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卜形分岔隧道爆生气体扩散与通风控制数值模拟研究
| 论文题名： | 卜形分岔隧道爆生气体扩散与通风控制数值模拟研究 |
| 关键词： | 分岔隧道;爆生气体;扩散规律;通风方式;安全管理 |
| 摘要： | 随着我国铁路线网正不断向西南地区铺设，受西南地区地理条件的限制，隧道成为西南区域铁路线网升级的关键工程。钻爆法由于其施工方法简单、高效经济，是目前隧道施工的主要方法，但其爆破施工后生成大量的爆生气体会导致施工人员窒息甚至隧道爆炸。同时，西南地区隧道建设施工均普遍涉及横洞、平导等卜形分岔结构下爆生气体扩散及通风控制等关键技术问题。因此，开展卜形分岔隧道内的爆生气体扩散分析及施工通风控制具有重要的理论价值和现实意义。 本文以跃龙门隧道施工过程中出现的卜形分岔结构为背景，通过理论分析及数值模拟，对卜形隧道通风分（合）流流场特征、局部损失机制及爆生气体扩散规律进行了系统的研究。主要结论如下: （1）为分析卜形分岔隧道施工通风分（合）流下的爆生气体扩散规律，从分岔边壁条件及通风控制方案两个方面出发，研究了爆生气体中的CO扩散路径及其全局浓度变化情况。结果表明：可根据CO浓度下降趋势，将通风时间分为三个时段，分析不同时段内CO赋存空间流场特征对其扩散的影响。通风合流时，分岔角θ=90°或主横洞截面比s=0.6或供风量比w=0.4时，CO浓度降低至允许浓度所需时间最短，依次为489s、476s、485s。通风分流时，分岔角θ=45°或主横洞截面比s=0.4时，CO浓度降低至允许浓度所需时间最短为1361s、1260s。 （2）针对卜形分岔隧道通风分（合）流流场特征对爆生气体扩散影响问题，研究了风流运动过程中的流态转化，分析了爆生气体中的CO在分（合）流流场中的扩散路径，验证了涡流是造成CO扩散差异性的主要影响因素。结果表明：合流流场下的CO扩散速率受空气幕，过流断面及风流速度共同影响，涡流是联系三者的共同因素。因此，三者之间存在联动耦合效应。分流流场下的CO扩散速率受分流段主线隧道无分岔侧壁面附近涡流影响，涡流越靠近分岔口则排出CO所需时间越短。 （3）针对卜形分岔结构的通风局部损失特性问题，通过建立局部损失理论模型，阐明了局部损失机制，得到了局部损失系数与分岔角、截面积比、供风量比的非线性关系，提出了通风控制与分岔边壁条件建议参数。结果表明：通风合流下满足60°≤θ≤90°、0.6≤s≤0.8、0.4≤w≤0.6，通风分流下满足45°≤θ≤60°、0.4≤s≤0.8，可同时满足通风阻力小与通风时间短的设计需求，为分岔隧道施工通风提供了技术支持。 |
| 作者： | 朱应伟 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 章光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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