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。     

引汉济渭引水隧洞穿椒溪河段突涌水数值模拟

陕西省引汉济渭工程引水隧洞突涌水问题是制约工程顺利开展的关键技术问题之一。针对横穿椒溪河段的典型区段突涌水问题,采用ADINA软件建立水文地质概念模型,计算不同工况下该区段的地下水位、流速矢量、涌水量等。结果表明:断层位置受开挖扰动影响较大,出现了集中渗漏,因此在断层位置极易形成渗漏通道,发生突涌水。     

引汉济渭秦岭隧洞施工通风测试及特征分析

文章分别以引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段和钻爆法施工段为研究对象,分析了正常通风条件下洞内不同工序、不同位置的温度、湿度、气体含量、粉尘分布等特征规律.结果表明:采用TBM施工,高温段主要集中在距离开挖掌子面约1000m范围内.掘进时,洞内相对湿度和掌子面附近粉尘浓度均低于非掘进时,一氧化碳含量高于非掘进时.采用钻爆法施...     

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。     

引汉济渭隧洞TBM施工环境热害扩散规律研究

引汉济渭工程是解决关中、陕北缺水的重要工程,其将穿越秦岭主脊段,主要采用TBM法施工。理清TBM掘进段的施工环境热害扩散规律,用以指导TBM掘进隧道内的现场施工。以引汉济渭隧洞工程为依托,主要采用数值计算方法对不同围岩级别和不同通风条件下TBM掘进段的施工环境热害扩散规律进行计算研究。研究结果表明:在Ⅳ级围岩中施工时,掘进机段环境空气温度小于28℃,满足规范要求。随着围岩级别提高,掘进面附近区域温度和高温区范围逐渐扩大,最高温度达到50℃,最大热害扩散范围达到165m,最小的通风有效降温距离仅为45m;随着风管出风口风速的增大和送风温度的降低,热害扩散范围逐渐减小,但仍难以使掘进面附近环境温度满足规范要求,建议在掘进面附近区域采用局部降温措施。     

引汉济渭二期工程输水隧洞盾构开挖过程参数化数值模拟方法研究

引汉济渭二期工程输水隧洞开挖过程及支护方案的安全性对于隧洞工程施工、运营阶段的安全性至关重要。数值模拟方法是预判输水隧洞开挖过程、支护过程的隧洞围岩及支护结构受力性能、安全性的重要手段。文章的目的是提出一种简化、通用、可靠的参数化数值模拟方法。将Ｐｙｔｈｏｎ语言应用于隧洞开挖过程的数值模拟中,基于Ｐｙｔｈｏｎ语言编制隧洞开挖过程的代码,代替双手完成复杂的建模过程。利用本文提出的方法分析了模型横向网格尺寸对开挖支护后管片环向应力的影响,并发现管片环向应力不受横向网格尺寸影响。文章所提出的基于编程语言的参数化建模方法具有零错误、高效的特点,可用于类似隧洞工程的开挖过程的数值模拟,对隧洞工程的安全性分析具有实用价值。     

基于ANSYS Fluent的隧洞施工通风数值模拟研究

基于计算流体力学理论,采用k-ε紊流模型,运用ANSYS Fluent软件对卡鲁玛水电站尾水隧洞10号支洞施工通风布置方案进行了三维非稳态模拟。模拟结果表明:风管射流附近存在负压区,紊态射流的卷吸作用在风管射流区下方形成一个狭长型漩涡区;在射流掺混和风流对流作用下,工作面附近通风降温效果明显;射流的稀释作用和风流对流作用较快地降低了工作面附近CO质量浓度。该施工通风布置方案是合理可行的;验证了ANSYS Fluent软件用于隧洞通风模拟的可行性。     

江心洲河段平面二维数值模拟

本文根据江心洲左右两股汊道流速水头差引起的水面超高对其进出口断面水位进行调整处理，建立了能适应于有天然江心洲的分汊河流平面二维流场和浓度场数学模型.给出了计算实例，得到一些重要结论。     

引汉济渭秦岭隧洞开挖期围岩稳定性数值分析

隧洞岩体的稳定性分析是保证施工期和运行期安全稳定的重要研究课题,隧洞围岩稳定中地应力因素有着十分重要的作用,基于引汉济渭秦岭引水隧洞二衬混凝土开裂洞段典型断面的应力实测结果与地形地质构造条件,运用FLAC^3D软件模拟地下隧洞工程的施工开挖。结果显示,洞周围岩总体处于受压状态,主压应力一般为8～38 MPa,在拱顶与右侧拱肩、拱墙与底板交汇处有一定程度的压应力集中,压应力为28～38 MPa。隧洞顶拱位移总体上为5～20 mm,两侧边墙朝临空面方向的位移总体上为5～35 mm,底板回弹变形总体上为5～25 mm,位移较大处在Ⅳ类围岩中,断层f处尤其突出。隧洞开挖后产生了一定范围的塑性区,以剪切破坏为主,塑性区主要在Ⅳ类围岩中,深度3～4 m;靠近断层区域塑性区进一步向断层延伸,局部塑性区深度达6 m。     

引汉济渭输水隧洞岩爆处置研究

引汉济渭工程秦岭隧洞地应力环境复杂,岩爆成为了阻碍隧洞顺利施工以及威胁施工安全的一大障碍。以岭南4号支洞的开挖段为试验段,采集开挖过程中发生岩爆的信息,对发生岩爆的规模进行划分,提出轻微、中等以及强烈岩爆下的支护参数以及应力解除爆破参数。研究表明:微震监测技术在本隧洞的预测准确率达64%。柔性钢丝网、涨壳式预应力注浆锚杆以及仿纤维喷射混凝土对岩爆的控制具有良好的效果。     

锦屏隧道施工通风研究

采用国际通用流体力学计算软件FLUENT,对无风门大功率射流巷道式通风方式进行了模拟仿真,并对锦屏交通辅助洞风机的布置设计进行了优化。通过计算比较隧道出口处的CO浓度、隧道内平均CO浓度及隧道内最高CO浓度三个浓度指标得出了横通道处射流风机布置的最佳方式。     

隧道风塔废气扩散的数值模拟研究

通过采用三维数值仿真与风洞试验相结合的方法,对上海市打浦路隧道待建新风塔排出废气在不同大气环境条件及风塔结构尺寸下的扩散规律进行研究.首先,建立了风塔周围大气湍流与废气扩散的模型,利用相似原理,对风塔模型进行了风洞试验验证,表明风洞实验结果与数值仿真结果吻合较好.然后,根据上海市的气象条件和特点,确定相应的大气环境气象参数,并对不同大气条件下,该风塔在两种设计高度下废气(CO和NO2)的扩散进行了模拟研究,给出了污染物在不同工况下的扩散衰减情况.模拟结果可作为风塔选型的参考.     

引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞排水方案研究

以有效解决深埋长输水隧洞排水问题为目标,按富水性将隧洞沿线围岩划分为中等富水区、弱富水区和贫水区,采用数值方法模拟衬砌周边渗流场,分析了不同排水设计方案对引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞衬砌外水压力的影响。结果显示,对于高外水压力情况,将排水孔布置于顶拱处仅能降低顶拱附近的外水压力,无法有效降低作用于底板的外水压力,而排水孔沿衬砌周边均匀布置时,可有效降低作用于衬砌上的外水压力。基于此,讨论了各排水方案的适用条件,给出了深埋长输水隧洞排水设计建议。     

横流环境中射流的数值研究

本文采用标准的k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流环境中的铅直圆形射流进行了(射流比0.5～8)数值分析。所得射流轨迹线与实验资料吻合良好，且与理论分析得出了各种射流比(射流出流速度与横流速度之比)情况下的射流轨迹线、对称面上的内外边界线的统一数学表达式，得出了水平面上示踪质影响的最大宽度、射流横断面浓度最大值偏离射流中心值与射流比的关系式，还得出了射流是否发生附壁及产生分叉现象的界限值。文中数值结果清晰地显示射流背流面存在马蹄形的流动结构。     

猴子岩水电站深孔泄洪洞水力学试验及数值模拟

深孔泄洪洞是猴子岩水电站4套泄洪设施之一,其落差超过100m,洞内泄流流速最大可达22.5m/s,有高水头大流速这一特点。本文采用双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,对猴子岩深孔泄洪洞有压洞弯段及无压洞段的多种水力学要素进行三维数值模拟。数值模拟结果与1:25单体模型试验数据对比表明,采用该紊流模型与数值计算方法,能够很好地模拟这种高水头、大流量且带有自由表面的掺气水流的水力特性。计算模拟出的多种水力特性,从变化趋势到数值精度可满足水工设计的要求。     

计算流体力学在纵向式公路隧道火灾通风中的仿真

隧道一旦发生火灾，如果处理不当，将造成严重后果。为了预防和控制隧道中的火灾，必须研究烟气在隧道中的流动，进行数值仿真是一条简洁有效的途径。随着国外在计算流体力学（CFD）的兴起与发展，为这一问题的研究提供了可能。鉴于此，本研究以京珠高速公路粤境南段隧道工程为工程依托，采用计算流体力学的研究方法进行通风仿真，对研究国内公路隧道火灾通风控制具有现实意义。     

无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

引汉济渭工程隧洞施工若干技术问题探讨

基于引汉济渭工程隧洞施工实际,结合我国现有技术规范要求,对比分析了引汉济渭工程隧洞动态设计、超前地质预报、隧洞开挖方式、隧洞支护时效及衬砌与掌子面距离等五个方面的问题,得到了适宜引汉济渭工程隧洞施工特点的动态施工技术方法。针对不同围岩条件实施隧洞动态设计,采用了不同的开挖和支护方式。对物探发现的异常区进行钻探验证,以提高地质超前预报及涌水预测精度。地质复杂区段按照"物探先行,钻探验证,有掘必探,先探后掘"的原则组织施工。在实际施工中,应提倡利用围岩在无支护条件下的允许暴露时间也就是围岩的自稳时间实现短距离的掘进与支护分离。对硬岩(Ⅰ—Ⅲ)围岩采用"钻爆设计、光爆施工、工序组织、快速施工"的思路,对软岩(Ⅳ—Ⅴ)围岩采用"围岩量测、确保安全、遵守设计、按部就班"的思路。