高地温小断面隧道施工通风排污降温效果研究.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁二十三局集团有限公司科技研究开发计划课题()作者简介:王政松()男四川广元人高级工程师主要从事土木工程施工管理方面的工作:.引文格式:王政松.高地温小断面隧道施工通风排污降温效果研究.铁道建筑技术():.高地温小断面隧道施工通风排污降温效果研究王政松(中铁二十三局集团有限公司 四川成都)摘 要:为评估高地温隧道施工拱顶送风效果以成昆铁路米攀段保安营 号隧道为依托采用数值模拟方法建立围岩 衬砌 洞内系统掌子面模型研究不同送风速度和温度下施工通风排污降温时效得到隧道施工通风期间洞内 浓度和温度分布时空变化规律:()在通风温度 下距掌子面 范围内爆破产生的 清空
2、时间随风速增加而减少/风速仅需约 /风速需要约 而/风速需要通风 难以满足施工排烟需要()在通风温度 下大于等于 /风速均能使隧道内气温下降至施工需求且./和 /风速其降温效果相当而/风速降温效果较差()在设计通风风速./下距掌子面 范围内隧道气温下降用时随风温增加而增加 和 风温分别用时约为 和 而 风温只能使距掌子面 范围内的气温满足规范要求关键词:高地温 小断面隧道 施工通风 送风速度 送风温度 排污降温中图分类号:.文献标识码:./.():.:()./.()/./.()./.:引言随着我国交通基础设施不断向西部山区深入高海拔、高地温、高瓦斯等复杂环境隧道工程层出不穷给交通建设带来了极大
3、挑战 污浊及高温环境会对施工作业人员的身体健康和施工机具的正常运作造成严重威胁 作为隧道内外空气流通的唯一手段施工通风在隧道施工过程中可为洞内降温、提供新鲜空气、排除铁道建筑技术 ()王政松:高地温小断面隧道施工通风排污降温效果研究粉尘及有毒有害气体维持了施工机械设备正常运行保障了施工作业人员的健康安全是整个隧道工程安全建设的“生命线”目前大量学者围绕隧道施工通风排污降温开展了系列研究 张文坤结合理论分析与现场监测等手段制定了高海拔特长山岭隧道通风专项技术方案并通过现场监测验证其通风效果 刘杰等分析不同送风风速、掘进面与风筒口不同距离下隧道洞内风流场和 分布特征建立了螺旋施工隧道内 扩散测算模
4、型 陈宝智等研究分析巷道压入式通风的风流结构得出其流场分布及变化规律 刘钊春等通过对压入式通风下隧道内气体浓度扩散进行分析得到了隧道内流场分布状态 张国梁等基于紊流扩散理论分析了不同海拔高度隧道有害气体的迁移规律和质量浓度分布 张皓等建立施工通风模型并结合现场测试分析了施工爆破压入式通风后有害气体的扩散迁移规律及其控制指标 刘强对比全断面开挖和台阶法开挖的施工通风效果发现台阶法的通风及瓦斯稀释效果更好 刘春等通过建立流体力学分析模型研究压入式通风下超大断面隧道瓦斯浓度和风速的变化规律以及风筒位置对隧道风流流场及瓦斯浓度的影响 谷柏森通过工程类比结合理论计算总结了国内外高地温区隧道病害的应对措施
5、以及施工通风和运营通风计算方法 李湘权通过对水电站引水隧洞高温问题的研究提出了高地温区隧道以通风为主、低温冷水辅助的综合降温方法 张智、胡元芳对隧道内热交换规律进行分析并建立了压入式通风下预测掌子面温度的数学模型 周小涵等分析季节性风温、不同程度高温和铺设隔热层等对高地温隧道传热的影响 李俊生等对比分析高地温隧道在内侧壁压入式、混合式和拱顶压入式通风下掌子面的温控效果 袁艳平等研究常规通风条件下隧道流场分布规律并提出有效的喷雾降温方法 王海桥通过分析掘进通风射流产生过程及隧道掌子面压入式通风流场结构得到了回流区平均速度及最大回流速度 前述研究主要集中于只存在单一不利条件的常规隧道工程对同时存在
6、高地应力、高瓦斯、高地温等复合不良环境的小断面隧道施工通风排污降温效果的研究较少本文以成昆铁路保安营 号隧道为工程依托采用数值模拟方法深入分析隧道施工通风过程中不同送风速度的排污降温效果和不同送风温度的降温效果以期提供良好的作业环境在保障依托工程安全高效修建的同时为类似工程提供技术参考 工程概况成昆铁路米(易)攀(枝花)段为客货共线单线电力牵引铁路 其中保安营 号隧道位于攀枝花境内进口里程 出口里程 全长 最大埋深 具有高地应力、高瓦斯、高地温等特点 为满足施工工期、防灾救援、施工通风等需要全隧共设 座斜井长度分别为 、号隧道与 斜井、斜井及 斜井相对位置关系如图 所示图 工程所在地及相关位置
7、关系 计算模型选取影响隧道内温度场分布的主要因素即送风速度与送风温度建立数值模型对保安营隧道通风效果进行研究.模型几何概况利用流体计算软件建立围岩 衬砌 洞内系统掌子面模型如图 所示 整个模型长度为 正洞长 斜井长 风管出风口距掌子面 风管直径.计算参数选取隧道最大埋深为 根据地应力测试报告:超过 地温的隧道埋深为 根据地温梯度./计算最高温度为 据此将隧道围岩初始温度设置为 进行计算 模型参数如表 所示铁道建筑技术 ()王政松:高地温小断面隧道施工通风排污降温效果研究表 模型参数及边界条件材料类型比热容/()密度/(/)导热系数/()粘性指数/()岩石.混凝土.空气.计算工况设置为了分析不同
8、送风速度和送风温度下隧道施工通风排污降温效果共设置 个工况如表 所示表 正洞段施工通风工况模拟工况计算区段送风温度送风速度工况 工况 工况 正洞./工况 工况 工况 斜井 ./.监测面设置计算时正洞段设置 个监测面分别位于距离掌子面、和 处斜井段设置 个监测面分别位于距离掌子面、处如图 所示图 计算模型 结果分析.设计风速下的排污效果计算中隧道内流域 扩散云图如图 所示图 浓度扩散云图由图 可知在./风速下通风 时掌子面处 迅速被稀释 通风 后 气体大部分聚集在距掌子面 范围内且浓度显著降低 通风 后有 从隧道中逸出 通风至 后除隧道断面上半区域的管道部分有残留外主体部分 已经逸出隧道 规范规
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