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在建特长隧道洞内CO气体分布规律及防控对策研究

作 者: 张聪
导 师: 刘敦文
学 校: 中南大学
专 业: 安全技术及工程
关键词: 隧道工程 环境评价 监测分析 数值模拟 CFK
分类号: U453.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 24次
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内容摘要


我国为多山之国,丘陵与山地面积占国土总面积约三分之二,因此公路交通工程在修建中大多需使用隧道技术,特长隧道的出现也就更加频繁化。针对隧道掘进距离很长时的作业环境问题,开展了洞内CO气体分布规律及防控措施研究,采用理论分析、现场测试和数值模拟方法相结合,取得主要研究成果如下:(1)在分析隧道施工环境质量影响因素的基础上,选取粉尘浓度、CO浓度、环境噪声、环境震动、热环境和光环境6项评价指标,建立了隧道施工环境质量评价指标体系,运用博弈论计算权重,结合可拓学理论,构建了隧道施工环境可拓评估模型。对某隧道工程实际,应用该模型评价了隧道施工环境。评价模型能客观地反应施工环境状况。(2)针对隧道通风过程风流流场的复杂性和CO浓度分布的不确定性等特征,建立了数值分析模型,运用计算流体力学软件Fluent进行了爆破后有害气体扩散和出碴过程工作区有害气体浓度场分布规律的研究。可归纳为:掌子面前的涡流区对于CO气体的有效扩散起滞留作用,涡流区中央位置存在CO浓度峰值。CO气体沿隧道排出过程可视为“运移”和“扩散”的叠加。将数值模拟结果与现场监测数据进行对比分析,验证了模拟的有效性。(3)以隧道通风时间为表征因子,选取其影响因子设计正交试验,通过试验结果分析各因素的重要性并给与优化建议,用于出碴过程进行模拟验证,CO浓度降低至一半以下。(4)针对空气环境质量较差的工序,将数值模拟结果应用于CFK方程,以定量预测达到血液COHb危险浓度的连续工作时间。为制定隧道出碴过程的通风管理措施提供理论依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪述  10-20
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 隧道发展现状  10-11
    1.1.2 隧道施工环境分析  11-12
  1.2 隧道有害气体研究情况和环境卫生标准  12-16
    1.2.1 国外环境卫生标准发展现状  12-13
    1.2.2 国内环境卫生标准发展现状  13-15
    1.2.3 国内外环境卫生标准比较  15-16
  1.3 隧道通风数值模拟和理论研究现状  16-18
  1.4 研究目的  18
  1.5 技术路线和研究内容  18-20
    1.5.1 研究技术路线  18-19
    1.5.2 研究内容  19-20
2 特长隧道施工过程通风及环境综合评价  20-38
  2.1 特长隧道施工通风技术  20-24
    2.1.1 隧道施工通风目的与原则  20
    2.1.2 隧道施工的通风方式  20-22
    2.1.3 隧道施工的风量计算  22-24
  2.2 某隧道工程概况  24-27
    2.2.1 建设规模  25
    2.2.2 技术标准  25
    2.2.3 项目环境  25-26
    2.2.4 隧道环境保护设计  26-27
  2.3 隧道施工环境评价模型的建立  27-31
    2.3.1 评价方法的选取  27-29
    2.3.2 可拓评价流程  29-31
  2.4 隧道施工环境评价  31-35
    2.4.1 影响因素分析  31-32
    2.4.2 评价等级分类与指标赋值  32-33
    2.4.3 评价指标和数据归一化处理  33-34
    2.4.4 权重值的确定  34-35
  2.5 隧道施工过程环境质量评估结果与分析  35-36
  2.6 本章小结  36-38
3 特长隧道施工过程通风数值模拟基础理论  38-49
  3.1 计算流体力学理论(CFD)  38-39
    3.1.1 计算流体力学基本思想和本质  38
    3.1.2 计算流体力学(CFD)的特点  38-39
  3.2 流体力学及空气动力学基本理论  39-45
    3.2.1 流体的分类  39-41
    3.2.2 计算流体动力学控制方程  41-44
    3.2.3 隧道施工压入式通风流场模型选择  44-45
  3.3 计算流体力学的数值模拟求解过程  45-48
    3.3.1 Fluent基本求解过程  45-47
    3.3.2 隧道边界条件的基本设定  47-48
  3.4 本文数值模拟路线  48
  3.5 本章小结  48-49
4 隧道通风及有害气体分布规律数值模拟研究  49-73
  4.1 隧道施工有害气体监测研究  49-50
    4.1.1 监测目的  49-50
    4.1.2 监测方案  50
  4.2 隧道基本通风情况  50-52
  4.3 隧道爆破通风数值模拟  52-66
    4.3.1 物理模型的建立  52-53
    4.3.2 基本假设  53
    4.3.3 初始条件  53-54
    4.3.4 边界条件  54
    4.3.5 计算求解及模拟结果分析  54-65
    4.3.6 监测结果对比验证分析  65-66
  4.4 隧道出碴过程通风数值模拟  66-72
    4.4.1 物理模型的构建  67
    4.4.2 基本假设、边界条件及初始条件  67-68
    4.4.3 计算求解及模拟结果分析  68-71
    4.4.4 检测结果对比验证  71-72
  4.5 本章小结  72-73
5 隧道施工过程优化及CO有害气体防控对策研究  73-91
  5.1 隧道施工通风效率优化方案  73-84
    5.1.1 通风效率的正交优化  73-82
    5.1.2 出碴过程模拟优化验证  82-84
  5.2 隧道施工过程控制方案  84-87
    5.2.1 COHb浓度对健康安全的影响  85
    5.2.2 血液中COHb浓度方—CFK方程  85-86
    5.2.3 方程解算和施工控制方案分析  86-87
  5.3 隧道施工CO防控对策研究  87-89
    5.3.1 CO气体预防减排措施  87-88
    5.3.2 CO气体控制措施  88-89
  5.4 本章小结  89-91
6 结论及展望  91-94
  6.1 结论  91-92
  6.2 本文创新点  92
  6.3 展望  92-94
参考文献  94-99
攻读硕士学位期间的研究成果  99-100
致谢  100

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道建筑物与设备 > 通风、通风设备
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