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基于通风方式对高温隧道掌子面温降效果的研究

李俊生  
【摘要】:随着我国铁路建设的高速发展,隧道长度、数量和埋深也在不断增加,为保证线型的顺直,穿越复杂地质情况较为常见。因为隧道埋深的增加和其它热源(施工机械工作发热、地热、爆破散热、作业人员正常散热等)的放热作用,高温热害成为影响长大隧道施工安全的重要因素之一。 通风降温是降低隧道施工过程中热害的主要措施,也是最为常见的方式之一,合理的通风方式能降低通风成本、有效控制掌子面温度、提高通风降温效率。本文采用Fluent软件进行数值模拟,以高温特长隧道为研究对象,先后模拟侧壁压入式通风、混合式通风、拱顶压入式通风三种通风方式,分别针对不同通风方式对高温隧道掌子面温降效果进行对比分析,选出一种适用于高温隧道施工开挖的通风降温方式。主要内容如下: 1)施工通风流体理论分析。运用流体运动基本理论对高温隧道施工开挖过程中隧道内气流运动规律进行理论分析。 2)分别建立侧壁压入式通风、混合式通风、拱顶压入式通风模型,设置工况,对三类通风方式进行数值模拟,对比评价其在温降效果方面各自呈现出的优劣性。分析了不同送风速度、不同风管位置和inlet面至outlet面距离这三个因素对隧道掌子面温降效果的影响。 3)通过观测隧道掌子面30m区域内气流微元运动轨迹规律,分析了三类通风方式在掌子面温降效果方面各自优劣性产生的原因,并对三类通风方式进行评价。 4)设置监测直线、监测面对最优通风方式进行温度、速度值进行监测,从微观角度定量分析掌子面气流的运动规律。 隧道内流体无论做什么样的运动,其介质必然是连续的,迹线跟踪仅能定性的获悉气流微元运动,为了定量的了解掌子面气流的流动特征,通过设置一些监测直线、监测面来对隧道内气流进行数据监测采集,分析监测直线、监测面采集来的数据并总结规律,大致了解气流运动规律特征。 通过对三类通风方式在高温隧道掌子面温降效果方面进行对比,找出了拱顶压入式通风方式在高温隧道掌子面温控效果方面表现良好的原因,根据对三类通风方式数值模拟结果得知:侧壁压入式通风温降效果并不理想;混合式通风能耗大、效率低且存在安全隐患;拱顶压入式通风温降效果最为理想,值得推广。并从宏观和微观层面研究其良好温控效果产生的原因,这一结论可在以后隧道开挖过程中遭遇高温灾害时加以采用,给施工提供理论上的支持。


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