隧道掌子面施工风管布设方式对稀释瓦斯效果影响研究

以成贵铁路白杨林隧道为研究对象,对瓦斯隧道施工压入式通风效果进行分析,利用CFD流体动力学软件,建立模型并进行数值模拟计算,得到不同风管出口距掌子面距离下,隧道内风速流场和瓦斯浓度的分布规律,并与现场测试数据进行对比,优化流场分布,减少瓦斯在掌子面附近积聚的现象。计算结果表明:一定风速条件下,风管末端距掌子面距离直接影响施工通风效果和掌子面瓦斯浓度分布。风管末端距离掌子面越大,稀释瓦斯效果越差,掌子面瓦斯积聚现象越严重。单侧风管通风情况下,掌子面瓦斯稳定浓度为0.07%,瓦斯浓度随风管末端距掌子面的增加而升高。根据白杨林隧道瓦斯溢出和施工通风情况,得出其风管末端距掌子面距离为13m可使瓦斯不形成聚集,保证施工安全。     

瓦斯隧道有害气体运移规律及通风方案优化研究

本文基于现场测试和数值模拟对隧道整体双洞互补式通风条件下瓦斯扩散规律进行分析和研究。结果表明:(1)瓦斯隧道爆破施工主要产物浓度峰值从掌子面向隧道洞口方向逐渐减小。(2)风速变化梯度随风管附壁程度的增加、距工作面距离的降低而显著提升;另外,局部压力损失会随着风管管口距工作面距离的缩小而增大。(3)在隧道掌子面附近区域瓦斯浓度变化最为显著,且射流区瓦斯浓度相较于回流区要低。本文研究成果可为瓦斯隧道施工通风优化提供参考。     

隧道施工压入式通风效果分析及参数优化研究

对隧道台阶法施工压入式通风效果进行分析并提出相关参数优化措施,利用流体力学软件Fluent,建立隧道三维模型并进行了数值模拟,分别对上台阶不同开挖长度及风管不同布设位置下流场特性的对比,分析了通风系统各参数对通风效果的影响。模拟结果表明:台阶的存在改变了射流发展一般性,射流主体提前收缩,有效射程减少;上台阶长度越短,射流有效射程越大,涡流区域覆盖范围越小;风管沿侧壁布设且管口至掌子面距离在5~10m时,通风效果最佳。     

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。     

无轨运输施工隧道瓦斯分布规律数值模拟研究

为了研究隧道瓦斯涌出运移规律及对无轨运输施工的影响,对渝黔铁路天坪隧道施工过程中开挖面瓦斯涌出后的运移分布规律进行数值模拟。考虑可能存在的瓦斯涌出极端条件并结合隧道施工实际,在特定供风条件下分别模拟隧道内无障碍物阻挡、有衬砌台车阻挡、存在运输车辆等因素对瓦斯分布的影响,通过分析特定断面及沿着隧道瓦斯浓度随时间的变化规律,结论如下:开挖面瓦斯涌出后隧道上部瓦斯浓度大于下部瓦斯浓度,上部瓦斯运移速度大于下部瓦斯运移速度;压风管一侧瓦斯浓度低于无压风管一侧浓度;衬砌台车和运输车辆会改变瓦斯运移场规律;建议内燃机车进巷作业时间不低于30 min。     

黄土塬区浅埋大断面隧道掌子面失稳机理研究

研究目的:高速铁路以隧道形式穿越黄土塬区时,受地下水位高、含水量大、围岩分级高、浅埋段距离长等特点的影响,隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险高。大断面黄土隧道掌子面稳定分析中,大都集中在浅埋短距离隧道的横向二维问题上,很少提到浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定问题。研究结论:(1)针对黄土塬区大断面隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险,建立了利用Terzaghi松动土压力理论的三维修正分析模型,推导出了浅埋长距离隧道掘进施工中掌子面稳定性的计算公式;(2)研究了黄土隧道三台阶预留核心土工法施工中掌子面稳定性与黄土含水量之间的关系,提出了黄土塬隧道掌子面施工稳定含水量界限参考值为20%,针对性地提出了安全预防措施;(3)该研究成果可有效指导黄土塬区浅埋慢坡隧道掌子面安全施工,为浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定分析和安全控制提供理论依据。     

基于有害气体监测的多作业面隧道通风管理

大临铁路红豆山隧道1#斜井采用"斜井+平导+正洞"多作业面施工的组织方式,在施工中检测到多种高浓度有害气体,给施工通风及管理提出了极高要求.通过优化通风设计,建立基于有害气体监测的多作业面隧道通风管理系统,依据有害气体浓度和风速变化情况,控制移动式风扇的位置、主通风机的送风量及局扇的运行状态,并通过通风可靠性评价,实现...     

柴油车运碴时隧道内空气中颗粒物时空分布测定

用光散射数字尘计对施工隧道装运碴时颗粒物浓度进行了测定。纵向分布呈现掘进面至送风口浓度的曲线由高渐低，风管铺设段呈水平分布，提示风管铺设段隧道内污染物排出顺利。运碴车辆往返运动时，可消除或减少送风口远离掘进面通风阻碍污染物向外移动的不利影响，使掘进面污染物被带至风管铺设段，顺风流方向移向洞外。     

武广铁路客运专线瓦斯隧道施工监理控制要点

武广客运专线瓦斯隧道施工监理重点为单独编制瓦斯突出隧道施工组织设计：开工前施工单位对施工作业、现场管理等进洞人员进行安全技术培训；特种作业人员必须持证上岗；机电设备应具有防爆性能：钻爆作业必须严格执行工艺；严格控制洞内各工序作业及起始时间；建立专门机构进行通风、防突、防爆及瓦斯检测工作，设置消防设施，制定应急及救援预案等。     

高海拔特长山岭隧道施工通风技术

高海拔特长山岭隧道由于其特殊的环境条件,空气稀薄、气候寒冷恶劣,给施工通风技术提出了更高要求。本文依托阿坝藏族羌族自治州九寨沟县勿角乡境内山岭隧道工程,通过理论研究与现场施工相结合的技术手段,对高海拔特长山岭隧道通风技术进行探讨分析,主要得出以下研究成果:(1)通过对高海拔地区隧道通风方式进行对比论证,确定采用独头压入式通风方式;(2)通过对高海拔山岭隧道施工各项通风参数进行分析计算,制定出高海拔山岭隧道通风专项技术方案;(3)通过在施工现场对隧道爆破施工后的粉尘与风速进行监测,验证了通风专项技术方案通风效果。     

铁路隧道内道床机械化清筛作业通风技术

以一座长500 m既有铁路单线隧道为工程依托，对隧道内清筛机组加装射流风机，通过理论推导计算和流体仿真分析，确定与隧道通风要求匹配的射流风机参数。结果表明：隧道内风机组中轴线处最高风速约13.6 m/s，随距风机出口距离加长风速逐渐减小，距风机出口40 m处风速已减少至2.9 m/s；将两组射流风机以间距40 m安装，可形成长距离通风传导，明显改善通风效果。经工程现场测试，清筛机组加装单组射流风机作业3 h，隧道内一氧化碳、氮氧化物、颗粒物浓度分别为18.0、4.6、2.9 mg/m³，均符合规范要求。     

高海拔隧道施工通风供氧一体化设计方案研究

为了保障高海拔隧道施工人员的生命安全和内燃机械的高效运作，依托海拔3 800 m的某隧道工程提出了通风管路供氧和专用管路供氧两种通风供氧一体化设计方案，计算了不同海拔地区及洞内掌子面的环境参数及两种通风供氧一体化方式的需氧量。采用数值模拟对两种供氧方式的供氧效果进行分析。结果表明：(1)通风管路供氧方式与专用管路供氧方式下的供氧量分别为0.576 m³/s和0.385 m³/s;(2)通风管路供氧方式的流场稳定时间为50～60 s,而专用管路供氧方式的流场稳定时间为60～160 s;(3)通风管路供氧方式的供氧效果好，各测点氧含量均达到供氧目标，而专用管路供氧方式仅当供氧管路布置在风管上方且距离掌子面30 m时才能获得较好的供氧效果。     

瓦斯隧道运营通风监控系统的设计

研究目的：瓦斯隧道在运营中,瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不得大于0.5%。针对其规范要求进行研究,进而采取有效的瓦斯隧道运营通风监控系统的设计。研究方法：在总结南昆线家竹箐隧道KJ4瓦斯监测与报警系统设计的基础上,结合本次“达成线云顶、天台寺”瓦斯隧道实际情况,进一步分析目前监控系统软件的技术,明确本次监控系统设计中需要解决软件技术支持的重点问题。研究结果：本次运营通风监控系统软件采用“基于非恒定流理论的通风控制模型”和神经网络控制算法及先进的监测联网技术。提高了集成度、可靠性,易安装、维护和使用,同时在经济上降低系统建设、维护和运营费用。研究结论：隧道风机控制室计算机软件、监测系统的联网技术、本地控制柜的应用软件、数据通讯的FSK技术、瓦斯监测传感器的接入技术运用到本瓦斯隧道运营通风监控系统设计中,充分体现了监控系统设计的先进性,从而在根本上解决瓦斯隧道通风控制问题。     

襄渝线财神庙隧道瓦斯特征及处理对策

研究目的:通过对财神庙隧道瓦斯的出现过程、赋存条件、浓度变化规律、现场采取的有效临时措施以及隧道结构设计的分析,总结瓦斯隧道施工中通常应采取的措施.研究结论:财神庙隧道围岩既不产生瓦斯,也不存在储存大量瓦斯气体的地质环境,岩层中的瓦斯主要从远处运移而来,以游离状态存在,一般不会出现大量瓦斯气体的突然涌出,而是随着打孔释放和通风排泄,浓度会逐渐降低.对于隧道中瓦斯的处理,在思想上要高度重视,充分认识到瓦斯有害气体的危害以及可能带来的严重后果;在措施上要有序认真、层层落实,重点要做好瓦斯检测、通风工作,随时掌控洞内瓦斯的浓度,掌子面的开挖掘进必须有超前探孔指导施工,务必把浓度控制在安全值以内;隧道结构设计首要考虑对瓦斯的封堵,尽量减少瓦斯逸出,确保隧道施工和运营安全.     

深埋风积沙地层隧道掌子面失稳特征研究

研究目的:风积沙是一种黏聚力低、自稳能力差的土体,给隧道设计和施工带来很大困难。本文研究旨为揭示不同掌子面角度下深埋风积沙地层隧道的掌子面失稳特征,从而反馈设计施工。研究结论:(1)掌子面前方失稳区呈楔形状,再向上扩展形成封闭的灯泡状区域,随着掌子面角度增大,失稳区下部扩大,上部缩小,掌子面稳定性逐渐改良;(2)掌子面角度对于失稳区的纵向、横向尺寸影响不大,失稳区前边界约为掌子面前方1倍洞径处,横向跨度约为2倍洞径;(3)失稳土体中存在压力拱,其顶点位于拱底上方1~2倍洞径间,随着掌子面角度增大,失稳区形成的压力拱顶点在下移,跨度在减小;(4)本文推导了适用于深埋风积沙地层的掌子面支护力计算公式,并提出了相关设计施工建议;(5)本研究成果可应用于深埋风积沙隧道,尤其是台阶法或盾构法开挖的隧道。     

基于静压变化的隧道风管漏风计算方法

目前施工通风计算中，往往将风管百米漏风率取为1个固定值进行计算，而工程实际中漏风率会随着风管内外的静压差变化而变化，为此，通过试验测试和理论分析相结合，提出1种充分考虑静压差和风量沿程变化影响的漏风率计算方法。首先，基于漏风率测试试验结果，拟合漏风率和风管内静压的关系式；然后，将风管分段处理，从出口段开始对风量、静压、漏风率等参数进行迭代计算；最后，求出整段长风管的漏风率。基于该方法进行通风距离、风管直径和海拔高度对漏风率的影响分析，结果表明：风管百米漏风率与管内静压呈正相关；在风管距离较长时，分段迭代的漏风计算方法更为合理；通风距离增长，风机须提供的静压升高，平均百米漏风率随之增大；风管直径增大，风管内的通风阻力减小，风机须提供的静压降低，平均百米漏风率随之减小；海拔越高，需风量越大，风机须提供的静压升高，平均百米漏风率随之增大。     

爆破施工隧道围岩稳定性研究

结合贵广铁路棋盘山隧道施工现场测试,研究隧道爆破近区围岩振动规律以及稳定性。对棋盘山隧道掌子面后方拱顶5 m范围内围岩的爆破振动速度进行测试和分析,结果表明:隧道爆破近区围岩的振动传播速度随爆破的比例距离呈幂指数衰减,棋盘山隧道Ⅲ级围岩的幂指数为-0.62。对爆破施工隧道的稳定性研究表明:隧道塌方主要是岩块沿着节理面滑动造成的,与节理面的抗剪强度和岩块的大小及形状相关。最不稳定拱顶位置关键块掉落的临界爆破振动速度,随关键块高度的增大而增大,而随关键块长度和宽度的增大而减小。因此,可根据隧道围岩关键块的形状和位置,计算关键块的临界爆破振动速度,进而得到保证关键块不掉落的炸药量,以控制围岩稳定,确保隧道施工安全。     

基于未确知测度理论的隧道施工瓦斯灾害风险评价

选取煤层厚度、煤层瓦斯含量、回风流平均瓦斯浓度、相对瓦斯涌出量、岩石类型、连通封闭性、深度值、隧道跨度、隧道长度、通风风速和涌水量等11项瓦斯灾害指标作为隧道施工瓦斯灾害风险评价指标体系,并建立各指标的等级标准。将序关系分析法(G1)和反熵权法(AEW)运用拉格朗日乘子法确定组合权重,构建各指标的单指标测度函数,并计算出各指标的综合测度评价向量。为了优化未确知测度置信度识别准则,引进集对分析(SPA)关联系数确定各隧道的瓦斯灾害风险等级。并对24个瓦斯隧道进行瓦斯灾害评价,并和FDA法评价结果和现场实测结果进行对比,精度达到91.7%,基本符合实际情况,表明了该评价方法合理有效,可为隧道施工瓦斯灾害评价提供理论参考。     

天然气高瓦斯山岭隧道地质灾害的特点与预报

研究目的:开挖油气田区的高瓦斯隧道,有着极高的危害性。由于隧道底部围岩为油气层,成为隧道施工瓦斯的补给源。而且,不同于煤层瓦斯的是,油气田区瓦斯无处不在。只要有断层、节理带存在,通常会有瓦斯溢出。所以,在油气田区,必须密切关注节理、断层的位置。查明其位置、性质、产状、规模,判断其是否成为导气构造,以便及时采取措施,保证施工安全。研究结论:(1)对于油气田区隧道,只有在区域地质分析的基础上,充分认识瓦斯赋存的特点,才能认清瓦斯溢出(突出)的本质,掌握灾害发生的机理,从而制定出具有针对性的预报方案;(2)精确的地质分析可为TSP隧道物理探测奠定坚实的基础,有效地消除解译结果的多解性;(3)严格现场操作,规范探测与钻探施工是实现准确预报的必要条件;(4)地质与物探相结合、宏观与微观相佐证,步步为营,是成功探测的基础。     

断层错动下隧道的变形特征与重点设防区段

针对活动断层错动下隧道安全性难题，以常见的马蹄形隧道为例，通过开展室内模型试验以及三维数值仿真计算，分析活动断层错动下隧道变形特征，确定重点设防和监测区段以及隧道断面上的重点监测位置。结果表明：活动断层走滑错动下，围岩、衬砌沿隧道走向变形规律基本一致，即上盘区域整体变形保持一致，与施加的断层错动量大小基本一致；围岩、衬砌的整体变形沿隧道纵向呈逐级递减趋势，最后稳定且趋于0。随着错动量的增大，断层错动的影响区域逐渐扩大，变形递减的斜率逐渐增大，围岩变形沿纵向变化模式逐渐由指数衰减向线性衰减过渡，当走滑量小于等于1 m时，围岩的潜在破坏区域约为30 m；随着错动量增大至2、3、4 m时，围岩变形近似呈线性且向远离断层方向逐渐衰减。建议监测穿越活动断裂隧道时对断层上盘30 m内重点变形监测，监测隧道断面时根据实际情况适当加强拱腰的应力监测。