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。     

地下洞室通风有害气体浓度变化分析

针对地下洞室施工通风，对在理想状态下气体运动状态及通风过程的分析研究，得出施工通风过程中有毒有害气体扩散的浓度变化公式，揭示了有毒有害气体的扩散变化规律，并用工程实例对理论分析进行了验证。同时对有毒有害气体浓度变化曲线进行仿真分析，得出在不同通风量下洞室的通风效果，结果表明恒通风量通风模式在节能方面存在不足。     

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。     

浓度及温度场问题三维数值模拟及应用

研究温度和污染物的扩散规律,对于健康河流具有十分重要的意义。在排水口附近,温度和污染物的扩散具有很强的三维性。在已开发的三维紊流水动力模型基础上,研制了浓度及温度场三维数学模型。在模型中,空度用来处理不规则边界,VOF用来处理自由面。另外,模型还采用了k-ε紊流模型和壁面函数。利用建立的模型,对水槽和天然的排水口附近的水位、流场、紊动能及其扩散率、温度场和浓度场的分布规律等进行了模拟和研究。通过研究进一步认识了排水口局部三维水流运动规律,浓度和温度扩散规律及分布。     

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。     

泸定水电站大型长廊式调压室合理施工通风散烟时间研究

泸定水电站大型长廊式调压室结构复杂,作业面多,施工通风散烟难度大。为改善施工通风效果,保证施工能安全、高效、快速地进行,采用基于流体力学理论的三维数值模拟其不同通风方案下一、二期的施工通风流场和有害气体扩散特性。给出了一、二期最优通风方案,并提出了相应合理的通风散烟时间。研究成果为通风方案优化和通风散烟时间的合理确定提供理论依据和技术支持。     

基于CFD的长距离输水管道检修通风模拟研究

长距离输水管道工程运营期检修排水使管壁附着的水生生物死亡腐烂产生大量有害气体,严重威胁检修人员人身安全,因此通风对于长距离输水管道的检修安全至关重要。为了探究长距离输水管道内部风流场和有害气体浓度场的分布特点,采用标准k-ε湍流模型进行检修通风数值模拟分析,探究了检修通风设计方案的可行性。研究结果表明：工作井内风管口位置附近风流紊动明显,但其影响范围较小,输水管道内部大部分区域内风流分布十分均匀,且风速均远高于相关规范的最低风速要求;管道内有害气体浓度随风流方向逐渐累积,在排风管口处达到峰值并排出输水管道,有害气体的峰值浓度为8.65 mg/m³,远低于规范要求的有害气体浓度限值,检修通风设计方案可以满足检修作业的安全需求。本研究可以为类似工程通风方案设计提供理论依据和科学指导。     

新建隧道爆破施工对临近既有隧道的稳定性影响分析

新建隧道的爆破施工对邻近既有隧道稳定性的影响是现阶段的研究热点和难点之一。基于阳明山新建隧道上跨和并行于既有赣瑞龙铁路阳明山隧道的两种工况下既而对新建隧道爆破施工条件对临近既有隧道的稳定性进行分析。在精准设计爆破点位条件下,通过现场监测既有隧道的爆破振速、沉降量以及应力变化与ＡＮＳＹＳ／ＬＳ-ＤＹＮＡ有限元动力学模型的计算结果和理论计算值进行对比研究,分析在该条件下既有隧道的动力学响应规律和应力－应变特征。研究结果表明:新建隧道爆破施工所产生的振动速度与邻近既有隧道的应力、应变以及沉降值均在理论计算所给出的安全允许范围内;模型计算结果更接近于现场监测值,且小于理论计算值,该模型能够较好的实现立体交叉和并行隧道爆破施工对既有隧道稳定性影响的精确模拟,因此该模型具有极高的实用性和准确性。     

基于混合 LES /ＲANS 方法的引水隧洞施工通风数值模拟

为了获取准确的水电工程引水隧洞施工通风瞬态流场信息并且提高计算效率,基于 Ｒealizablek － ε 两方程湍流模型建立引水隧洞施工通风三维非稳态混合 LES /ＲANS 模型,并结合某引水隧洞施工通风过程进行数值模拟,借助现场实测风速数据对数值模拟结果进行验证,同时将混合LES /ＲANS 模型的模拟结果与 ＲANS 模型和 LES 模型的模拟结果进行对比。结果表明: 混合 LES /ＲANS 数值模拟结果与现场实测数据较为吻合,其平均相对误差仅为 4. 9% 。混合 LES /ＲANS 方法仅需 1 163 996 个计算网格即可获得准确的瞬态风流场扩散规律,而 LES 方法所需网格数量近似为前者的2 倍。混合 LES /ＲANS 方法可以为水电工程引水隧洞的施工通风数值模拟研究提供重要的理论与技术支撑。     

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.     

水压爆破技术在七峰山隧道开挖中的应用

结合郑万铁路南阳段七峰山隧道爆破开挖工程,采用现场测试方法,对水压爆破和常规爆破的循环进尺及粉尘浓度等数据进行了对比分析研究。研究结果表明:在水压爆破相比常规爆破减少23.6kg药量的条件下,采用水压爆破每循环进尺比常规爆破多0.3 m,且水压爆破相比常规爆破平均粉尘浓度降低了67.6%,改善了洞内环境。另外,通过成本与效益分析计算,凸显出水压爆破技术在隧道爆破开挖过程中对施工成本控制起到较大作用。现场试验结论充分体现出水压爆破的优势及良好经济效益,为今后类似的隧道爆破施工提供借鉴。     

洞室群施工通风规律及粉尘浓度分布规律研究

为掌握抽水蓄能电站地下洞室群施工通风规律及粉尘浓度分布规律,以河北丰宁抽水蓄能电站为例,针对水电站地下厂房的四个主要洞室,采用计算流体力学方法(CFD),建立了水电站地下洞室群的通风风流组织和粉尘浓度分布模型,对不同通风回路状态下的地下洞室群的气流运行情况及粉尘分布情况进行了数值模拟,总结出地下洞室群在不同贯通回路下的风流运行规律,并应用烟尘净化装置解决了复杂地下洞室群的排烟问题。     

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。     

加快长距离小断面隧洞掘进速度的施工措施

长距离小断面地隧洞由于受客观条件的限制施工难度非常大。作者根据草肉岭隧洞工程的施工实践，分析了制约长距离小断面隧洞掘进速度的几个主要原因，针对性的提出实行光面爆破，搞好施工通风，组织好出碴，加强对特殊地段的处理是加快其掘进速度的主要工程措施。     

引黄工程国际Ⅰ标新奥法施工爆破对隧洞围岩扰动影响的试验研究

围岩是隧洞最基本的支护结构成分，如何看待围岩、处理围岩是新奥法设计施工全过程中最首要的问题。岩体开挖后引起围岩承载力下降，其主要原因就是爆破的影响。为保护岩体天然承载力，减轻和消除因爆破给围岩带来的损伤，引黄国际Ⅰ标地下工程爆破参数优化试验与分析，提出了优化的隧洞光面爆破与松动爆破参数及在施工中应注意的有关问题，以保证围岩开挖后轮廓面光滑平整，并且最大限度地保护围岩少受扰动，致使新奥法施工顺利进行。并通过爆破振动的观测与分析，得出了只要按优化爆破参数开挖施工，并把最大单响药量控制在３０ｋｇ左右，爆破振动就不会对本洞１０ｍ以远以及距２０ｍ的相邻隧洞的围岩产生任何危害影响。     

引黄工程总干一级泵站 1a 通风洞口明挖控制爆破设计与施工

本文介绍了一个大体积爆破工程——引黄工程一级泵站１ａ通风洞口石方开挖从爆破设计和爆破振动控制标准的确定、爆破参数优化以及控制爆破施工到爆破安全振动速度计算等方面，重点介绍了控制爆破施工，结果表明，在密集居民区附近进行大体积石方开挖的控制爆破是成功的。爆破对附近设施、建筑物没有影响，施工期间所有设施运转正常。