公路隧道复杂通风网络分析技术研究

【摘要】：我国公路隧道建设近10年来发展迅速,可谓日新月异。随着隧道的长大化发展,通风技术的难度和要求也日渐提高。本文依托陕西秦岭终南山特长公路隧道(单洞长18020m)、甘肃新七道梁公路隧道(单洞长4000m)及湖南雪峰山公路隧道(单洞长7000m),对公路隧道通风技术进行研究,并开发编制了公路隧道通风网络计算程序。 对于世界上日益采用的竖(斜)井分段式通风,日本最长的关越隧道竖井数量为2座、东京湾海底隧道竖井数量为1座,世界最长的挪威莱尔多(Laerdal)隧道竖井数量为1座,世界上3座以上竖井送排式通风的公路隧道只有我国台湾地区的坪林隧道(3竖井分段、单洞长12900m),而单洞长18020m的秦岭终南山公路隧道可谓世界规模之最,其通风比选方案包括3竖井分段、4竖井分段、利用铁路平导列车活塞风、小竖井群无动力通风等众多复杂方案,因而其通风系统研究具有极其重要意义。 针对复杂公路隧道通风系统的计算难点,本文引入通风网络分析理论,建立了公路隧道送排风口的压力计算网络数学模型。模型建立中,在风口局部和回路中引入动量定律,分别推导出送风口正向、送风口反向、排风口正向、排风口反向的通风升压力(阻力)计算公式,建立了送排风口网络模型,很好的解决了送排风口风流的方向性模拟,尤其是送风口高速喷射气流的升压力网络仿真问题。该模型使通风网络分析技术应用于公路隧道竖井送排式通风仿真计算时,模拟工况与实际状况更为接近。 对于深埋隧道,竖井深度高达数百米,地热温度对通风动力影响显著,本文建立了较为完善的通风网络地热模型,可以较好的反应包括地温热位差、洞口超静压差等自然风因素对公路隧道通风系统的贡献作用。 深竖井公路隧道火灾时期的防灾救灾通风亦是通风设计和通风计算所关注的重点,火灾高温烟气在深竖井内会产生很强的火灾风压,本文建立了公路隧道火灾风压随通风速度等因素而变化的动态通风网络火灾模型,可较好的实现隧道火灾时期,火灾发生点节流效应、火灾污染区浮力效应等火灾区段风压的动态模拟。 本文在系统研究公路隧道通风技术特点的基础上,建立了包含自然风阻模