引汉济渭椒溪河隧洞施工通风数值模拟

引汉济渭工程是陕西省为缓解关中渭河沿线城市和工业缺水问题,而提出的由汉江调水到渭河流域的大型水利工程。椒溪河段工程为穿河段,地形地质相对复杂,隧洞施工期的通风问题也相对比较严重。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法对带有支洞隧洞的通风过程进行模拟,研究几种典型工况下隧洞内的流场和浓度场在施工期时随时间的变化规律,分析掌子面以及支洞内涡流对气流及有害气体分布的影响。在气流排散通道不顺畅时,掌子面附近的涡流区域内涡流的大小和位置呈现周期性的变化,并随通风时间的增加影响范围逐渐降低。隧道爆破产生的有害气体和烟尘会随着气流的流动发生移动和扩散过程,并逐渐排向洞外。通过对隧洞主洞与支洞内气流和有害气体排散过程的研究,得出隧洞爆破后在通风作用下隧洞的掌子面附近和支洞与主洞的交叉位置处形成涡流区,涡流的产生和变化不断的消耗通风的机械能,降低通风效率,对有害气体的排散造成一定的阻滞作用,隧洞内有害气体的排散过程包括移动和扩散两方面,移动过程将CO排向洞外,扩散过程不断的降低洞内CO峰值,总结出了不同工况下隧洞内达到安全浓度的时间,对隧洞施工进度给出一定的参考意见。     

长隧道独头掘进压入式施工通风数值模拟

在长隧道施工中,通风问题往往成为影响其爆破周期的重要因素。基于计算流体力学理论,对压入式通风气流运动采用三维紊态RNGk-ε湍流模型进行三维数值模拟。通过对某公路隧道模型的计算分析,得到了施工期隧道内流场和浓度场随时间在洞内的分布变化规律。研究表明,爆破后的有害气团在隧道内的运动可总结为＂移动＂和＂扩散＂的过程,移动的结果使有害气团从爆破掌子面向洞口排出,扩散的结果使有害气团在移动的过程中逐渐扩大范围并稀释。另外,根据CO的进入浓度和允许浓度对工作人员的进洞时间进行了研究。     

白鹤滩水电站尾水隧洞施工通风效果研究

白鹤滩水电站右岸尾水隧洞平均埋深400m以上,第Ⅰ层开挖采用独头掘进方式,无进、排风竖井和平洞,通风线路结合施工支洞布置,不具备设置射流风机接力通风条件,一站式最远通风距离达3700m,施工通风十分困难。为确保通风效果,计算了各施工工序需风量,采用Fluent流体数值软件,建立了三维、非稳态的大埋深独头隧洞气体湍流模型,对爆破通风流场形态和污染物逸散、分布规律进行了研究,并通过现场污染物测试进行了验证。研究表明:尾水隧洞通风2min后流场基本稳定,掌子面爆破后污染物浓度先急剧增加,之后随着时间的增加不断降低。通风12min后,掌子面3m附近污染物浓度满足规范要求;15min后,所有部位污染物浓度均接近规范允许范围,气流组织顺畅,通风效果良好。     

某特长隧道无轨运输施工通风技术研究及应用

在无轨运输条件下,有害气体主要来源于开挖工作面的爆破作业和内燃机的排气:爆破后产生的有害气体集中在掌子面附近;内燃机的废气主要来源于装渣机械和运输车辆,其污染范围贯穿整个隧洞;通过对某深埋、特长隧道无轨运输施工条件下的通风方案进行分析探讨,选择巷道式施工通风方案.通过方案设计并付诸实施,取得较好效果.     

绩溪抽水蓄能电站施工期通风效果监测与分析

绩溪抽水蓄能电站地下洞室群施工期通风布置复杂,施工期通风效果将直接影响工程进度、质量、安全和施工人员的身心健康,关系重大,必须予以足够的重视。结合工程实际施工情况,对地下工程施工期通风效果进行监测,本文主要针对主厂房出渣工况下的洞内通风及环境状况进行监测与分析,并理出有关建议。监测内容主要包括风量、风速、洞内温度、湿度和粉尘、有害气体浓度及成分。     

白鹤滩水电站超大型地下洞室群施工期通风技术探讨

针对白鹤滩水电站地下厂房洞室群施工期通风问题,为了解决地下洞室群规模大和埋深大所导致的通风散烟困难,制定了地下洞室高标准通风控制指标,引入了瑞典生产的变频风机及风带,提出了分期布置、专用通风洞室与机械通风相结合、正压和负压混合式通风的施工期通风技术,布置了专用排风平洞和挡风墙彻底分离正压送入的新鲜空气与负压抽排的废气。结果表明:该技术应用效果明显,各爆破开挖工作面在爆破后30 min,CO、NxOx和粉尘PM10等主要污染物浓度能达到国家规范要求,部分洞室符合或接近PIARC2007标准要求;专用排风平洞内污染物均超规范标准2～7倍,各开挖部位的污染物均能在排风竖井顶部排风机作用下流入排风洞内,再通过排风洞排至洞外。研究成果有效解决了超大规模和埋深条件下的地下洞室群通风散烟难题,实现了地下洞室群高标准通风控制要求。     

水电站地下厂房爆破施工烟尘扩散规律模拟研究

了解爆破产生的粉尘及有害气体的扩散分布规律,对改善现场施工环境,保证工程作业安全,提升生产效率有重要作用。本文通过流体模拟软件Fluent,对于水电站厂房爆破烟尘的扩散过程进行数值模拟,分析烟尘的扩散分布规律,得出:爆破产生的粉尘向厂房内扩散,大部分粉尘沉降到地面,小部分粒径较小粉尘排出厂房;厂房内通风可起到抑尘作用,防止粉尘在空间中积聚;采用压入式通风,可降低爆破产生的CO浓度,且随着通风时间的延长CO浓度高的区域逐渐变小且整体浓度降低;采用压入式通风,2294 s后厂房内空气品质达到规范要求,施工人员可进入厂房内施工。并得出结论,以期对厂房施工爆破烟尘扩散及施工作业安全防护提供借鉴。     

大型复杂地下洞室群通风特性研究

地下洞室群施工作业面多,结构复杂,施工中会产生爆破气体、施工机械尾气、混凝土作业粉尘等。为解决地下洞室群内的通风布置优化问题,基于RNG k-ε湍流模型采用CFD软件对绩溪抽水蓄能电站地下洞室群的施工期通风进行数值模拟,研究地下洞室群内的实际通风效果以及入口风机风速对洞室内通风流场的影响。结果表明:现有通风方案下,洞室群内气流控制合理,主厂房与主变洞内均能形成下部送风、顶部排风,实现洞内空气的置换;当入口风机风速为20 m/s时,洞内流场分布均匀,空气流动速度适中,通风效果良好。     

羊湖电站引水隧洞的施工技术措施

羊湖电站的引水隧洞总长为５８８９ｍ，洞型为马蹄型，埋深５０￣４５０ｍ，隧洞施工区在海拔高程４３７５￣４７５０ｍ，空气稀薄，严重缺氧。隧洞施工采用钻爆法，根据地质情况不断变化调整爆破参数，以取得良好的爆破效果。隧洞支护有钢支撑悬壁棚架超前支护法、回填混凝土再开挖支护法、钢桁架支护法。为了改善施工环境，采取送、排组合方式通风，和采用管道将净化空气送至掌子面附近，然后通过呼吸装置进行个体补氧。     

长隧洞施工有毒有害气体迁移规律研究

目前在建抽蓄电站长隧洞的施工大多以爆破为主要开挖手段,爆破后产生的有毒有害气体给施工环境带来了较大的影响。基于大涡模拟(LES)数值方法,建立了施工长隧洞空气流动及不同气体组分输运的数值仿真模型,针对在建的安徽金寨抽蓄电站施工隧洞爆破后有毒有害气体迁移规律进行仿真计算。通过现场实测数据对数值计算模型可靠性进行了验证,得到了与实际较为吻合的气体浓度迁移变化规律。在此基础上,进一步模拟了不同通风速度和不同掘进深度下的有毒有害气体运移规律,预测了气体停留时间。研究成果对抽蓄电站地下施工隧洞通风设计和安全施工具有指导意义。     

泸定水电站大型长廊式调压室合理施工通风散烟时间研究

泸定水电站大型长廊式调压室结构复杂,作业面多,施工通风散烟难度大。为改善施工通风效果,保证施工能安全、高效、快速地进行,采用基于流体力学理论的三维数值模拟其不同通风方案下一、二期的施工通风流场和有害气体扩散特性。给出了一、二期最优通风方案,并提出了相应合理的通风散烟时间。研究成果为通风方案优化和通风散烟时间的合理确定提供理论依据和技术支持。     

母线洞对地下洞室群施工期风流行为的影响研究

基于CFD技术，采用标准k-ε湍流模型，分别建立地下洞室群风流场单相流模型和CO扩散混合模型。对施工期通风风流行为进行三维数值模拟，分析了母线洞贯通前后主厂房的风流场分布和厂房内不同位置CO浓度分布随时间的变化趋势。结果表明：母线洞贯通后使得主厂房内低速涡旋区增大，造成厂房底部施工工作面附近风流场紊乱，在工作面附近区域形成污染物滞留区。这易导致主厂房和主变室之间形成污风循环，对安全施工造成影响。     

多股多层淹没射流消能水流流态及漩涡特性研究

利用多股多层淹没射流消能时消力池内流态非常复杂,有漩涡产生,可能威胁消力池安全进而危及枢纽工程。引入高速摄像系统,采用大比尺物理模型对消力池水流流态及漩涡特性进行了研究。结果表明:高低坎消力池底部产生较大尺度的回流旋滚,回流旋滚与消力池水体发生强剪切作用并在跌坎与池首的角隅处生成横轴漩涡和立轴漩涡,部分横轴漩涡横向发展会转变为近边墙立轴漩涡;水跃旋滚与消力池水体发生强剪切作用在跌坎与池首的角隅处生成立轴漩涡和纵轴漩涡;横轴漩涡、立轴漩涡和纵轴漩涡是间歇性、随机和游移的。     

长距离隧洞通风排烟

作者在分析了传统的通风方式在长距离隧洞中应用的利弊后，提出采用气垫式密封通风装置可解决长距离隧洞通风的难题，随后重点介绍了气垫密封装置的设计原理、结构设计、工作程序和效益分析，说明气垫密封装置值得在长距离隧洞中推广应用。     

排水系统入海口新型消能工

通过实体模型试验研究了某排水系统入海口水工建筑物的水力性能,设计提出一种新型的墩栅涡流室消能工。该新型消能工的水力特点是:流出排水隧洞的高速水流大部分通过进口墩栅空隙流入涡流室,小部分在进口墩栅前发生水跃后扎入涡流室中产生强烈的顺时针漩涡,通过水跃、墩栅的阻力和涡流室漩涡的共同作用消能,并将来流的动能转换为势能,之后,涡流室中的大部分水流在重力作用下通过出口墩栅空隙流向下游,其余水流从墩栅顶部溢流。这种新型的墩栅涡流室不仅消能效果良好而且出流均匀,并容许各种杂物如石块、泥沙等自由通过,避免涡流室中发生严重的淤积。     

几种典型水工建筑物进水口消涡措施试验研究

为探索水工建筑物进口的消涡措施,以系列水工模型试验为研究手段,分别从电站、导流洞、渠道倒虹吸和河道倒虹吸等典型水工建筑物进水口漩涡形成的诱因与工程实例着手,介绍了消除漩涡的试验过程。进水口前立轴漩涡形成的诱因较为复杂,对于平面回流、不对称进流和侧向进流等不利流态引发的立轴漩涡,可布设浮堤破除回流（如导流洞）或加高进口两侧翼墙阻断横向水流（如河道倒虹吸）,进而达到消减漩涡的目的;对于进口前水流条件较好,而由进口体型导致的立轴漩涡（如渠道倒虹吸）,将进口顶部椭圆曲线（或圆弧）加大切点上移至最高运行水位附近或将竖直胸墙调整为向上游倾斜状,可起到挤压漩涡区的作用,引导水流平顺下泄,达到消减漩涡的功效。     

深埋隧洞连续爆破开挖围岩应力演化规律

针对高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖过程,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件模拟分析了围岩应力演化规律。通过对比分析准静态地应力重分布、地应力重分布与爆破荷载耦合作用2种工况,获得了高地应力赋存环境下深埋隧洞连续爆破开挖推进过程中的围岩应力演化规律及影响因素:深埋隧洞围岩主要表现为高地应力作用下的剪切破坏,隧洞连续爆破开挖卸荷过程中地应力重分布是洞壁远区围岩应力场改变的主要原因,炸药爆炸产生的爆破荷载只对炮孔附近的围岩应力产生影响,使炮孔附近围岩产生爆破张拉损坏。就本算例而言,连续爆破开挖卸荷只对掌子面后方约4 m范围内围岩产生影响,连续2个循环进尺后隧洞围岩应力场基本趋于稳定。     

下游水位对水平旋转内消能泄洪洞水力特性的影响

通过试验研究与分析，发现下游水位对水平旋转内消能泄洪洞的各种水力特性均有较大的影响，且均与环流内空腔压强P0的变化有关。随下游水位的变化，洞内可能出现不同的流态区。在一定的下游水位范围内，泄流量具有最大值。通气孔的通风是由于两种完全不同的机理所致：在相对下游水位等于1左右，通风量变化急剧且具有最大值。空腔直径随下游水位的降低而增大，并趋向于常数，随下游水位上升而减小并趋向于零。在较高的上游水位时，壁面压强随下游水位的上升呈幂指数增大或线性增大；在相对下游水位等于1左右，不同的上游水位时消能率几乎为常数，但在相对下游水位大于1后，下游水位的增大会导致消能率较大的衰减。