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隧道内自燃风计算方法及节能通风技术研究

时亚昕  
【摘要】:在有斜竖井隧道的通风设计中,特别是多竖井、高竖井的长大或特长隧道中,必须进行自然风压的专题研究,内容包括气象资料的调查和隧道内气温的计算。由依托工程背景可知,泥巴山隧道不但长度长,埋深大,山体宽厚,而且地形地貌和气象条件复杂。本来特长隧道通风就比较困难,装机容量大,对于有斜竖井的隧道各区段自然风确定比较困难,因此必须对隧道周围气象进行长期监测,结合隧道资料进行分析,确定出隧道各区段的自然风,进一步进行自然风节能设计和利用。 大相岭泥巴山隧道是雅泸高速公路上的控制性工程,长达10km,为上下行分离的双洞单向交通隧道。具有长度长、埋深大、山体宽厚、地形地貌复杂、气候分区明显等特点。为了建设“安全、环保、节能”的泥巴山隧道,本论文以雅泸高速公路大相岭泥巴山隧道为工程背景,结合西部交通建设科技项目——大相岭泥巴山深埋特长隧道关键技术研究(2006318000104)项目,采用资料调研、理论分析、现场实测、长期监测、程序编制、数值模拟等研究手段对隧道的自然风影响因素、分段通风中各区段自然风计算方法及隧道利用自然风节能通风技术进行了研究。 本论文的研究工作主要体现在以下几个方面: (1)根据气象站和现场测试所取得的气象资料及勘察资料,定性分析了特长隧道内自然风压的各个影响因素,得出了隧道内自然风压主要由洞外、洞口和洞内环境三大类因素影响,三个影响因素分别为隧道洞口间的大气水平压梯度所产生超静压差、外界自然风吹至洞口时产生风墙式压差和隧道内外气温差引起的热位差。 (2)通过数值仿真的方法建立三维计算模型,推导得出理论计算公式,并对实测的二郎山隧道、铁峰山隧道和方斗山隧道进行验证计算,确定了隧道内自然风计算公式。 (3)在泥巴山隧道建立4个周期1年(实际检测485天)的长期气象条件观测站,测试参数包括风向、风速、大气压力、空气温度、空气湿度,共取得了93120组、465600个相关数据。 (4)确定出隧道各区段的最大自然风速、风速频率分布及保证率,建立了全新的特长深埋隧道自然通风节能设计模式及实施方法。泥巴山隧道主隧道内自然风的主风向是由泸沽往雅安方向,各段的全年概率分别为:第一区段63.2%;第二区段60.8%;第三区段61.5%。竖井内自然风的一主风向为:雅安端竖井主风向为送风,全年概率62.0%;泸沽端竖井主风向为送风,全年概率53.9%。 (5)建立了特长深埋隧道分段纵向式通风条件下有效利用自然通风的节能设计模式及实施方法。即通过设置节能风道和风阀控制来适应特长深埋隧道分段纵向式通风条件下各段自然风大小及风向的变化,实现隧道通风节能。当自然风与行车方向相同且自然风速大于设计风速时,利用节能风道进行通风;小于设计风速时,可利用自然风辅助通风。利用该节能模式,泥巴山隧道实时控制时最大可节能50.5%,按时段控制时可节能13.28%。


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