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原文传递长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究

论文题名：	长大隧道与复杂地下工程施工通风特性及关键技术研究
关键词：	隧道;地下洞室;施工期;通风特性
摘要：	长大隧道与复杂地下洞室群施工期通风是影响施工进度的重要因素，尤其在诸如高温高湿、高海拔地区、瓦斯隧道、陡坡斜井多工作面等复杂条件下更为重要。施工通风技术的优化是一项重要的研究课题，需要先进的理论方法对通风过程进行计算分析，以达到制定合理进行通风设计的目的。本文融合隧道及地下工程、系统工程、计算流体力学、网络图论学、软件工程等多个交叉学科的理论方法与技术，对长大隧道及复杂地下洞室群开挖施工期通风特性和关键参数进行研究，基于理论分析、数值模拟、现场测试相结合的手段对实际工程的施工通风技术进行优化。以压入式通风为主，多种通风方式结合的思路，对斜井多工作面条件下隔板风道式通风关键技术、TBM超长距离条件下多阶段联合通风关键技术、大型复杂地下洞室群条件下网络通风关键技术进行了深入研究。主要研究内容和研究成果体现在以下几个方面: 　　(1)通过现场测试，得到独头压入式通风条件下初始风量对风管漏风率影响系数KQ与初始风量Q0关系。　　(2)根据模型试验对不同风速大小及不同风管弯曲角度情况下风管局部压力损失及风管百米漏风率测试结果，得到风管弯曲角度对风管漏风率影响系数的计算公式。　　(3)对高海拔地区实测气象资料的计算分析，在进行相关通风计算时，湿度对空气密度的计算结果影响误差在0.3％左右，可以忽略不计。对于不同海拔地区的隧道，有害物质浓度分布特性有差异，随着海拔的增加，有害气体浓度分布大致呈指数分布。得到不同海拔高度h处的控制有害气体海拔修正系数Kh、粉尘浓度修正系数Kd的计算公式。　　(4)建立能量方程模型对隧道内温度分布进行模拟，得到隧道内温度随风量的增加而逐渐降低的规律，进一步得到供风量Q与隧道内温度t分布呈负幂函数规律变化关系，并得到供风温度ti与隧道内温度t的计算公式。　　(5)对长洪岭隧道1号斜井及关角隧道7号斜井隔板通风现场实测，隔板风道内漏风率在4％以内，隔板风道平均摩擦阻力系数约为0.02。不同风仓结构形式的数值模拟计算结果表明，风仓长度对隔板风道联合风仓式通风的通风效果影响较大，得到风仓长度影响系数Ka、风仓宽度影响系数Kb、风仓高度影响系数Kc的计算公式。长洪岭隧道1号斜井施工区通风方案优化前后对风量的测试结果表明，通过使用风仓式通风技术，进口方向各测点风量增加平均值为29.2％，出口方向各测点风量增加平均值为19.9％。　　(6)利用理论分析、数值模拟计算、现场测试等手段，建立TBM超长距离通风模型，包括分阶段联合通风方案、污风回流控制方法、风机控制策略等，对中天山隧道TBM通风方案进行优化。对多阶段巷道式超长距离施工通风长度与能耗关系进行分析，结果表明随着掘进距离的增加，隧道内通风阻抗力升高，需提供的风机功率越大，两者大致呈线性关系，且双线供风情况下的功率远大于单线供风情况下的功率。　　(7)依托烟台万华工业园地下洞库对大型复杂地下洞室群网络施工通风技术进行优化，利用网络通风软件对分支风压、风量进行调节，从而调节整个通风网络。并利用自动控制调节系统实时对工作面各项指标进行监测，通过变频系统自动控制调节风机转速，进而通过风量闭环控制调节风机风量，在通风网络平衡被打破后，网络通风计算程序自动对各分支计算进行风量重分配，从而形成新的通风网络平衡，使各工作面满足风量需求，并达到节能的效果。
作者：	曹正卯
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	杨其新
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文