长大隧洞施工通风三维数值模拟及优化设计

通风散烟是水利水电工程长大隧洞施工中的重要环节。传统的施工通风设计没有考虑污染物的排放过程等,负压风机的设计多依赖经验,常出现施工通风效果不佳的问题。采用计算流体力学软件FLUENT进行长大隧道通风散烟三维数值模拟,研究不同负压风机风量对独头掘进的长大隧洞施工有害气体排放特性的影响,提出了隧洞负压风机实际工作流量与正压风机实际工作流量比值为1.1~1.3时,对隧洞内有害气体排出最有利。同时,结合隧洞掘进过程中风机实际工作状态,从保证隧洞在掘进到不同长度时都有较好通风条件的角度,提出了以掘进长度1 km时负压与正压风机实际工作流量比为1.1为控制的长大隧洞负压风机风量设计方法。     

地下洞室通风有害气体浓度变化分析

针对地下洞室施工通风，对在理想状态下气体运动状态及通风过程的分析研究，得出施工通风过程中有毒有害气体扩散的浓度变化公式，揭示了有毒有害气体的扩散变化规律，并用工程实例对理论分析进行了验证。同时对有毒有害气体浓度变化曲线进行仿真分析，得出在不同通风量下洞室的通风效果，结果表明恒通风量通风模式在节能方面存在不足。     

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。     

引汉济渭椒溪河隧洞施工通风数值模拟研究

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。     

基于混合 LES /ＲANS 方法的引水隧洞施工通风数值模拟

为了获取准确的水电工程引水隧洞施工通风瞬态流场信息并且提高计算效率,基于 Ｒealizablek － ε 两方程湍流模型建立引水隧洞施工通风三维非稳态混合 LES /ＲANS 模型,并结合某引水隧洞施工通风过程进行数值模拟,借助现场实测风速数据对数值模拟结果进行验证,同时将混合LES /ＲANS 模型的模拟结果与 ＲANS 模型和 LES 模型的模拟结果进行对比。结果表明: 混合 LES /ＲANS 数值模拟结果与现场实测数据较为吻合,其平均相对误差仅为 4. 9% 。混合 LES /ＲANS 方法仅需 1 163 996 个计算网格即可获得准确的瞬态风流场扩散规律,而 LES 方法所需网格数量近似为前者的2 倍。混合 LES /ＲANS 方法可以为水电工程引水隧洞的施工通风数值模拟研究提供重要的理论与技术支撑。     

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。     

基于混合LES/RANS方法的引水隧洞施工通风数值模拟

为了获取准确的水电工程引水隧洞施工通风瞬态流场信息并且提高计算效率,基于Realizable k-ε两方程湍流模型建立引水隧洞施工通风三维非稳态混合LES/RANS模型,并结合某引水隧洞施工通风过程进行数值模拟,借助现场实测风速数据对数值模拟结果进行验证,同时将混合LES/RANS模型的模拟结果与RANS模型和LES模型的模拟结果进行对比。结果表明:混合LES/RANS数值模拟结果与现场实测数据较为吻合,其平均相对误差仅为4. 9%。混合LES/RANS方法仅需1 163 996个计算网格即可获得准确的瞬态风流场扩散规律,而LES方法所需网格数量近似为前者的2倍。混合LES/RANS方法可以为水电工程引水隧洞的施工通风数值模拟研究提供重要的理论与技术支撑。     

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。     

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.     

水工隧洞钻爆施工中通风散烟问题的探讨

隧洞工程施工中通风散烟效果的好坏直接关系着隧洞工程施工进度和安全,对于长线路、大断面的地下隧洞,施工通风散烟设计尤为重要。文章以某地下水工隧洞为例,对其通风散烟方式的确定、通风量和漏风量的量化计算、通风机械的选型及运行状况加以研究,以有效解决隧洞钻爆过程所产生有毒有害气体和粉尘严重危害作业人员身体健康并影响其他环节施工的可能。结果表明,本引水隧洞工程线路长、断面大,前期独立掘进施工洞室应选用混合式机械通风方式,待后期隧洞贯通具备贯穿风运行条件时再改用自然通风和机械通风的结合方式。     

前坪水库泄洪洞明挖爆破试验与数值模拟

为了缩短前坪水库泄洪洞开挖工期,并开挖出级配良好的筑坝石料,开展了泄洪洞爆破开挖试验与数值仿真模拟,研究了前坪水库泄洪洞明挖爆破方案,优选了泄洪洞明挖爆破的装药参数及布孔方案。结果表明:ANSYS中的动力分析模块LS-DYNA能够有效模拟泄洪洞明挖爆破施工,有限元数值仿真模拟与爆破试验吻合较好,有限元计算模型具有一定的通用性,可以为类似工程的隧洞爆破开挖提供参考依据。     

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。     

隧洞通风管的漏风量,风压损失与隧洞通风换气

在隧洞施工中，为了防止粉尘、有害气体对作业人员的危害，保护作业人员的安全，改善作业环境，保持作业人员及施工机械的工作效率，都必须对隧洞中进行通风换气，因此，隧洞通风换气是隧洞施工中的一项极其重要的工作．隧洞通风设计是按隧洞的布置方案、施工程序、施工方法、开挖断面的大小、隧洞的长短及国家有关通风、防尘卫生标准来选择通风换气方式，计算风机的工作风量及工作风压．根据计算出的风机工作风量及工作风压进行风机的选型。所以，影响隧洞通风换气效果的主要因素一是通风换气方式；二是风机供风量的大小和风机的台数．而控…     

新疆某深埋长引水隧洞有害气体成因分析及防治

针对新疆某深埋长引水隧洞敞开式TBM施工中存在的有害气体逸出现象,为预防和减轻有害气体对施工进程和人员设备安全的不利影响,通过现场调查,开展现场气体浓度检测以及地质条件分析等提出了针对性强的施工处理措施,以控制有害气体浓度符合安全施工标准.根据隧洞附近的地质条件,初步判断隧洞出现的有害气体属于早期成岩气,在其沉积成岩过程中形成了有害气体,积聚在深部地层中.该隧洞逸出的有害气体主要为一氧化碳和甲烷气体,建立健全安全监测系统、优化通风系统和相应施工措施准备及预防可以有效减轻有害气体的影响.     

乌东德左岸地下电站引水隧洞施工通风散烟关键技术分析

对乌东德左岸地下电站引水隧洞施工通风散烟关键技术进行了分析。为保证引水隧洞通风散烟顺利进行,通过计算通风量,科学选择通风设备,以确定通风散烟方案。隧洞投入使用后,经检测洞内粉尘浓度的数据满足设计方案的要求。     

渔子溪二级电站长隧洞施工通风的研究

施工通风是隧洞掘进中的生产功能之一,它不仅影响施工人员的健康,而且直接影响进尺。随着机械化程度的提高和地下工程开挖量的增加,施工时采用通风方式解决粉尘和有害气体对地下环境的污染,已成为必不可少的措施。从独头隧洞的施工通风来看,一般认为对距离在500米以内的并不难解决,然而随着隧洞断面积的增大,通风距离的增长,在技术上将会碰到许多困难。鉴于这种情况,笔者拟根据1983～1984年渔子溪二级电站引水隧洞2号支洞施工通风的试验研究和对有关水利工地的     

交叉隧洞爆破振动影响评价及减震对策研究

以绍兴曹娥江引水工程为背景,结合国内外研究成果和规范,研究了曹娥江输水隧洞下穿小舜江输水隧洞时爆破施工的减震控制技术。运用数值模拟方法,得到了不同工况下围岩应力的变化规律,预测了隧洞围岩的稳定性。以信息化施工理论为依据,对试验段的爆破振动速度进行了监测,通过回归分析得到了爆破参数K,α值,对最大装药量等爆破设计参数进行了优化,并应用于现场爆破施工。现场监测表明,优化后的最大装药量等爆破设计参数合理,爆破振动未对小舜江输水隧洞产生不利影响。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

引水隧洞独头掘进工作面风流组织与CO扩散的模拟

建立了独头引水隧洞压入式通风紊流三维高雷诺数kε数学模型，在动量方程中考虑了浮力的作用，采用PISO算法求解非稳态的风流组织和CO浓度场。应用计算流体力学软件STARCD对云南南汀河引水隧洞独头掘进工作面通风进行了模拟。结果表明独头引水隧洞掘进工作面风流流场可分为贴壁射流区，冲击射流区，回流区和涡流区；工作面附近涡流区内、风管周围以及隧洞出口边壁处存在风流停滞区；分析了不同的通风时刻隧洞内CO迁移和分布规律，并以Nakayama等的矿井通风甲烷浓度分布实验结果进行了验证，模拟结果与实验基本吻合。     

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。     

深埋长隧洞有害气体形成条件及安全施工对策

针对秦岭隧洞岭北TBM施工中存在的有害气体逸出现象,为预防和减轻有害气体对施工进程和人员设备安全的不利影响,在现场调查和参阅国内外文献的基础上,通过开展现场气体浓度检测、岩(气)样采集等,结合室内岩石样品的微观鉴定、电镜扫描及岩(气)体样品的能(色)谱分析等综合手段,分析了秦岭隧洞有害气体发生的地质特征和形成条件,提出了针对性强的施工处理措施,以控制有害气体浓度符合安全施工标准。结果表明:隧洞区内岩体构造结构面发育,有害气体是从其他深部区域沿构造裂隙等通道运移而逸出;秦岭隧洞逸出的有害气体为烷类气体,主要成分为甲烷;建立健全安全监测系统、优化通风系统可以有效减轻有害气体的影响。