長大隧道與復(fù)雜地下工程施工通風(fēng)特性及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、長大隧道與復(fù)雜地下洞室群施工期通風(fēng)是影響施工進(jìn)度的重要因素，尤其在諸如高溫高濕、高海拔地區(qū)、瓦斯隧道、陡坡斜井多工作面等復(fù)雜條件下更為重要。施工通風(fēng)技術(shù)的優(yōu)化是一項重要的研究課題，需要先進(jìn)的理論方法對通風(fēng)過程進(jìn)行計算分析，以達(dá)到制定合理進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計的目的。本文融合隧道及地下工程、系統(tǒng)工程、計算流體力學(xué)、網(wǎng)絡(luò)圖論學(xué)、軟件工程等多個交叉學(xué)科的理論方法與技術(shù)，對長大隧道及復(fù)雜地下洞室群開挖施工期通風(fēng)特性和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究，基于理論分析、數(shù)值模

2、擬、現(xiàn)場測試相結(jié)合的手段對實際工程的施工通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以壓入式通風(fēng)為主，多種通風(fēng)方式結(jié)合的思路，對斜井多工作面條件下隔板風(fēng)道式通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)、TBM超長距離條件下多階段聯(lián)合通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)、大型復(fù)雜地下洞室群條件下網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。主要研究內(nèi)容和研究成果體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　(1)通過現(xiàn)場測試，得到獨頭壓入式通風(fēng)條件下初始風(fēng)量對風(fēng)管漏風(fēng)率影響系數(shù)KQ與初始風(fēng)量Q0關(guān)系。
　　(2)根據(jù)模型試驗對不同風(fēng)速大小及

3、不同風(fēng)管彎曲角度情況下風(fēng)管局部壓力損失及風(fēng)管百米漏風(fēng)率測試結(jié)果，得到風(fēng)管彎曲角度對風(fēng)管漏風(fēng)率影響系數(shù)的計算公式。
　　(3)對高海拔地區(qū)實測氣象資料的計算分析，在進(jìn)行相關(guān)通風(fēng)計算時，濕度對空氣密度的計算結(jié)果影響誤差在0.3％左右，可以忽略不計。對于不同海拔地區(qū)的隧道，有害物質(zhì)濃度分布特性有差異，隨著海拔的增加，有害氣體濃度分布大致呈指數(shù)分布。得到不同海拔高度h處的控制有害氣體海拔修正系數(shù)Kh、粉塵濃度修正系數(shù)Kd的計算公式。

4、>　　(4)建立能量方程模型對隧道內(nèi)溫度分布進(jìn)行模擬，得到隧道內(nèi)溫度隨風(fēng)量的增加而逐漸降低的規(guī)律，進(jìn)一步得到供風(fēng)量Q與隧道內(nèi)溫度t分布呈負(fù)冪函數(shù)規(guī)律變化關(guān)系，并得到供風(fēng)溫度ti與隧道內(nèi)溫度t的計算公式。
　　(5)對長洪嶺隧道1號斜井及關(guān)角隧道7號斜井隔板通風(fēng)現(xiàn)場實測，隔板風(fēng)道內(nèi)漏風(fēng)率在4％以內(nèi)，隔板風(fēng)道平均摩擦阻力系數(shù)約為0.02。不同風(fēng)倉結(jié)構(gòu)形式的數(shù)值模擬計算結(jié)果表明，風(fēng)倉長度對隔板風(fēng)道聯(lián)合風(fēng)倉式通風(fēng)的通風(fēng)效果影響較大，得到風(fēng)

5、倉長度影響系數(shù)Ka、風(fēng)倉寬度影響系數(shù)Kb、風(fēng)倉高度影響系數(shù)Kc的計算公式。長洪嶺隧道1號斜井施工區(qū)通風(fēng)方案優(yōu)化前后對風(fēng)量的測試結(jié)果表明，通過使用風(fēng)倉式通風(fēng)技術(shù)，進(jìn)口方向各測點風(fēng)量增加平均值為29.2％，出口方向各測點風(fēng)量增加平均值為19.9％。
　　(6)利用理論分析、數(shù)值模擬計算、現(xiàn)場測試等手段，建立TBM超長距離通風(fēng)模型，包括分階段聯(lián)合通風(fēng)方案、污風(fēng)回流控制方法、風(fēng)機(jī)控制策略等，對中天山隧道TBM通風(fēng)方案進(jìn)行優(yōu)化。對多階段巷道

6、式超長距離施工通風(fēng)長度與能耗關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明隨著掘進(jìn)距離的增加，隧道內(nèi)通風(fēng)阻抗力升高，需提供的風(fēng)機(jī)功率越大，兩者大致呈線性關(guān)系，且雙線供風(fēng)情況下的功率遠(yuǎn)大于單線供風(fēng)情況下的功率。
　　(7)依托煙臺萬華工業(yè)園地下洞庫對大型復(fù)雜地下洞室群網(wǎng)絡(luò)施工通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)軟件對分支風(fēng)壓、風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)整個通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。并利用自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)實時對工作面各項指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，通過變頻系統(tǒng)自動控制調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而通過風(fēng)量閉環(huán)