人工挖孔桩施工有害气体扩散规律及控制措施的数值模拟研究

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建筑工程在施工过程中会产生多种有害气体,由于施工过程中可能存在着通风不足的问题,导致施工环境中产生的有害气体浓度不断增加,最终可能损害施工作业人员身体健康,引发安全事故,给工程施工带来极大不便。本文对建筑工程施工过程中有害气体污染的特点、影响因素、影响范围及对人体的危害进行了分析总结。并通过问卷调研的形式,对有害气体的污染指标、污染源和污染防治措施等方面进行调研。根据调研结果,采用划分施工阶段及施工区域的方式,对有害气体污染的来源进行分类。本文通过选取建筑工程施工过程中人工挖孔桩施工活动,利用ANSYS FLUENT数值模拟软件,选取硫化氢(H2 S)及氨(NH3)为有害气体的分析因子,对人工挖孔桩内部的风场、有害气体扩散规律进行了研究,分析不同控制措施对人工挖孔桩内部的有害气体扩散的影响,得到主要结论如下:(1)选取人工挖孔桩的孔径D、孔深H及通风风速V作为影响因素,对于人工挖孔桩内风场分析发现,因桩内壁的阻碍和反射作用,产生涡旋效应,形成强度不同和位置不同的风旋涡,桩内有害气体的扩散效率也会因此发生改变。随着孔径的增加,人工挖孔桩内有害气体扩散效率会降低;随着孔深的增加,人工挖孔桩内有害气体扩散效率会先减小后增大;随着通风风速的增加,有害气体排出的效率会逐渐增大。(2)以有害气体质量浓度为指标,分析得到人工挖孔桩内有害气体扩散规律:随着孔径增大,人工挖孔桩内部深度梯度内对应点的有害气体的浓度会逐渐增大,有害气体浓度是随着孔径的增加而增加的,分析界面z=1.5m处的有害气体浓度最大值是随着孔径的增加而增加的;随着孔深的增大,人工挖孔桩内深度梯度内的有害气体浓度会经历急速下降、上升、下降最后趋于稳定,随着孔深的增大,人工挖孔桩上部最后稳定状态的有害气体浓度是先减小后增大的,分析界面z=1.5m平面处的有害气体浓度最大值呈现非线性的变化规律;随着通风风速的增加,三种通风风速在高度约为3m以下时,有害气体浓度的变化几乎相同。在后续阶段,通风风速高的工况有害气体浓度最低。分析界面z=1.5m的有害气体最大值浓度是略有增大的,但该平面的高浓度区域趋于减小,低浓度区多出现于通风管的对侧,因此可认为随着通风风速的增加,有害气体浓度是随着通风风速的增加而减小的。(3)改变通风方式,选取不同的通风管距桩底距离、通风管直径及通风管的通风角度进行数值模拟,选取高度为1.5米平面为分析界面,模拟结果显示:通风管直径对分析界面有害气体质量浓度最大值影响最大,为主要因素,通风管的通风角度及通风管距桩底距离对分析界面有害气体质量浓度最大值影响较小,为次要因素。对于硫化氢气体,随着通风管距桩底距离的增加,通风效果先减小后增大再减小;随着通风管直径的增加,通风效果先增大后减小;随着通风管与水平方向形成的通风角度的减小,通风效果先减小后增大。对于氨气,随着通风管距桩底距离的增加,通风效果先减小后增大再减小;随着通风管直径的增加,通风效果先增大减小再增大;随着通风管与水平方向形成的通风角度的减小,通风效果先减小后增大。
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