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原文传递公路隧道复杂通风网络分析技术研究

论文题名：	公路隧道复杂通风网络分析技术研究
关键词：	公路隧道;通风技术;网络理论;计算程序;现场测试;数值仿真
摘要：	我国公路隧道建设近10年来发展迅速，可谓日新月异。随着隧道的长大化发展，通风技术的难度和要求也日渐提高。本文依托陕西秦岭终南山特长公路隧道(单洞长18020m)、甘肃新七道梁公路隧道(单洞长4000m)及湖南雪峰山公路隧道(单洞长7000m)，对公路隧道通风技术进行研究，并开发编制了公路隧道通风网络计算程序。对于世界上日益采用的竖(斜)井分段式通风，日本最长的关越隧道竖井数量为2座、东京湾海底隧道竖井数量为1座，世界最长的挪威莱尔多(Laerdal)隧道竖井数量为1座，世界上3座以上竖井送排式通风的公路隧道只有我国台湾地区的坪林隧道(3竖井分段、单洞长12900m)，而单洞长18020m的秦岭终南山公路隧道可谓世界规模之最，其通风比选方案包括3竖井分段、4竖井分段、利用铁路平导列车活塞风、小竖井群无动力通风等众多复杂方案，因而其通风系统研究具有极其重要意义。针对复杂公路隧道通风系统的计算难点，本文引入通风网络分析理论，建立了公路隧道送排风口的压力计算网络数学模型。模型建立中，在风口局部和回路中引入动量定律，分别推导出送风口正向、送风口反向、排风口正向、排风口反向的通风升压力(阻力)计算公式，建立了送排风口网络模型，很好的解决了送排风口风流的方向性模拟，尤其是送风口高速喷射气流的升压力网络仿真问题。该模型使通风网络分析技术应用于公路隧道竖井送排式通风仿真计算时，模拟工况与实际状况更为接近。对于深埋隧道，竖井深度高达数百米，地热温度对通风动力影响显著，本文建立了较为完善的通风网络地热模型，可以较好的反应包括地温热位差、洞口超静压差等自然风因素对公路隧道通风系统的贡献作用。深竖井公路隧道火灾时期的防灾救灾通风亦是通风设计和通风计算所关注的重点，火灾高温烟气在深竖井内会产生很强的火灾风压，本文建立了公路隧道火灾风压随通风速度等因素而变化的动态通风网络火灾模型，可较好的实现隧道火灾时期，火灾发生点节流效应、火灾污染区浮力效应等火灾区段风压的动态模拟。本文在系统研究公路隧道通风技术特点的基础上，建立了包含自然风阻模型、交通风压模型、轴流风机模型、公路隧道射流风机模型、汽车交通风压模型、动态火风压模型等6个专用模型的公路隧道通风网络整体模型，并开发编制了公路隧道复杂通风网络仿真分析应用程序。该程序采用VisualBasic语言编写，包括3大功能，可分别实现运营通风网络分风计算(正向解算)、运营通风网络风机配置计算(反向解算)及火灾工况模拟计算等。程序具有很强的数据跟踪和纠错功能。本文将研编的通风网络计算程序应用于秦岭终南山特长公路隧道运营通风技术研究，为该隧道的通风系统设计和方案比选与决策提供了有力支撑。此外，对甘肃新七道梁公路隧道通风系统及湖南雪峰山公路隧道运营通风与防灾减灾技术的分析中，该程序较为完善的功能和可操作性也为其提供了良好平台。为获取通风计算和通风设计所需的基础资料与基础数据，研究复杂通风系统的参数问题，本文针对秦岭终南山特长公路隧道的工程实际情况，对深埋多竖井隧道内气温变化及其分布规律、隧道两端洞口气候变化差异以及部分喷射混凝土作为隧道永久衬砌区段的通风沿程阻力系数λ等进行了较大规模的现场测试，为通风计算和设计提供了有力保障。本文还利用计算流体动力学(CFD)数值仿真技术，进行竖井送排风口的局部通风三维仿真分析，验证了本文建立的送排风口局部网络模型的正确性。最后，对开发出的公路隧道复杂通风网络计算程序进行了算例验证，将网络程序解算结果与《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)规定的常规计算方法结果进行比较，证实了计算程序的可靠性。进而利用程序正向解算的分风计算功能，对秦岭终南山公路隧道不同交通量条件、不同车速条件、双向行驶条件等工况进行了计算分析，表现了该程序较为全面的分析功能。
作者：	仇玉良
专业：	道路与铁道工程
导师：	谢永利
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文