运营通风作用下高海拔隧道保温隔热层的设计参数

为研究运营通风作用下高海拔隧道的保温隔热层的设计参数,通过建立考虑气-固耦合换热的隧道有限元模型,研究了不同通风工况下的气流流动特征,分析了保温隔热层的合理敷设长度。结果表明:在不同的通风工况下,隧道内气流流动特征不同;平导压入通风时,在横通道和主洞相接处出现漩涡;自然通风下,二衬表面温度在洞口段骤然升高,而后趋稳;建议主洞进出口保温层的敷设长度为565 m,导洞进出口保温层的敷设长度为680 m。     

曲线寒区隧道保温层铺设长度计算方法研究

为探究隧道曲率对保温层设计以及隧道纵向温度场分布的影响,以河北延崇高速金家庄隧道为研究对象,采用理论推导、CFD模拟的方法探讨隧道曲率对寒区隧道温度场分布特征的影响,并推导出不同曲率下的隧道保温层铺设长度计算方法。研究结果表明:1)隧道的曲率造成了隧道内空气的非对称流动,进而造成隧道左右侧对流换热不对称,以及温度分布的不对称,且曲率越大,非对称现象越明显;2)隧道内外侧的边界层空气速度差异随曲率的增大而增大,由于离心力造成的偏移效应在隧道进洞深度150m处出现并迅速达到稳定;3)提出的保温层铺设长度计算公式考虑了曲率造成的隧道内温度非对称现象,可用于计算不同曲率隧道的保温层铺设长度。     

地下风机房施工过程中应力应变模拟分析

隧道通风问题是长大隧道建设和运营中亟待解决的重要问题之一。在实际工程中,长大隧道通常采用地下风机房作为辅助通风巷道。以山西省和榆高速公路云山隧道为背景,利用大型有限元分析软件模拟地下风机房在不同工况下斜井进入主洞的施工过程,分析研究不同工况下主洞与斜井交叉部位的围岩位移场和应力场的变化,揭示了不同工况下隧道洞周围岩的位移和应力变化规律,提出了采用台阶法开挖隧道的根据,指出了斜井两侧的主洞采用两个工作面同时开挖与分别开挖对交叉部位的围岩位移和应力的影响,为优化施工工法提供了依据,可为类似工程设计和施工提供参考依据。     

隧道围岩温度分析解及隔热层对衬砌温度的影响分析——以大瑞铁路高黎贡山隧道为例

高岩温会降低隧道衬砌结构的稳定性并恶化施工环境,在隧道结构中设置隔热层是一种较为有效的应对措施。为分析隔热层对衬砌温度的影响,基于隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热模型,引入第三类边界条件和莱维级数法推导得到隧道围岩温度分布的分析解,计算结果与已发表文献数据一致。以高黎贡山越岭段铁路隧道为工程背景,分析影响衬砌内外表面温度的主要因素。研究结果表明:1)利用分析解不仅能够方便地量化不同隔热层敷设方式对衬砌的降温效果,还能确定不同内表面对流换热系数条件下衬砌内外表面温度及其梯度与隔热层导热系数之间的连续变化关系,例如对流换热系数取0. 25 W/(m2·℃)工况下,采用夹心式敷设方式时衬砌平均温度比贴壁式低了约1. 6℃; 2)当对流换热系数较大时,隔热层导热系数减小对降低衬砌内外表面温度的作用减弱,表明洞内通风条件较好时选择热阻较小的隔热材料也能满足隔热要求。     

基于对流-导热耦合作用的寒区隧道保温隔热层研究

寒区隧道的抗冻措施研究对隧道建设有重要意义,基于对流-导热耦合作用的非稳态传热有限差分计算模型,计算分析寒区隧道多年冻土和非冻土段外贴式及中隔式保温隔热层的保温隔热效果,并对寒区隧道纵向铺设保温隔热层后的抗冻效果展开研究。结果表明:1)在非冻土地层外贴式保温层保温效果较佳,在多年冻土地层中隔式隔热层隔热效果较佳,两者效果相差不大;2)受周期性入口风温的影响,隧道衬砌背后温度呈现周期性变化,变化幅度逐年递减。在材料、施工允许的前提下,建议采用外贴式保温隔热层;设计时,保温隔热层厚度应作经济技术比选。本文研究成果可供寒区隧道设计者与研究者参考。     

寒区公路隧道消防管道放水保温模式优化研究

寒区公路隧道消防系统保温关系着隧道运营消防安全。为了优化寒区隧道消防管道放水保温方案,建立了管道保温计算模型,根据传热学原理,采用多工况对比优化分析的方法,分别计算了消防主管和消防支管的放水时间和放水量,并确定了合适的保温层厚度;运用ANSYS软件对消防支管在无保温层和确定保温层厚度下进行了管道温度模拟分析。结果表明: 保温层越厚保温效果越好,但厚度达到一定值时,保温效果增长不明显,其厚度合适取值为0.06～0.08 m;环境温度和保温层厚度相同时,消防系统不冻,消防主管控制着放水量,消防支管控制着放水时间,应遵循“消防支管勤放水,消防主管控制放水量”的原则;数值模拟结果验证了消防支管在0.08 m保温层时,间隔8 h放水能够满足管道不冻的要求。结果可为寒区隧道消防管道保温设计提供依据。     

雪山梁高原特长隧道施工通风关键技术三维数值模拟

为解决高原特长隧道施工期间缺氧低压、通风困难的问题,以雪山梁隧道工程为研究对象,针对高原地区特长隧道施工通风技术展开研究。结合雪山梁隧道各施工阶段隧道内的空气质量监测数据,从理论上对施工通风需风量、高原地区通风阻力做出计算和分析,选择合理的通风设备,适应不同阶段的通风方式。依托工程,基于Fluent流体力分析学软件及相关理论,对隧道主洞在压入式通风气流运动条件下采用三维紊态k-ε双方程湍流模型进行数值模拟,得到了隧道在掘进过程中扬尘浓度和气体流场的变化情况;通过模拟结果与实体监测数据相互佐证,对现有施工通风方案进行验证。     

延崇高速公路金家庄特长螺旋隧道温度场分布规律及保温层研究

为揭示寒区螺旋隧道温度场时空分布规律，依托金家庄特长螺旋隧道，采用现场监测方法研究寒区螺旋隧道温度场变化规律。基于此，通过数值模拟建立三维模型探究进口风速风温对温度场的影响，并拟合结果数据获得保温层敷设长度计算公式。研究表明： 1）随着进洞深度的增加，进、出口洞壁处空气年平均温度上升，而年温度振幅减小； 出口年温度振幅变化幅度略小于进口。2）隧道贯通后，洞内温度受两侧洞外相对低温的共同作用，同一断面处年平均温度下降，年温度振幅增大。3）隧道在直线段温度场分布规律与同条件的直线隧道一致，从曲线段开始内外径温度曲线发生分叉，外径侧温度较直线隧道温度大；而内径侧温度反之。4）进口风速越大、风温越低，对隧道温度场越不利，通过拟合公式，金家庄特长螺旋隧道进口的保温层长度至少需要1 239 m。     

雪山梁隧道施工通风关键技术三维数值模拟研究

为解决高原地区特长隧道施工期间缺氧低压、通风困难的问题,以雪山梁隧道工程为研究对象,对高原地区特长隧道施工通风技术展开研究。结合雪山梁隧道各施工阶段隧道内的空气质量监测数据,从理论上对高原地区隧道施工通风需风量、通风阻力进行计算和分析,以便选择合理的通风设备,适应不同施工阶段的通风方式。另外,基于Fluent流体力学分析软件及相关理论,对雪山梁隧道主洞在压入式通风气流运动条件下采用三维紊态k-ε双方程湍流模型进行数值模拟,得到隧道在掘进过程中扬尘浓度和气体流场的变化情况,并将数值分析结果与实体监测数据进行比较,找出通风技术环节的不足,使施工通风方案得以补充和优化。     

寒区隧道围岩温度场变化规律及防冻保温分析

为解决寒区隧道的冻害问题,通过对现有寒区隧道保温措施调查分析,以青海省红土山隧道为依托,建立寒区隧道围岩温度场有限元分析模型,引入隧道环境温度实际监测数据作为模型分析温度参数与边界条件。分析了不同环境温度条件下保温层厚度对隧道围岩温度场的影响,计算了不同隧道环境下应铺设的保温层厚度,得到了不同风速、风温条件下隧道围岩温度场变化规律,探讨了沿隧道纵向分区段设置不同厚度保温层的效果。研究成果可为寒区隧道的保温防冻提供理论依据,并可为类似工程提供借鉴。     

龙耀路越江隧道通风模拟研究

该文简要介绍了龙耀路隧道通风系统,运用SES软件模拟分析正常及阻滞工况下隧道通风气流以及火灾工况下的纵向烟气风速,可供类似工程参考。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

扎尕梁特长公路隧道通风方案比选研究

为找到一种更加适合单洞双向行车特长公路隧道的通风方案,解决此类隧道排烟困难、人员疏散逃生困难的问题,结合具体工程,针对扎尕梁特长公路隧道的特点,提出合流型通风井排出式+射流风机纵向通风、平导压入式网络通风以及射流风机纵向通风+斜井分段排烟3种通风方案,从土建费用、机电设备初期投资、运营电费、通风控制、通风网络稳定性、通风方案的适用性以及管理维护几个方面对各个通风方案进行比选,通过比较各个方案的优点和缺点,最终给出推荐方案:射流风机纵向通风+斜井分段排烟方案。隧道正常运营工况下,主洞采用全射流纵向通风,实现按需通风;火灾工况下利用排烟斜井进行排烟,解决平导排烟只能分2段排烟的问题;利用平行导洞进行人员的疏散逃生和救援,解决人员疏散逃生问题。     

高海拔区特长公路隧道网络通风仿真与优化分析

针对新七道梁特长公路隧道海拔高、气候多变、洞内气流复杂等特点,运用网络通风理论,对不同工况下通风系统进行仿真分析,论证该隧道通风方案的合理性,优化通风设计和通风模式,保证隧道通风效果,降低通风营运费用。     

新七道梁公路隧道网络通风仿真与优化分析

本文针对新七道梁特长公路隧道海拔高、气候多变、洞内气流复杂等特点,运用网络通风理论,对不同工况下通风系统进行仿真分析,论证该隧道通风方案的合理性,优化通风设计和通风模式,保证隧道通风效果,降低通风营运费用。     

寒区隧道不同形式排水沟适用性研究

为了研究寒区隧道不同形式排水沟的适用性,依托延崇高速金家庄特长螺旋隧道,理论分析、现场测量与数值模拟相结合,建立不同隧道排水沟模型,并用对隧道温度场以及隧道排水沟保温抗冻进行数值模拟。以水沟边界最高温大于0℃为判断水沟正常工作的条件,计算出了4种形式的排水设计适用范围。金家庄隧道采用5cm厚的聚酚醛树脂防寒隔热层完全可以使环向排水盲管正常工作。双侧保温水沟适用于最冷月平均气温为-5℃到-15℃的寒区隧道;保温中心水沟适用于最冷月平均气温为-10℃～-20℃的寒区隧道;中心深埋水沟排水适用于最冷月平均气温为-15℃～-25℃的寒区隧道;防寒泄水洞适用于最冷月平均气温低于-25℃的寒区隧道。金家庄隧道排水沟采用中心排水沟。     

隧道壁面粗糙度对摩阻损失的影响分析

隧道在进行通风设计时,需考虑到摩擦阻力对于空气流动的影响,其中衬砌的壁面粗糙度是决定通风摩阻大小的一个重要因素。为了研究隧道洞壁粗糙度对通风摩阻系数的影响,采用Fluent软件建立模型,通过改变隧道壁面粗糙单元的高度、间距以及断面直径等控制因素来研究通风摩阻的变化。结果表明:当气流掠过壁面且流速很小时,壁面附近的流线基本与壁面粗糙单元的外轮廓相平行,而当流速超过一定值时,靠近壁面的流线会与壁面产生一定程度的流动脱离、回流;在初始风速一定的前提下,壁面粗糙度越大,壁面的摩阻损失系数越大,壁面粗糙度越小,粗糙单元对流体流动所起到的阻碍作用越小。结合大部分公路隧道的实际情况进行归纳并提出了隧道壁面摩阻损失系数参照表,可直接依照隧道的实际参数选取摩阻损失系数值,对隧道通风设计具有一定的参考价值。     

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。     

郑万高铁隧道口紧急救援站防灾通风方案及参数敏感性研究

为确定隧道口紧急救援站火灾工况下射流风机的最优布置方案,明确各参数对防灾通风设计方案的影响,依托郑万高铁隧道口紧急救援站工程,对火灾工况下风机的布置方案及影响因素进行研究。采用网络通风算法,研究将风机布置于正洞进口段、正洞进口段和平导进口段、正洞进口段和横通道内3种方案的优劣,以及隧道内自然风、火源位置、火灾规模及隧道纵坡等因素对正洞内及防护门处风速的影响程度及规律。研究结果表明： 1）对于隧道口紧急救援站,将风机同时布置于正洞进口段和平导进口段时需要的风机数量最少。2）隧道内自然风对隧道正洞进口段的风速影响最大,而火源位置的影响程度相对较小,火灾规模及隧道纵坡的影响规律相同;相比于隧道正洞,各因素对隧道防护门处的风速影响相对较小。3）同时考虑火灾规模、隧道纵坡、火源位置及隧道内自然风等因素时,满足防灾通风要求的风机总功率为不考虑上述因素时的2.5倍;火灾工况下,开启风机的总功率为不考虑上述因素时的3.0倍。     

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。