论文部分内容阅读
随着我国对交通基础设施的大规模投资,西部山区也迎来了交通基础建设的高峰。修建的长大隧道也将越来越多,施工通风是隧道施工中一个重要的环节,其目的是将新鲜空气从洞外引入洞内,将洞内有害气体及粉尘排出洞外,保障施工人员的身心健康。长大隧道的施工通风一直是困扰工程界的一个技术难题,通风质量的好坏直接关系到施工人员人身安全、施工进度的快慢、生产效率的高低,合理的通风方案对保障隧道安全、快速施工有重要意义。因此,对长大隧道施工阶段的通风技术研究具有重要的理论意义及应用价值。
大坪山隧道为谷(城)竹(溪)高速公路控制性工程,为双线隧道,全长8000多米,属特长公路隧道。大坪山隧道独头掘进距离长,对大坪山隧道工程通风方案进行研究,选取合理的施工通风方案对保证大坪山隧道施工人员健康,提高安全生产效率,加快施工进度有重要意义。本文对大坪山隧道施工通风技术进行了分析研究,设计出完善的通风方案。本文的主要研究内容及结论主要有以下几点:
(1)介绍了隧道常用的施工通风方式,对其优缺点及适用范围进行总结评价,并将国内已建长大隧道工程特点及施工通风方式和大坪山隧道进行了类比分析,初步设计了大坪山隧道施工通风方案。大坪山隧道分三个施工工区,其中进口工区及出口工区采用类似的通风方式,在隧道掘进初期均采用压入式通风方式,轴流风机布置于洞外,接柔性风管为工作面供风。当隧道掘进至1500m后,采用巷道式通风方式,轴流风机布置于同一洞内,利用射流风机引射作用,将洞外新鲜风流引至洞内,为轴流风机供风。左右洞污风均从通过另一侧洞身排出洞外,使洞内形成单向风流。斜井工区在斜井开挖阶段采用压入式通风方式,斜井与正洞相连后,采用巷道式通风方式,轴流风机布置于1号斜井内,新鲜风流由1号斜井进入,污风由2号斜井排出洞外。
(2)介绍了流体力学及隧道通风计算理论,对大坪山隧道所需风量、风压进行了计算,对通风时的摩擦阻力进行了计算,根据计算结果对轴流风机及射流风机等供风设备进行了合理的选择。
(3)采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对大坪山隧道施工通风过程中,风管出口至工作面间的风流结构进行了数值模拟研究。风流经风筒进入隧道后,一侧受隧道边壁阻挡,只有一侧为自由空间,形成贴附式射流。根据数值模拟结果,风流结构可以大致划分为三个区域,射流区、回流区与涡流区,风流运动过程中,初期射流不断卷吸周围的空气,射流范围扩大,但由于空间受限和回流的影响,射流范围的扩展受到一定的限制,后期风流不再卷吸周围的空气,而是向外析出空气,以射流析出作用为主。对工作面风速进行分析,风管距离开挖面较近时,速度分布较均匀,风速较高;随着距离的增加,开挖面左侧出现风流低速区,距离越长,低速区范围越大;当通风距离增加至45m后,开挖面风速分布均匀,且风速较低,工作面风量不能满足施工需要。因此,风管出口距工作面的距离应保持在30~40m,既可保证通风效果,又能避免因爆破损坏风管。
(4)对大坪山隧道各施工环节有害气体浓度和粉尘含量进行测定,主要包括:爆破后不同时间段隧道内有害气体及粉尘的浓度变化情况;隧道内距开挖面不同距离处有害气体浓度变化情况。对比分析隧道掘进至1500m后压入式通风与巷道式通风的通风效果。结果显示,巷道式通风方式对于有害气体及粉尘的排出效果优于压入式通风方式。