗会急剧增加.     

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.     

公路隧道互补结合竖井送排的改进型混合通风方式研究

针对特长公路隧道常规分段纵向式通风系统运营费用昂贵的问题，提出采用双洞互补与竖井送排相结合的改进型混合通风方式。在理论分析的前提下给出换气横通道与竖井的合理结合方案，详细推导适用于超出常规双洞互补通风方式限制长度的隧道的改进型混合通风方式计算方法；通过比较传统分段通风方式和改进型混合通风方式的交通风与隧道结构利用效率，对改进型混合通风方案的经济效益进行工程实例分析。结果表明：改进型混合通风方式与常规分段纵向式通风方式相比，前者有效地提高了交通风的利用率，降低了由于交通风太过富余而对隧道通风产生的不利影响，同时减少了资源的浪费；在最不利的行车阻滞工况下，改进型混合通风方式需要通过竖井进行送排的风量之和由1 723.06 m³·s^-1降至804.62 m³·s^-1，降幅达53.3％，有效地减少了轴流风机的功率，降低了对竖井的设计要求；在隧道通风最不利工况下，射流风机的配机功率提高了84%，轴流风机配机功率降低了52.4%，虽然射流风机购置费用增加，但总配机功率仍然减少13.1%，极大地节省了运营费用；在土建方面，改进型混合通风方式增加了2个横风道，取消了部分送排联络通道，相互抵消，但竖井的规模减小，土建费用有所下降；改进型混合通风方式增加了2条排烟通道，解决了双洞互补通风方式中火灾排烟困难的问题。     

公路隧道火灾工况通风排烟分析技术研究

在隧道设计及防灾救援应急预案编制阶段,必须对火灾工况下的通风排烟方案进行设计,其中包括火灾需风量、通风计算及通风设备控制方案编制等。本文介绍了火灾需风量与火灾规模和排烟模式的关系,介绍了两种需风量计算方法,即按临界风速计算和按大面积火源烟羽流模型计算。压力平衡分析就是分析通风阻力、洞口两端气压差、阻塞车辆通风阻力、火风压、射流升压力之间的平衡关系,以确定射流风机的开启台数。     

2车道公路隧道射流风机空间布局优化的CFD分析

为解决2车道公路隧道射流风机的空间布局优化问题,依托明堂山隧道工程,采用以往公路隧道射流风机通风效果数值模拟研究中不同的边界条件,将隧道出入口边界条件均设为大气压强,并不预先给定隧道入口风速大小。对影响射流风机升压力大小的因素,如风机纵向间距、风机布置高度、风机横向间距展开讨论,得到： 风机应设在距建筑限界15～30 cm高度处;风机横向净距应设为1.5～2倍风机直径;风机纵向间距应设在150 m以上。明堂山隧道实际风机布置方式所采用的参数均在优化结果范围内,按隧道实际长度及设计射流风机台数建模,模拟结果表明风机在进行优化布局后,隧道通风效果能够达到设计要求。     

隧道施工射流通风中横通道的风流控制

介绍了施工隧道射流通风中利用风机射流对横通道风流进行调压控制的方式以及各种方式的风量计算方法,并结合算例对各种方式的能耗进行了分析比较,从中得出了一种最节能的调节方式     

特长城市复杂隧道通风系统运营优化研究

为解决特长城市复杂隧道通风系统因计算复杂而导致的运营规划困难、验证初始理想运营设计方案是否可靠等问题,针对某特长城市复杂隧道,采用SES通风软件,对南北线隧道在不同运营工况下的通风量进行模拟计算。计算比较不同车速工况下隧道风机总装机功率和洞口排污比例,确定隧道轴流风机和射流风机的开启位置和开启数量;分析阻滞工况下隧道内部和出口的污染物体积分数情况,验证优化方案的可行性。经研究发现： 车辆行驶产生的活塞风不能满足特长城市复杂隧道正常运营需风量的需求,需开启部分射流风机; 离隧道主线出入口过近的排风井排污效果较差,开启后会增大隧道通风能耗。     

安琶特长隧道施工通风技术

为了解决特长隧道施工通风难题,以安琶特长隧道施工通风为实例,对不同阶段的施工通风方式,隧道施工通风需风量计算和自然风压计算; 对有利自然风压条件下射流增压需求进行了分析,并对射流巷道式通风应用效果进行了检验。结果表明： 采用射流巷道式通风,能满足特长隧道不同阶段的施工通风需求; 充分利用有利自然通风条件,能减少射流风机配置,节约成本,减少能耗。     

长斜井特长隧道施工通风设计研究与应用

隧道施工通风是隧道全过程施工中的重要环节,通过项目前期策划,现设计为无轨施工斜井,计算斜井加隧道主线施工需风量,对风机选型,分阶段施工通风设计,从而对大巴山隧道中间段进行通风设计,保障隧道正常施工。结合特长隧道施工计划,划分为多个阶段,利用不同的通风方式,完善隧道施工通风设备,将隧道施工通风效果最优化,为隧道施工创造良好的施工环境,保障作业人员职业健康,加快施工进度。     

小竖井自然通风条件下长公路隧道通风系统模糊控制方法

依托雷家坡一号公路隧道工程,研究了小竖井自然通风条件下长路隧道通风控制系统。提出了雷家坡一号隧道冬季通风系统模糊控制方案。该方案能够根据隧道内CO浓度及交通量的变化,实时地确定公路隧道内射流风机的开启数量。在该方案的基础上,通过对射流风机产生的压力及竖井升压力进行计算,得出雷家坡一号隧道冬季竖井升压力可折减2台射流风机的结论。利用上述结论,对原有模糊控制方案进行了修正,从而优化了长公路隧道通风系统,可降低长公路隧道通风的运营成本。     

高寒高海拔隧道保温层敷设方式及设计参数优化

为了深入探究高寒隧道保温层敷设方式及其设计参数优化的问题，以高寒高海拔特长珠角拉山隧道工程为背景，通过数值模拟重点研究了保温层敷设方式、设计厚度及导热系数参数的选择，并讨论了当地气温变化与保温层设计参数的关系。研究结果表明：在寒区隧道保温层设防区段，贴壁式敷设方式最佳；随着保温层厚度的增加，洞内冷空气影响范围逐渐减小，调热圈径深随保温层厚度变化的趋势用公式表达为f（x_h）=3.039e^{-0.280 9x_h}+13.8e^{-0.009 322x_h}；基于调热圈径深随保温层厚度增加的变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温层厚度设计为5~10 cm；随着保温材料导热系数的增大，洞内冷空气影响范围逐渐增大，调热圈径深与导热系数关系趋势用公式表达为f（x_λ）=15.47e^{0.287 4x_λ}-3.829e^-39.05x_λ；基于调热圈径深随导热系数变化速率曲线及隧道结构安全，建议保温材料导热系数取0.020~0.035 W·（m·K）^-1；在假定保温层厚度为5 cm，导热系数为0.022 2 W·（m·K）^-1，通风时间4个月的情况下，只有当洞内气温大于-15℃时才能保证支护结构和围岩不受冻害影响。研究成果可为川藏铁路建设提供指导作用。     

导水夹泥断裂破碎岩内在结构与渗透性（双语出版）

造成深长隧道开挖过程中涌突水危害的主要灾害源为导水夹泥构造。研究断裂破碎岩体内在结构特征与不同构造单元渗透特性可以在一定程度上规避工程施工过程中事故的发生。以甘肃典型导水夹泥断裂带为背景,针对典型断裂破碎岩样进行XRD矿物分析、SEM岩体裂隙内在结构表征、不同构造单元原位压水试验及室内典型破碎岩体渗透试验,分析导水夹泥断裂破碎岩矿物成分、内在结构及渗透系数。研究结果表明：岩样裂隙内的充填物随次生矿物比升高,渗透系数增大;断层核部渗透系数较破碎带与完整花岗岩体大,断层核部粒径浅部比深部大,岩体浅部变质程度比深部破碎,有效孔隙度核部深部比浅部大,比表面积值核部也比影响损伤带及母岩大;横向上,断层核部裂隙密集带具有较高渗透性,随着裂隙密度的降低渗透系数明显降低,且距断层核部越远,渗透系数越低;纵向上,断层带不同构造单元的岩体,其渗透系数由小到大的分布规律为断层泥（<10^-9 m·s^-1）、碎砾、角砾岩（10^-5~10^-7 m·s^-1）、碎裂岩（10^-4~10^-7 m·s^-1）,完整围岩部分（<10^-9 m·s^-1）渗透系数又变小。研究结果可为隧道涌突水防治提供理论与工程指导。     

广深港客运专线福田站及相邻区间隧道通风系统研究

广深港客运专线福田站及相邻区间隧道为单洞双线隧道,具有时速高、断面大、阻塞比小、活塞效应弱和散热量大的特点。为保证隧道内人员舒适性要求,必须解决隧道内温度和新风量控制等关键技术问题。从区间和车站活塞风井设置、风井面积及车站排热风量3个方面进行研究,主要结论如下:1)隧道内共需设5处活塞风井,分别为益田路1#风井和2#风井、福田车站两端活塞风井、皇岗公园风井;2)福田车站两端活塞风井面积均为60 m~2,其余3处活塞风井面积均为40 m~2;3)福田车站排热风量为540m~3/s;4)优化后隧道最高温度为39.3℃,人均新风量为76 m~3/h,均满足设计标准要求。     

隧道内不同间距双火源火灾试验及模拟研究

为了给隧道双火源事故中的人员疏散和应急救援提供参考，研究隧道内部双火源火灾条件下的燃烧行为和火场环境，搭建1∶10缩尺寸模型隧道，开展不同火源间距下的双火源油池火试验，研究燃烧速率、火焰形态和隧道内纵向温度分布；同时，采用PyroSim数值模拟的方法分析隧道内部双火源之间距底面高度0.1、0.15 m处的温度分布。试验结果表明：对于隧道内双火源火灾，燃烧速率受火源间距影响较大，当间距从2D(D为油盘边长)增加到8D时，燃烧速率从20.43 g·m^-2·s^-1下降至15.61 g·m^-2·s^-1，并逐渐接近单火源燃烧速率；燃烧过程中火焰相互倾斜，倾角会随着间距增加逐渐减小，由18.3°减小至13.7°。由于两火源之间相互限制，火源之间区域内的热量不断积聚，双火源间近顶板温度明显偏高；双火源外侧远端近顶板处纵向温度呈指数衰减规律，与单火源远端顶板温度分布规律保持一致，但温度衰减因子会随着双火源间距的增加逐渐变大。数值模拟结果表明：双火源之间温度分布呈现出凹形分布规律，随着距火源距离的增加，温度迅速下降，后逐渐保持稳定，但稳定区间内的温度仍然较高，会对人员造成伤害。双火源间距对火源之间的温度分布影响较大，随着间距增加，双火源之间的稳定温度逐渐下降，对人员疏散影响逐渐变小。双火源之间温度分布规律研究结果可为火灾初期被困人员的施救提供参考。     

双洞互补式通风系统在两河隧道中的应用研究

针对两河特长公路隧道左右线通风负荷差异较大的情况,采用双洞互补式通风设计理论及方法,对两河隧道通风系统进行优化设计。采用横向通风道使上下行隧道形成整体通风网络,以下坡隧道内污染物浓度较低的空气去稀释上坡隧道中污染严重的空气,使2条隧道内的通风均满足娩范要求。互补式通风方式充分利用隧道内部空间与下坡隧道的富裕通风能力,取消通风竖井,使通风系统整体经济效益得到显著提高。     

浅埋大断面公路隧道渐进破坏规律与安全控制

围绕浅埋大断面公路隧道渐近破坏过程与机制，以大永高速公路甸头隧道下穿大西二级公路工程为背景，开展了室内相似模型试验与现场监测分析。针对不同围岩级别条件（Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂），分析了隧道毛洞开挖过程中围岩应力和位移变化规律，提出了基于变形差率的隧道施工安全控制指标，隧道施工现场监测验证了该指标的科学性，保障了隧道施工安全。研究结果表明：①隧道的破坏首先发生在拱顶位置，随着隧道的不同分部的开挖，破坏区向拱肩和地表扩展；围岩级别为Ⅳ₃时，隧道开挖后围岩形成一定厚度的塌落拱，塌落拱高度约为0.67M（M为隧道最大跨度）；围岩级别为Ⅴ₁和Ⅴ₂时，隧道开挖将引起围岩坍塌，形成塌方等较严重事故。②隧道开挖过程中，在开挖卸荷作用下，隧道产生不同程度的收敛与沉降，Ⅳ₃比Ⅴ₁，Ⅴ₁比Ⅴ₂，Ⅳ₃比Ⅴ₂最大地表变形分别减少了63.0%、20.0%和70.4%；隧道开挖应力变化方面，Ⅴ₁比Ⅳ₃，Ⅴ₂比Ⅴ₁，Ⅴ₂比Ⅳ₃最大应力变化量分别减少了43.5%、23.0%和56.5%，且Ⅳ₃，Ⅴ₁和Ⅴ₂围岩级别下隧道开挖过程应力和变形影响范围逐个增大。③采用模型试验手段，通过计算典型测点沉降差与测点距离的比值——变形差率，分别探讨Ⅴ₂，Ⅴ₁和Ⅳ₃围岩级别的浅埋隧道施工安全控制标准。隧道施工现场监测结果表明，对于Ⅴ₁级围岩浅埋隧道，当隧道地表横向和纵向变形差率均小于10 mm·m^-1，可防止公路地表裂缝的产生。研究成果对于浅埋大断面公路隧道施工与安全控制具有重要意义。     

高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机研究

二次衬砌施作时机一直是高地应力软岩隧道工程设计与施工过程中面临的关键技术难题之一。为此,依托在建成都-兰州铁路典型千枚岩隧道工程,基于隧道变形长期监测结果,分析高地应力软岩隧道变形时程特点,考虑软岩隧道荷载特点,确定了二次衬砌施作时机原则;考虑隧道测量丢失变形,提出软岩隧道第1稳定阶段变形量确定方法;通过现场实测变形数据统计回归,基于一定保证率确定不同大变形等级和不同断面下的软岩隧道二次衬砌施作时机,并进行现场试验验证。研究结果表明:适当刚度的初期支护可以实现高地应力软岩隧道前期变形稳定,但无法保持围岩长期稳定,二次衬砌应该在初期支护变形达到第1稳定阶段后施作,既可以减少二次衬砌荷载,又可以控制围岩变形;采用指数函数拟合软岩隧道变形具有较好的相关性,但参数差异性较大,同时在确定隧道第1稳定阶段变形量时应考虑测量丢失变形;轻微、中等大变形段拱顶下沉变形速率小于0.1~0.2mm·d^-1,边墙收敛速率小于0.5mm·d^-1,严重、极严重大变形段拱顶下沉变形速率小于0.4mm·d^-1,边墙收敛小于0.6mm·d^-1,即可进行二次衬砌施作;轻微大变形段、中等大变形段和严重大变形段分别在隧道开挖45~55 d,55~60 d和80~90 d后达到二次衬砌施作标准。     

高海拔特长隧道低温大风环境及对围岩-结构温度场的影响

为探明高海拔特长隧道洞外低温大风的成因、特征及对洞内风场、围岩-结构温度温度场的影响，以国道317线雀儿山隧道为工程依托，采用气象站、手持风速仪、红外测温仪、埋入式多点铂电阻温度传感器等，对冬季隧道贯通前后进出口两端隧址区、洞内净空风速、风向、温度以及隧道轴向、径向的围岩-结构温度场进行现场实测，分析低温大风成因和特征、隧道贯通前后负温区范围、风速风向变化规律以及对洞口段和洞深部围岩-结构温度场的影响。研究结果表明：受高原大尺度大气环流产生的高原季风以及雀儿山两侧日照时间、地形引起的小尺度范围内自由大气热力差影响，隧址区冬季风速高、温度低；大风时段主要集中在14：00~21：00，平均风速达10 m·s^-1，负温时段主要在19：00~8：30，隧道进、出口日最大气温差分别为23.5℃和28℃；隧道贯通前，进出口两端负温区段在860 m以内；贯通后，出口端主洞和平导负温区段为1 200，1 280 m，分别比进口端长了340，420 m；贯通前后，隧道深部最低风速分别为1.1，2.2 m·s^-1，洞内风向由两端向洞内方向转化为主要由出口向进口方向；隧道洞口浅埋段围岩和衬砌结构径向负温范围在贯通前为1.20 m，贯通后为0.80 m，且在上述范围内温度变幅较大；低温大风对隧道深部的围岩温度影响不大，但对结构表面温度影响明显，由于变温区主要集中在二衬混凝土结构内部，因此要重视结构内部产生的冻胀作用。