独头隧道钻爆法施工爆生气体扩散过程模拟.pdf

第37卷第1期 2020年3月 Vo l . 37 No . 1 Ma r. 2020 bMg do i 10. 3963/j. issn . 1001 - 487 X. 2020.01 ・ 019 独头隧道钻爆法施工爆生气体扩散过程模拟 1.武汉理工大学a .安全科学与应急管理学院;b.道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，武汉430070； 2.中铁五局集团有限公司，长沙550003 摘 要为研究隧道钻爆法施工产生的有害气体压入式通风效果，以我国成兰铁路跃龙门隧道工程为依 托，通过建立独头隧道内气体湍流流动与浓度扩散有限元模型，模拟风机出口风速13.2 m/s时，掌子面爆破 作业后爆生有害气体的扩散过程，研究了不同风管布设位置与施工方法下CO浓度场时空演化规律。研究 结果表明掌子面CO浓度随通风时间呈负指数下降,CO浓度在300 -900 s内到达浓度限值。对比各风管 布设位置，风管拱顶布设时通风效果最好，通风600 s内CO浓度可降低至浓度限值。对比各施工方法，台阶 法施工下通风350 s内CO浓度可降低至浓度限值，同时该隧道结构能够避免通风前期的CO滞留现象。 关键词压入式通风；风管布设；施工方法；CO浓度；扩散规律 中图分类号TU45 文献标识码A 文章编号1001 -487 X202001 -0126 - 08 Simulation of Diffusion Process of Harmful Gas Produced by Drill-blast Construction in One Ended Tunnel Z HU Ying-wei\ Z HANG Guang\HU Sh ao -h ua ,L UO Yil b ,PU Qing-so ng 1. a . S c ho o l o f S a fet y S c ien c e a n d Emergen c y Ma n a gemen t ； b. Hubei Key La bo ra t o ry o f Ro a dwa y Bridge a n d S t ruc t ura l En gin eerin g, Wuha n Un iversit y o f Tec hn o l o gy, Wuha n 43007 0 , Chin a ； 2. Chin a Ra il wa y Fift h Burea u Gro up Co Lt d, Cha n gsha 550003, Chin a Abstract To exp l o re t he fo rc ed ven t il a t io n effec t o f t he ha rmful ga s p ro duc ed by dril l -bl a st c o n st ruc t io n, a fin it e el emen t mo del is est a bl ished t o sho w ga s t urbul en t fl o w a n d c o n c en t ra t io n difl usio n in a o n e en ded t un n el, ba sed o n t he Yuel o n gmen t un n el p ro jec t o Chen gl a n ra il wa y in Chin a . When t he win d sp eed a t t he exit o f t he simul a t ed fa n is 13.2 m/s,t he difl usio n p ro c ess o f t he ha rmful ga s p ro duc ed by bl a st in g a t t he wo rk in g fa c e o f t he t un n el is simul a t ed. Mea n whil e, t he t emp o ra l a n d sp a t ia l evo l ut io n l a w o CO c o n c en t ra t io n fiel d fo r differen t p o sit io n s a n d exc a va t io n mo des o f t he a ir duc t is st udied. The resul t s sho w t ha t CO c o n c en t ra t io n a t t he wo rk in g fa c e dec rea sed n ega t ivel y wit h t he ven t il a t io n t ime,a n d t he CO c o n c en t ra t io n rea c hed t he c o n c en t ra t io n l imit wit hin 300 〜900 s. Co mp a rin g t he l a y o ut p o sit io n o ea c h a ir duc t, t he ven t il a t io n effec t is best when t he duc t a rc h is l a id, a n d t he CO c o n c en t ra t io n wit hin 600 s o f ven t il a t io n c a n be reduc ed t o t he c o n c en t ra t io n l imit . Co mp a rin g t he c o n st ruc t io n met ho ds, t he CO c o n c en t ra t io n in t he 350 s ven t il a t io n un der t he ben c h met ho d c a n be reduc ed t o t he c o n c en t ra t io n l imit . At t he sa me t ime, t he t un n el st ruc t ure c a n a vo id t he CO ret en t io n p hen o men o n in t he ea rl y st a ge o f ven t il a t io n . Key words fo rc ed ven t il a t io n ； ven t il a t io n l a y o ut; c o n st ruc t io n met ho d; CO c o n c en t ra t io n ； diffusio n l a w 第37卷第1期朱应伟，章 光,胡少华，等 独头隧道钻爆法施工爆生气体扩散过程模拟127 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有毒气体会导致施工人员窒息 甚至隧道爆炸⑷。因此，研究爆破施工后隧道内有 毒气体分布规律，对保障施工人员职业健康、施工安 全和工程进度具有重要意义⑵。 目前关于隧道内爆生有毒气体通风排出问题的 研究方法可分为现场实测、模型试验、理论分析与数 值模拟⑷。谭信荣等对钻爆法施工隧道空气质量 进行了现场测试，研究了隧道断面积，风管漏风率, 通风长度对净化空气质量所需要的通风时间影 响⑷。张欣等通过建立等比例隧道模型，得出了通 风段射流升压力变化对隧道内风量及风量分配的影 响规律⑸。杨立新基于PC-S TEL标准的风量计算 方法，研究了不同的通风方式下隧道钻爆排烟风量 计算方法冏。曹杨等对排烟时间影响因素进行灰 色关联度计算,计算得出了主要影响因素的敏感性 大小切。陈赞成等模拟了通风长度与风管出口距 掌子面距离下的炮烟扩散规律，并得到具体理论公 式同。张恒等基于隧道壁面粗糙条件对风流场的 影响，提出了壁面粗糙常数的计算公式⑼。 国内外学者研究表明通风长度、风管出口距掌 子面距离与隧道尺寸等对CO扩散有着明显的影 响。但其多数的研究是基于风管拱腰布设与全断面 法施工等常见的通风方式与施工方法下。由于跃龙 门隧道穿越山体断裂带，其地质条件与水文地质条 件复杂，现阶段采用的全断面法施工下的风管拱腰 布设通风已难以满足隧道内爆生气体的稀释需求， 而对于其他布设方式与施工方法下的通风问题，有 关的研究工作则相对不足。不同方式所导致的隧道 内部风流结构的差异性使得爆生有毒气体的扩散过 程与分布特性更难以预测购，所以有必要对不同布 设方式与施工方法下的通风规律进行深入研究,并 提出相应的优化措施。 收稿日期2019-10-21 作者简介朱应伟1995 -，男，安徽马鞍山人，硕士，研究方向为地 下空间内有害气体防治方面的流体动力学模拟,E-mail wuhtzywl995 163. como 通讯作者章 光1958 -，男，教授、博士，主要从事地下空间安全 技术方面的教学与研究,E-mail gzhang58 163. como 基金项目武汉理工大学自主创新研究项目2019 -zy-302；国家 自然科学青年基金项目51609184；国家自然科学基金 资助项目51779197 1独头隧道钻爆法施工压入式通风数 学模型 独头隧道钻爆法施工压入式通风问题属于流体 力学中典型的湍流流动问题，隧道内气流运动规律 服从Na vier-st o k es方程。该文假定如下①爆破前 隧道内原有空气不计入在内，有害气体来源仅为爆 生气体，且在掌子面均匀分布;②隧道内气体视为 三维黏性不可压缩气体;③隧道内温度恒定，隧道 壁面绝热，并忽略流体黏性力做功所引起的耗散热; ④忽略隧道内其他设备对流场的影响。基于上述 基本假定,隧道内气体流动与浓度扩散控制方程如 下M 1 连续性方程 並 0 1 式中P为气体密度阿为签方向上速度;t为通 风时间。 2 动量守恒方程 TPvivj _ 乎 叽 导2 d t d Xi J d Xi 1 3他 式中P为静压;％为粘性应力分量;人为i方向 上重力体积力与外部体积力。 3 能量守恒方程 鲁pT 右伽T Y和△怕S「 d t d xi J d xi \ cp d xi i 3 式中丁为温度;K为流体的传热系数;c”为比 热容;为粘性散耗项。 4 组分质量守恒方程 氏仏佥PM,訊久盘风］⑷ 式中C“为S组分质量浓度;2为该组分的扩 散系数。 为求解兀使方程组封闭,并计算处理隧道中出 现的高应变率及流线弯曲程度较大的湍流流动问 题，引入用VG2湍流模型 普M話p瓯話仏岭韵 G”十 5 詈如話屁总仏唏韵 C* 2 -y- C2ep y 6 式中s为有效粘性系数;G”为紊动能生产项; 128爆破2020年3月 k为湍流动能；为湍流耗散率;CT、C2”、a”、a”为 模型常数。 2有限元模型与计算工况 2.1有限元模型建立有限元模型建立 跃龙门隧道是成兰铁路穿越龙门山断裂带与千 佛山断裂带的控制性工程。其中3横洞HD3K0 148段横洞净空尺寸为7 .65 m宽x6.85 m高， 断面面积为47 .68 m2o该段具有巷道狭窄,独头掘 进长度长，通风压力大等特点，属于跃龙门隧道中的 典型工况。掌子面附近涌水量约800 m3/d,围岩以 炭质千枚岩为主，如图1所示。基于上述基本条件, 建立如图2所示的有限元模型。 图1 HD3KO 148段掌子面现场及围岩 Fig. 1 HD3K0 148 sec t io n o t he wo rk in g fa c e a n d surro un din g ro c k 图2独头隧道有限元模型 Fig. 2 On e en ded t un n el fin it e el emen t mo del 2.2初始条件与边界条件初始条件与边界条件 1初始条件 掌子面处有毒有害气体初设浓度。施工隧道爆 破作业完成后，由于使用的岩石乳化炸药爆破过程 属于化学变化，爆破后在掌子面附近会产生C0、 N0’等有毒有害气体，以及由爆炸波所引起的粉 尘氏］。由于该段隧道内湿度较大，除CO外其他物 质在隧道空间内易发生物理吸附或化学反应,为简 化模拟过程，采用CO稀释与排出情况来衡量隧道 通风效果。根据爆生气体抛掷经验公式，掌子面处 爆破产生的CO初始浓度可通过下式计算「⑶ 式中C为CO的初始浓度;G为爆破炸药用量, k g；6为每千克炸药产生的CO量,m3/k g； 15 G/5为爆生气体抛掷长度，即爆破后爆生气体弥漫 区域的长度,m；A为施工隧道断面面积,n 。 根据跃龙门隧道3横洞HD3K0 148爆破施 工方案，一次爆破施工炸药用量约为63 k g,炮烟抛 掷长度为27 .6 m,通过式7可计算出CO平均初 始浓度约为900 mg/m3o 2隧道边界条件 ① 隧道壁面设为标准固壁边界，壁面粗糙度函 数如下 AB -l n l CX 8 K 式中k为经验常数，取0.4；跃龙门隧道3横 洞已初次支护衬砌至HD3K0 148段，已衬砌支护 段壁面为均匀砂粒表面，粗糙常数取C” 0. 5,粗糙 颗粒高度取Kl s0. 09；未支护段壁面为裸露的岩石 表面z,粗糙常数取C2s 0. 7,粗糙颗粒高度取 K2s 0. 3o ② 风管进风口设为等速边界条件，掌子面配置 一台2 x200 k W型S DFB-6-No l 8通风机，可提供 的风量为5792 m3/min，半径R 0.15 m,出口风速 为 13.2 m/s。 ③ 隧道出口设为自由出口边界条件。隧道出口 压力为］a t m,除压力外所有流动参数法向梯度为0。 2.3工况设计工况设计 1 风管布设 依据铁路隧道工程施工技术指南TZ204- 2008，施工隧道压入式通风建议采用风管靠边拱 腰布设，可采用中央拱顶布设、隧道中部布设、拐角 布设。风管各布设方式见图3,其中为掌子面 处CO浓度监测点，监测时段为爆破后通风30 min 内掌子面附近CO浓度变化情况。 2 隧道施工方法 不同隧道施工方法对CO浓度的扩散也有很大 的影响。CO扩散除现阶段采用的全断面法施工外， 台阶施工法与下导洞超前施工法均适用于该段，台 阶法施工与下导洞超前法施工布置见图4和图5。 因此以全断面法、台阶法与下导洞超前法为例，讨论 风管靠边拱腰布设时，不同隧道施工方法对CO浓 度分布特性的影响。 3独头钻爆施工隧道压入式通风数值 模拟结果分析 3.1风管布设方式对风管布设方式对CO扩散规律的影响扩散规律的影响 如图6所示为掌子面A处CO通风扩散浓度 变化曲线。独头掘进隧道一次钻爆施工后,掌子面 第37卷第1期朱应伟，章 光,胡少华，等 独头隧道钻爆法施工爆生气体扩散过程模拟129 附近CO浓度变化可分为三个阶段。第一阶段通 风5 min ,CO在新鲜射流空气稀释作用下自掌子面 快速向隧道中部扩散，此时CO浓度下降最为迅速。 第二阶段通风5 15 min ,掌子面附近残余CO在 射流空气与隧道内部旋涡状风流作用下不断被稀 释，该期间内CO浓度下降速率不断减小，直至掌子 面CO浓度降低至标准限值。第三阶段通风 15 min后，掌子面附近残余极少量的CO,此阶段内 CO浓度下降速率逐步趋于0,直至掌子面附近CO 完全稀释排除干净。当风管布设在拱顶时,A处CO 浓度降低至标准限值所需的为588 s；而风管布设在 隧道中部、拱腰处与拐角处时，分别需要786 s、 847 s、7 38 s才可使CO浓度降低至标准限值。B处 CO浓度降低至标准限值所需的为511 s；而风管布 设在隧道中央、拱腰处与拐角处时，分别需要614 s、 742 s、87 9 s才可使CO浓度降低至标准限值。 拱顶中央 拐角 风管 进风口、______________/二 15 / 00 G k出风口 A B ■ 辺未开挖部分 CO监测点 图3全断面法施工与通风示意单位m Fig. 3 Ful l -sec t io n c o n st ruc t io n a n d ven t il a t io n un it m 进风口 风管 未开挖部分 图5下导洞超前法施工与通风示意单位m Fig. 5 Adva n c e bo t t o m hea din g t ec hn o l o gy c o n st ruc t io n a n d ven t il a t io n un it m 图4台阶法施工与通风示意单位m Fig. 4 Ben c h met ho d c o n st ruc t io n a n d ven t il a t io n un it m 00 00 o o 00 00 o o o o o o o o o o o o o o 8 6 4 8 6 4 00o00o 2 2 T-拱顶 亠拐角 *拱腰 T-中央 -标准限 20mg/m3 标准限值 20 mg/m3 120 100 80 60 40 20 6 8 10 12 14 16 通风时间/min o o o o o o o o o o o o o o o o o o 8 6 4 2 8 6 4 2 0 5 10 15 20 25 30 通风时间/min 0 5 10 15 20 25 30 通风时间/min UIUI M m M m 、赵髡 y y ui 迪旦、 髡 0 0 8 图6爆破后掌子面CO通风扩散浓度变化曲线 Fig. 6 CO ven t il a t io n diffusio n c o n c en t ra t io n c urve a t t he p o in t A a n d B o f t he fa c e a ft er bl a st in g 由于不同风管布设条件下掌子面CO浓度可在 900 s内达到标准限值20 mg/mj故以掌子面通风 300 s、600 s、900 s时隧道中轴面CO浓度分布情况 分析c o浓度场时空演化规律，如图7所示。 当风管布设在隧道近壁拱腰处如图7 a 、 图8a ,通风300 s时,CO主要富集在距掌子面 50-60 m处的空间内，距掌子面约70 m外空间内 无CO气体,但在距掌子面60 -7 0 m处的空间内 130爆破2020年3月 CO有向隧道底部沉降趋势。同时由于风管布设于 隧道一侧,在掌子面附近CO浓度分布不均匀。通 风600 s时,CO高浓度区域已迁徙至距掌子面95 85 m处的空间内，且主要分布在隧道上方，同时在 距掌子面85 -65 m出的空间内赋存的CO浓度差 异较大。通风900 s时，在距掌子面2 m前的空间 内的CO浓度已经低于20 mg/n ,满足隧道施工要 求。风管布设在隧道近壁拐角处时如图7 b、图 8b,通风后的前600 s内,CO赋存状态与近壁拱 腰布设时相似。通风900 s时，掌子面前25 m的空 间内已是安全区域。 in m3 I 784 699 丨614 i 529 445 360 10 20 30 40 5 274 通风 600 s J 190綁繳鱷 20 0 10 mg/m 通风300 614 门529 H 445 咽360 皿274 I 20 0 10 20 30 m 10 通风900 ⑻拱腰布设 a Arranged at the arch waist 60 通风300 s 70 80 90 100 m 10 通风900 s b拐角布设 b Arranged at the arch waist 通风600 m ;784 i 699 | 614 529 ；445 360 1 “74 mg/m1 784 699 Gy 10 2 3 40 立9 通风300 迪风600 通风900 2拱顶布设 c Arranged at the vault m 100 d中央布设 d Arranged at the center 逋风300 通风90 sI 19 通风60 s 图7爆破后隧道内CO通风扩散浓度变化云图 Fig. 7 Cl o ud ima ge o f CO ven t il a t io n difl usio n c o n c en t ra t io n c ha n ge a ft er bl a st in g 当风管布设在隧道近壁拱顶处如图7 c 、图 8c ,通风300 s时，由于射流空气在掌子面处运 动受阻，产生冲壁射流现象，导致在距掌子面约4 5 m的隧道中部空间内出现CO滞留，该区域内CO 浓度略高于四周其他空间内的CO浓度。其余空间 内CO赋存状态与近壁拱腰布设、近壁拐角布设相 似。通风600 s时，掌子距面约19 m空间已经属于 安全区范围。同时CO高浓度区域已迁徙至距掌子 面80 -90 m处的空间内。通风900 s时，掌子面前 40 m空间内CO浓度均小于20 mg/m3,此时CO浓 度最高处位于距隧道出口 4 10 m的底部空间内， 且最高浓度为504 mg/m3 o当风管布设在隧道中央 处如图7 d、8d。通风900 s内CO赋存状态 与近壁拱顶布设相似，但是由于风管与隧道拱顶的 间距较大，使得CO在拱顶处滞留时间较长,不利于 排出，当通风900 s时，隧道出口拱顶位置CO浓度 为644mg/n ,是隧道空间内最高浓度。 对比各风管布设方式下的CO浓度分部与变化 情况，由于CO密度略小于空气易聚积于隧道底部, 当风管布设在隧道近壁拱顶处时掌子面CO浓度降 低至标准限值所需时间最短，隧道内CO排出速率 最快,故将风管布置在此处,有利于隧道施工与施工 人员的职业健康。 3.2隧道施工方法对隧道施工方法对CO扩散特性的影响分析扩散特性的影响分析 图9所示为不同施工方法下掌子面4处CO浓 度变化情况，可知台阶法施工通风在326 s时A处 CO浓度降低至标准限值20 mg/m3,全断面法施工 与下导洞超前法施工通风则分别需要874 s、7 84 s 方可使CO浓度降低至标准限值。台阶法施工所需 通风时间短于全断面法施工与下导洞超前法施工, 是其上台阶段空间较小，造成风流对该段掌子面的 冲击更强，有利于掌子面附近CO的稀释排出。 对比全断面法施工与下导超前法施工通风,在 通风初始阶段两种施工方法A处CO浓度下降相 同，后因掌子面风流随着通风时间的增加不断涌入 下导超前段，使得下导超前法施工在部分通风时间 段内掌子面A处CO浓度下降趋势缓于全断面法, 在持续通风后下导超前段风流回流至掌子面，促进 了 4处CO的稀释，导致掌子面CO浓度下降趋势略 快于全断面法。 第37卷第1期朱应伟，章 光,胡少华，等 独头隧道钻爆法施工爆生气体扩散过程模拟131 10011001 隧道出口 掌子面 CO运动方向v 00 00 o o o o o o e ui * 旦、鰹髡 0 0 40 20 40 20 0 1*1 诵 风 300 s --通风 600 s T-通风900 s 滞留现象 0 20 40 60 80 100 距隧道出品距离/m a拱腰布设 a Arranged at the arch waist 1000 r隧道出口掌子面 CO运动方向V 800 - 1000 r隧道出口掌子面 CO运动方向V 800 - o o o o o o o o o o o o 6 4 2 6 4 2 UI * 旦、鰹髡 0 0 0 0000 Tl诵风300 s --通风 600 s t-通风900 s 滞留现象 0 20 40 60 80 100 距隧道出品距离/m b拐角布设 b Arranged at the arch waist UI 述日 、烈髡 0 u 601 o o o o 4 2 2 0 1*1 诵 风 300 s --通风 600 s T-通风900 s 0 20 40 60 80 100 距隧道出品距离/m c拱顶布设 c Arranged at the vault 隧道出口掌子面 CO运动方向V o o o o o o o o o o o o o o o o 8 6 4 2 8 6 4 2 ui ■ 旦、鰹嶷 0 0 0 Tl诵风300 s --通风 600 s t-通风900 s 0 20 40 60 80 100 距隧道出品距离/m d中央布设 d Arranged at the center 图8隧道“1.5 n i中轴线CO浓度变化曲线 Fig. 8 Tun n el z 1.5 m c en t ra l a xis CO c o n c en t ra t io n c urve 1000 8080 全断面法 台阶法 下导超前160 HI 迪目、 理 0 0 o o o o o o o o 6 4 6 4 20 20 ■标准陷 20 mg/i o o o o o o o o o o o o 2 0 8 6 4 2 2 0 8 6 4 2 E “ - 、悝烽 0 0 o o 通风时间/min 0 5 10 15 20 25 30 通风时间/min 图9爆破后掌子面人处CO通风扩散浓度变化曲线 Fig. 9 CO ven t il a t io n difl usio n c o n c en t ra t io n c urve a t t he p o in t A o f t he fa c e a ft er bl a st in g 图10所示为隧道施工方法对c o扩散特性的影 响。采用台阶法施工时如图10b,通风300 s时, CO主要富集在距掌子面50 -60 m处的空间内，且 CO最高浓度小于其他两种施工方法,同时上台阶掌 子面已出现安全区。通风600 s时，上台阶掌子面空 间的CO浓度已基本满足施工需求，但下台阶掌子面 c o浓度高于周边空间。通风900 S时,在上台阶掌子 面安全空间扩张较小，上台阶掌子面CO浓度有所降 低但任不满足施工需求。采用下导洞超前法施工时 如图10c ,通风前600内的CO赋存状态与全断 面法施工相似，但是在通风至900 s时，掌子面前 25 m空间的大部分区域内CO浓度低于20 mg/m3o 全断面法施工通风900 s后最高浓度为 476 mg/n ,台阶法施工与下导洞超前法施工则分 另为336 mg/m3 A420 mg/m3o对比三种施工方法, 台阶法施工使得下台阶掌子面空间存在稀释死区, 但隧道内的CO浓度整体低于全断面法施工。采用 下导洞超前法施工通风后期的掌子面空间大部分区 域内CO浓度低于20 mg/m3o综上所述，台阶法施 工通风对CO稀释效果最佳。 由于不同施工方法下的隧道空间结构不同，使 得隧道内风流结构发生改变，最终导致对掌子面CO 稀释效果的差异。因此，有必要对三种施工方法下 掌子面附近风流结构的差异性进行分析。由图10 可知，各施工方法下掌子面处CO赋存状态的差异 性是由掌子面前涡流所导致的。采用全断面法施工 132爆破2020年3月 时如图10a ,掌子面前27 m处存在涡流区, 使得通风前期掌子面前出现CO滞留现象。采用台 阶法施工时如图10b,射流空气冲击上台阶底 面后改变方向，其运动轨迹成抛物线状向隧道出口 处运动，导致下台阶出现稀释死区。采用下导洞超 前法施工时如图10c ，下导洞与掌子面前均有 涡流区，在通风阶段使得这两个部位附近都存在CO 滞留现象。 6 70 8} 90 100 通风600 s 涡流区 60 7 S0 90 100 丿 通风900 s 445 360 274 190 mg/m 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 10 通风600 s 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 通风900 s mg/m a全断面法施工 a Fun-section CGiistruetion 备台阶法施工 b Bench construction 0 .699„,529,.61,4 im 0 40 50 60 70 80 90 100 通风600 s 0 10 20 30 41 50 60 70 80 90 100 通风900 s ,7R4 699 529 614 445 360 274 1Q0 105 20 708090 □ M 100 1117 c下导洞超前法施工 c Advance bottom heading constniction 图10爆破后隧道通风c o扩散浓度变化云图与掌子面速度矢量图 Fig. 10 CO ven t il a t io n diffusio n c o n c en t ra t io n c ha n ge in t un n el a ft er bl a st in g c l o ud ma p a n d wo rk in g fa c e sp eed vec t o r 4结论 通过采用,对跃龙门隧道3横洞HD3K0 148 段爆钻施工后CO浓度变化及扩散特性进行了模 拟，得出的主要结论如下 1 基于湍流流动Na vier-st o k es方程和RNG k - 8湍流模型，建立了独头钻爆施工隧道压入式通风 计算模型;通过建立跃龙门隧道3横洞HD3KQ 148段有限元模型，实现了风管布设方式与隧道施 工方法下CO动态扩散模拟。 2 通过比较风管布设方式，当风管近壁布设 于隧道拱顶处的通风效果最佳。此时掌子面附近 CO在通风600 s内浓度降低至浓度限值。同时拱 顶布设时,CO更易聚集于隧道底部，使得隧道内CO 分布更为均匀，可以避免局部空间内CO滞留现象。 3通过比较隧道施工方法，当采用台阶法施工 下的隧道结构更利于隧道内的CO稀释排出。该方 法在通风350 s内上台阶掌子面CO浓度降低至标准 限值,且整个隧道空间内的CO浓度要低于相同通风 时段内的气体两种施工方法。此外采用全断面法施 工与下导洞超前法施工时，其产生的涡流区距掌子面 较近,不利于掌子面附近空间内的CO稀释。 参考文献参考文献References [1]于飞飞，张娜,张宪堂，等.水平层状岩隧道炮孔参数 第37卷第1期朱应伟，章 光,胡少华，等 独头隧道钻爆法施工爆生气体扩散过程模拟133 优化及爆破成形研究[J].爆破,2019,36163-69. 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