深埋公路隧道复杂断面十字交叉施工稳定性数值分析

以在建郑西高速伏牛山特长公路隧道为研究对象,采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳＮＸ有限元分析软件模拟 深埋隧道主洞、排风斜井及辅助横通道采用十字交叉的开挖方式,对交叉口围岩位移、初支结构与围岩 间的相互作用以及支护结构受力的影响情况。结果表明:主洞开挖对十字交叉口沉降影响距离为（１．８ ～２．２）Ｄ１（Ｄ１为主隧道洞跨）,横通道的开挖对交叉口沉降影响距离为（１．５～２．０）Ｄ２洞径（Ｄ２为辅助 通道洞跨）;随着横通道的开挖,交叉口各部位同时产生沿Ｘ轴正向的水平位移;辅助横通道的开挖使 σ３最小值增长９０．７％,最大剪应力τ值增长１３０．８％,应力集中区由斜井交叉口转至辅助横通道交叉口 两侧拱腰;交叉段初期支护应力存在偏压现象,交叉段斜井顶部应力最大。     

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。     

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。     

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。     

鼓风式机械通风冷却塔空气动力特性数值模拟研究

鼓风式机械通风冷却塔常用于核电厂的重要厂用水系统,但目前的相关设计规范并没有给出冷却塔的空气动力特性计算公式。该文采用Fluent软件对鼓风式机械通风冷却塔的空气动力进行了数值模拟计算,对冷却塔的设计布置进行了优化,分析总结给出了冷却塔阻力计算公式。结果表明:填料安装高度对鼓风式机械通风冷却塔整塔阻力影响不大,但会影响填料断面风速分布均匀性,填料安装高度越低,风速分布越均匀;出口收缩段的高度越高,整塔阻力越小,风速分布越均匀;出口收缩段与水平的夹角越大,整塔阻力系数越小,但变化趋势不明显,收缩角基本不影响填料断面风速分布均匀性。     

高瓦斯长大隧道大直径风筒安装施工技术

瓦斯隧道施工中,通风良好是保证其安全的关键因素。而影响通风质量的关键除了正确的通风设备选型及合理的通风设备布置外,风筒的安装质量也是不容忽视的施工内容。介绍了高瓦斯长大隧道大直径风筒安装施工技术,可供类似工程借鉴。     

鼓风式机械通风冷却塔空气动力特性数值模拟研究

冷却塔的空气动力特性是确保冷却塔高效的设计关键.本文采用Fluent软件,对内陆核电重要厂用水系统鼓风式机械通风冷却塔在不同塔型条件下的空气动力特性进行了数值模拟计算,获得了冷却塔塔型与冷却塔阻力及填料断面风速分布均匀性的关系.计算结果表明,填料安装高度对鼓风式机械通风冷却塔整塔阻力影响不大,但会影响填料断面上风速分布均匀性,填料安装高度越低,风速分布越均匀,填料阻力系数越小影响越明显;出口收缩段的高度越高,整塔阻力越小,风速分布越均匀.     

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。     

巷道式通风在特长瓦斯隧道施工中的应用

随着昭通高速路网逐渐发展、完善，昭泸、宜毕、宜昭等多条高速也相继建设起来，公路建设多穿越高山峡谷地区，长隧道、特长隧道成为公路施工常设结构。结合四川宜宾至云南昭通高速公路工程在建的特长瓦斯隧道——新场隧道施工实例，对该特长隧道通风进行优化，研究通风方案及原理、通风检算、通风管理方案入手，进行了分析。结论证实，新场隧道通风方案采用隧道超前段风袋、隧道正洞与回风巷道共同组成新型巷道式循环通风系统，以提高送风排风效率，同时通过通风设备防爆改装，配合甲烷传感器及风速传感器等实时监控，施工方案科学合理、安全可靠，保证了隧道施工安全。     

隧道通风降温计算

隧道全长凿通后,气温从通风管口沿洞长逐渐升高并稳定为岩温。本文通过求解热传导微分方程,计算出洞径与风速相关的隧道通风降温计算公式。     

瓦斯隧道塌方处理关键技术研究

由于煤属于软岩,强度较低,容易塌方,且塌方后大量瓦斯涌出,容易引起火灾等工程事故,所以瓦斯隧道的塌方处理水平要求更高。以蛟岭隧道为例,针对施工过程中遇到的涌水、煤层段、瓦斯等工程地质问题以及隧道左线ZK83+058~ZK83+400和右线YK83+044~YK83+250软弱煤系地层出现的塌方,重点研究了在处理塌方时瓦斯的测定,通风设计,煤与瓦斯的防突防爆及气密性混凝土性质。得到在塌方处容易积聚瓦斯、采取超前注浆止住瓦斯渗出和辅料与硅灰双掺作为气密性混凝土在防止瓦斯渗漏具有良好的作用。此结论为公路瓦斯隧道塌方和防治提供技术参考。     

敞开式TBM隧洞通风系统布置及除尘效果研究

为了研究敞开式TBM施工通风布置方案并提高通风除尘效果,以引汉济渭秦岭输水隧洞TBM工程为依托,利用数值计算软件FLUENT对不同送风风速,不同送风管位置下的洞内除尘效果进行了计算研究,并将模拟计算与现场实测结果对比,优化了施工通风系统布置。研究结果表明:粉尘质量浓度从拱架作业区至主控室逐渐增大,随着到掌子面的距离增加,粉尘浓度降低;送风风速越大,洞内粉尘危险浓度区域越广,敞开式TBM内人员集中作业区的粉尘质量浓度越小;送风管距掌子面越远,人员集中作业区粉尘浓度越高,送风管布置在距掌子面15 m时,作业区粉尘浓度最低。优化方案将送风风管和除尘风管分别布置在距掌子面15 m和25 m,送风风速和除尘风速为40 m/s和15 m/s时,作业区粉尘质量浓度可控制在2 mg/m~3规范限值以下。     

A NUMERICAL STUDY OF THE TRAIN-INDUCED UNSTEADY AIRFLOW IN A SUBWAY TUNNEL WITH NATURAL VENTILATION DUCTS USING THE DYNAMIC LAYERING METHOD

The objective of this study is to investigate numerically the characteristics of train-induced unsteady airflow in a subway tunnel with natural ventilation ducts. A three-dimensional numerical model using the dynamic layering method for the moving boundary of a train is first developed, and then it is validated against the model tunnel experimental data. With the tunnel and subway train geometries in the numerical model exactly the same as those in the model tunnel experimental test, but with the ventilation ducts being connected to the tunnel ceiling and a barrier placed at the tunnel outlet, the three-dimensional train-induced unsteady tunnel flows are numerically simulated. The computed distributions of the pressure and the air velocity in the tunnel as well as the time series of the mass flow rate at the ventilation ducts reveal the impact of the train motion on the exhaust and suction of the air through ventilation ducts and the effects of a barrier placed at the tunnel outlet on the duct ventilation performance. As the train approaches a ventilation duct, the air is pushed out of the tunnel through the duct. As the train passes the ventilation duct, the exhaust flow in the duct is changed rapidly to the suction flow. After the train passes the duct, the suction mass flow rate at the duct decreases with time since the air pressure at the opening of the duct is gradually recovered with time. A drastic change in the mass flow rate at a ventilation duct while a train passes the corresponding ventilation duct , causes a change in the exhaust mass flow rate at other ventilation ducts. Also, when a barrier is placed at the tunnel outlet, the air volume discharge rate at each ventilation duct is greatly increased, i.e., the barrier placed at the tunnel outlet can improve remarkably the ventilation performance through each duct.     

Evaluation of a novel wind tunnel for the measurement of the kinetics of odour emissions from piggery effluent.

A novel laboratory wind tunnel, with the capability to control factors such as air flow-rate, was developed to measure the kinetics of odour emissions from liquid effluent. The tunnel allows the emission of odours and other volatiles under an atmospheric transport system similar to ambient conditions. Sensors for wind speed, temperature and humidity were installed and calibrated. To calibrate the wind tunnel, trials were performed to determine the gas recovery efficiency under different air flow-rates (ranging from 0.001 to 0.028m3/s) and gas supply rates (ranging from 2.5 to 10.0 L/min) using a standard CO gas mixture. The results have shown gas recovery efficiencies ranging from 61.7 to 106.8%, while the average result from the trials was 81.14%. From statistical analysis, it was observed that the highest, most reliable gas recovery efficiency of the tunnel was 88.9%. The values of air flow-rate and gas supply rate corresponding to the highest gas recovery efficiency were 0.028 m3/s and 10.0 L/min respectively. This study suggested that the wind tunnel would provide precise estimates of odour emission rate. However, the wind tunnel needs to be calibrated to compensate for errors caused by different air flow-rates.     

多洞联合泄洪通风补气系统运行特性

结合水-气分层流理论,构建了如美泄洪洞与溢洪洞联合泄洪通风补气系统理论计算模型,研究了如美多条泄洪隧洞的通风补气特性,绘制并总结了如美各条泄洪隧洞的负压、补气竖井风速及通风量随泄洪洞洞顶余幅高度及其补气竖井截面尺寸的变化规律。结果表明：泄洪洞负压出现极小值和极大值并存的3分区,而溢洪洞负压无明显变化;泄洪洞补气竖井风速和通风量出现极大值,溢洪洞补气竖井通风量反之出现极小值。综合考虑各条隧洞通气参数的变化,可为联合泄洪系统中泄洪洞及其补气竖井尺寸的选择提供参考依据。     

狮子山隧洞氯气赋存特性及综合控制技术研究

为探究氯气在地质构造中的赋存特征及其综合控制技术,文章以滇中引水工程狮子山隧洞为例,通过现场勘察和实测对氯气分布特征进行分析,提出以人工检测和自动监测相结合的方法对狮子山隧洞的氯气进行实时监控。实践证明:现场采用的智能化隧洞安全监控系统、专项超前预测预报、喷雾洒水、湿式凿岩和加强通风等措施能有效保证施工的安全。     

柏叶口水库泄洪发电洞优化设计

泄洪发电洞是柏叶口水库枢纽的重要组成部分。该隧洞原设计方案存在进口高程低、进出口开挖量大,隧洞纵坡变化多等问题。针对存在的问题,经过充分论证分析,将该洞进口底高程抬高,全洞采用同一坡度,将该洞进出口分别向外延伸,增加隧洞长度,以减少进出口开挖量,节省了工程投资456万余元。     

融合环境因素的有限空间毒气扩散危害程度分析

为探究环境因素对毒气扩散危害程度的影响,通过对比有限空间内外环境差异,了解气体在有限空间内受力情况,并以传统高斯烟羽模型为基础,考虑扩散气体与有限空间边界碰撞产生的反射作用,建立了适用于有限空间气体扩散的改进高斯烟羽模型。深度剖析有限空间气体扩散环境,挖掘气体扩散主要关联因子,构建风速、地表粗糙度对有限空间气体扩散的影响函数;参照有限空间环境特征,分别设置3种不同风速与2种不同地表粗糙度,推求6种不同环境条件下气体扩散面积,阐明风速与地表粗糙度对有限空间气体扩散的影响程度。结果表明:在单一风速条件下,风速越高,地表粗糙度越低,洞室内H2S气体滞留时间越短,洞室内气体的扩散面积越小;风速越低,地表粗糙度越高,洞室内气体的扩散面积越大。     

突扩跌坎掺气设施深化研究

高速水流下的空化空蚀和高水头下的闸门止水问题是高水头泄水建筑物运行所遇到的2大问题。为深入研究突扩跌坎掺气设施,进一步了解其水力特性和空化特性,以某水利枢纽孔板泄洪洞中闸室通气系统和突扩跌坎掺气设施为具体研究对象,通过建立比尺 1∶20 的局部水工模型,分析研究了通气孔风速、流态、压力、掺气浓度等水力特征参数,并将试验结果与原型观测结果进行了对比。结果表明:该工程布置的掺气效果良好,试验所得通气管内风速随闸门开度变化的趋势、水流掺气浓度、压力及其脉动在数值上与原型观测结果均一致,说明工程原型观测与模型试验对比验证是成功的。理论研究和实际运用均表明,结合闸门止水和掺气减蚀要求的突扩跌坎布置,是符合实际需求且安全可行的,同时也是解决高水头条件下闸门止水和掺气减蚀的有效措施,具有广泛的推广应用价值。