长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究

1、长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究 摘要：在隧道施工中，长大隧道与复杂地下工程施工通风作业是整个隧道施工的关键因素，但由于影响隧道通风的因素较多，包括温度、湿度、海拔等因素，所以就需要运用现代化技术对隧道通风技术进行分析，才能更好地掌握长大隧道通风量等基础参数数据，从而有效地改进隧道通风要求。关键词：长大隧道；通风特性；技术研究引言：随着社会的发展，科技水平的提高，在施工中经常会遇到长大隧道，在隧道的地下工程施工中，为了确保施工的有效运行以及给施工人员和设备的正常运转提供新鲜的空气，就需要从施工通风的特性以及关键技术等方面进行研究。1.影响地下工程施工通风特性参数1.1通风动力和

2、风流品质参数在长大隧道与复杂地下工程的施工过程中，由于对隧道的通风参数涵盖风机的型号、功率等各种因素1。因此随着风机参数的有效运行，可以很好的实现对风机启动的停止与调节。而地下项目的相关通风流量主要包括施工的有效开展和施工人员的施工舒适度、空气质量等因素，所以还需要确保风流品质。1.2设备和通风布置参数在大长隧道的通风布置中，影响通风设备的主要参数由设备的型号以及数量等参数决定，而通风布置中，需要掌握风机、风管以及通风道等参数的布置情况。1.3风量影响参数风量影响参数包括洞室内施工人员所需风量、爆破排烟所需风量、废气稀释所需风量这三项。而施工人员所需风量影响参数是需要根据实际项目工程的情况进行

3、计算所需风量的，计算公式如下Qp=VpmKp，在这个公式中，Qp是指地下洞室内施工作业人员所需求的风量，单位为m3/min，而Vp则是指地下洞室内每名施工人员所需的风量，单位为3.0m3/min，m是指地下洞室内作业时最多的人数，Kp是指风量备用系数，通常取值范围使1.1-1.15之间。在地下洞室内爆破排烟所需风量中，由压入式通风量和混合式通风量为主，其中压入式通风量的计算公式是Qb=21.4tASL，而混合式通风量的计算公式是Qb=7.8t3Asl2，在这两个公式中，混合式通风量的Qb主要是指地下洞室内爆破排烟量，其单位是m3/min，而A是指爆破炸药的用量，单位是kg，t则是指通风时间，单

4、位是min，L是隧洞长度，Lk是有效射程，当LLk时，取L，当LLk时，Lk=400A/I。在对洞内有害气体的稀释所需风量中，就是风量的公式如下Qg=KgNi，在公式中，Qg是指稀释内燃机排烟风量，单位是m3/min，是指单位功率通风计算系数，而Ni是指洞内计算区域施工设施的总功率，Kg是指高程修正系数2。2.地下工程施工通风特点和计算模型2.1地下工程施工通风卫生控制标准无论是公路、铁路以及水利工程的隧道工程施工通风中，对地下工程期间的施工环境标准作出了如下规定。首先是氧气体积浓度必须大于20%以上，同时在1m3的空气中含有10%以上游离的SiO2粉尘要小于2mg，在爆破点20米范围内，需要

5、空气中的瓦斯浓度小于1%，同时巷道内的瓦斯浓度要小于0.75%。地下工程施工中，一氧化碳的最高容许浓度不能超过30mg/m3，同时作业时间不得超过30分钟，温度不得超过28，噪音分贝小于90，这些通风卫生控制标准具体可见表1和表2所示，在国家相关标准中有着明确的浓度规定。名称最高浓度加权容许浓度短时间接触容许浓度一氧化碳海拔2000米以下-2030海拔2000-3000米20-海拔3000米以上15-一氧化氮-15-二氧化氮-510二氧化硫-510硫化氢10-二氧化碳-900018000表1：长达隧道地下工程作业有害气体容许浓度名称加权容许浓度总尘呼尘10%游离SiO2含量50%10.750%

6、游离SiO2含量80%0.70.3游离SiO2含量80%0.50.2表2：长大隧道地下工程作业场所粉尘容许浓度2.2流体动力学计算数学模型利用流体动力学计算数学模型，可以对隧道及地下工程内空气流分布特征进行数值计算，而流体在流场内的运动往往需要遵循物理学的三大守恒定律，才能确保流体动力学计算的正确性。而在地下工程通风数据模型的计算中，以粉尘运移计算为例，需要对隧道内的气体、固体粉尘的流动建立相应的模型，可以更好地实现对隧道内离散粉尘和风流连续流畅运动轨迹的有效掌握，同时对粉尘颗粒的运移特征和相关浓度进行检测分析，从而可以有效地进行研究3。利用拉格朗日法追踪颗粒相的运动轨迹，能够对喷射源的各项参

7、数进行定义，当隧道实施爆破工程兽，借助拉格朗日法可以计算出隧道内粉尘运动轨迹，从而进行求解计算，能够得到离散颗粒的运动轨道，并只考虑阻力作用和重力效应，计算出粉尘离散颗粒相互作用的平衡方程为dupdt=FDuup+gx(PpP)Pp，其中t指颗粒运动的时间，FD(u-up)是指颗粒单位质量阻力，u是指流体的相对速度，单位是m/s，up是指颗粒运动速度，p是指流体密度，Pp是指颗粒密度，而dp是指颗粒的直径大小。2.3网络通风计算模型在推动通风网络方法的过程中，通过逐步解决复杂的网络中各分支风量的分配问题，可以有效调节管理等工作的基础，在实际的工程应用过程中，回路风量法和节点风压法具有如下特点。

8、首先是对回路风量进行计算时，由于回路风量是当前通风网络解算中比较常见的一种计算方法，可以实现快速运算，但同时也存在很多不足之处，通常在对通风系统的计算中，需要避免出现单向回路的通风情况，否则会导致回路风压平衡的计算出现无效性。其次是在节点风压法中，对那些不需要的回路风压平衡性进行计算，由于其通风网络的本质使以节点风压作为主要的变量方程组，所以不需要选择通风网络中每个节点都具有风压计算值，只需要对任意复杂的通风系统网络采取适当的风量法，就可以计算出通风网络中各个节点的初始风压值是否合理。3.控制施工环境和温度所需风量的计算方式 3.1施工环境温度首先是隧道内的温度影响，根据相关资料，隧道每增加1

9、00米，地温就会升高1.8-4.4，所以在深埋隧道开挖的过程中，风流通过的初始温度会发生改变，从而会导致隧道内通风温度出现季节性的变化。由于隧道内围岩的调节作用，会导致隧道内风温季节性变化情况减小，当外界温度降低时，隧道会向空气释放热量。其次是隧道内环境温度的影响，由于隧道内的温度上升，而这些热源又被分为绝对热源和相对热源两种不同的热源形式，在这两种热源中，绝对热源包括化学反应、空气压缩等产生的热量，而后者包括高温围岩散热、地下水散热等4。在通风散热中，对不同的风速计算结果进行分析，将温度设置为10、15、20、25、30等计算结果进行统计，并以隧道中心作为纵断面，而人体呼吸高度作为平面的流场

10、计算数据中，可以看出隧道内侧点最高温度会随着风温度的升高而升高。3.2控制有害气体所需风量系数隧道内在施工的过程中，会产生大量的有害气体，因此就需要对这些有害气体进行及时排出，根据这些有害气体的分布规律和运移特征进行研究。首先是通过计算机进行三维数值模拟计算，利用FLUENT流体计算机软件对隧道内的一氧化碳等扩散规律和分布特征进行数值模拟。通过模拟出一条长度为1000米的隧道，并对风管布设形式进行研究，可以按照图1所示进行布置同时对风管在隧道内的位置，风管口和掌子面之间的距离进行布置，确保两者之间的距离为20米，隧道断面的面积为90m2，并采用直径为1.8m的通风管进行供风，建立起隧道断面模型

11、的网格划分，并将坐标轴的X、Y、Z方向作为隧道模型的轴线距 离、底面高度、掌子面距离。在控制有害气体的海拔高度系数时，可以按照海拔高度为0的情况下对隧道内的有害气体进行计算，能够计算出风量是34m3/s，在这种情况下，一氧化碳的浓度在满足30mg/m3的要求时，能够对不同供风量的数值进行模拟计算，从而得出一氧化碳的浓度需要满足的供风量曲线变化情况。图1：隧道内风管位置简图3.3施工通风粉尘浓度的海拔系数在隧道施工的过程中，由于粉尘是影响隧道通风的主要危害因素，而造成隧道粉尘的原因是钻孔爆破以及机械设备开挖等原因导致。通过建立数值模拟计算模型，同时利用FLUENT流体计算机软件的方式，可以对隧道

12、内的粉尘移动规律等情况进行数据模拟，并对风管布设形式进行研究，从而掌握隧道内的实际情况5。由于通风管口处射流作用效应会使得周围的风速、压力梯度变大，所以对附近模型网络进行调整优化，能够考虑到模拟计算的相关规模以及收敛性，在对入口边界条件的通风管供风口进行计算条件设置风速，可以根据大气压力的不同情况，计算出工况的设定。结束语：在长大隧道与复杂地下工程施工中，由于施工中存在各种各样的因素，所以导致常见的隧道通风方法有可能会引起隧道内原有的空气变得更加混浊，给隧道施工造成了严重的影响，因此就必须对长大隧道的通风特征进行深入的研究和分析，才能寻找出最理想的通风方式，并严格把控隧道施工的现场和施工的空气质量，从而有利于更好的推动隧道工程的可持续化发展。参考文献：1陈志强. 隧道独头掘进高地热无轨运输巷道式射流通风施工技术研究J. 中国科技纵横, 2019(12):156-157.2孙茂. 单线特长铁路隧道长大斜井工区施工通风关键技术J. 建筑技术开发, 2019(7):16-18.3赵宁