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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高寒地区抽水蓄能电站地下厂房施工期通风、保暖、散烟系统研究

以河北省丰宁抽水蓄能电站地下厂房施工为研究对象,根据各洞室贯通的先后顺序,将地下洞室群施工期的通风分为一期通风、二期通风、三期通风3个阶段,不同阶段设计不同的方案。研究设计出高寒地区冬季隧道内施工防寒保暖散烟系统,结合管道通风和自然通风的方式进行通风。现场应用效果明显,各掌子面及掘进施工断面粉尘和有害气体浓度在短时间内大幅度降低,施工断面通道附近粉尘浓度降低到10 mg/m3及以下的水平,通风洞主体通道粉尘浓度甚至降低到5 mg/m~3以下的水平。该技术实现了洞室群内施工周期各阶段风流的有序流动更新,降低了施工成本,保证了施工质量,创造了良好的施工环境,为同类型高寒地区水电站建设提供了经验参考。     

锦屏水电站辅助洞巷道式射流施工通风技术

锦屏水电站辅助洞全长17.5 km,西端开挖约9.7 km。,针对该特长隧洞施工期通风难度大的问题,通过分析和研究,将运营通风射流技术引入到施工通风中,结合现场试验和应用实践,讨论了射流通风近似计算洞内需风量和风机数量的经验公式。现场施工通风效果检测表明：洞内空气质量的各项指标均达到国家环卫标准。本工程的成功经验,可以为特长隧洞施工通风方案的设计所借鉴。     

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。     

四川省阿坝州某水电站引水隧洞有害气体特征及防治措施研究

为研究隧洞施工中瓦斯爆炸的防治措施，依托四川省阿坝州某水电站引水隧洞工程，利用地质测绘、现场检测等手段对5号支洞进行了有害气体检测。结果表明：5号支洞有害气体成分以CH₄为主，含少量H₂S;有害气体主要聚集在背斜和压扭性逆断层等地质构造的节理裂隙发育地段。根据该工程及有害气体特征，提出以通风为主，动态管理、超前地质预报、检测与监测等手段相结合的针对性防治措施。研究成果可为川西高原地区类似隧洞工程安全建设提供参考。     

大伙房水库输水工程支洞的合理布局及设计

大伙房水库输水工程主洞为85.32 km的特长隧洞。为考虑运行期隧洞检修维护和通风补气的需要,以及施工期通风、出渣、运料的需求,共设置14个支洞,支洞总长达15.405 km。支洞根据其不同的用途,寻求适合的地质与地形条件,选择最佳的支洞位置与施工场地,进行不同的洞径、坡度及支护形式设计。     

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。     

遂洞开挖过程中阻水灌浆的施工方法

某隧洞工程在支洞掘进过程中，遭遇地下水丰富、地质条件差的不良地质段，掌子面施工爆破结束后出现涌水，涌水量400m3／h左右。给支洞施工造成极大的不便，对隧洞的进一步开挖掘进产生很大影响。为确保施工质量，加快施工进度，采用阻水灌浆及超前灌浆的方法，有效地解决了隧洞的涌水，保证了后续施工的进行。     

引水隧洞瓦斯封堵施工技术探讨

山西中部引黄工程24标西干29+089.4~29+278隧洞段地处煤层带,富含瓦斯、一氧化碳等有害气体,且围岩节理发育、变形严重。针对初期支护完成地段、掌子面及裸露洞段和IV类围岩地段提出瓦斯封堵专项施工方案。通过密切监测做好通风,并采用高分子材料马丽散对其注浆,可有效解决隧洞瓦斯封堵难题,为类似项目提供参考。     

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.     

长距离隧洞施工通风的探讨

充气幕帘长抽短压混合通风是一有效地解决长距离遂洞施工中通风问题的途径，该设备综合了压入式通风与抽出式通风的优点，扇风机动率大，利用有效风压大的特点把炮烟在掌子面附近搅混，排离作业面，再由抽出式扇风机吸走，尤其在锚喷支护的隧洞，喷浆地点粉尘浓度很高，除尘效果更加明显。在万家寨引黄支（北）０１号隧洞通风设计中作了技术经济比较，并在实地施工中应用天津和重庆生产的子午线加速型扇风机和风筒，效果良好。提出在施工中还必须注意到加强通风管理、测定等条件，降低总的风阻。