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钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟研究
汇报人：
2024-01-21
引言
隧道炮烟运移规律理论分析
数值模拟方法与模型建立
钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟结果分析
数值模拟结果与现场实测数据对比分析
结论与展望
引言
01
隧道工程在现代交通建设中占据重要地位，钻爆法作为一种常用的施工方法，其施工过程中产生的炮烟对工人健康和施工安全具有重要影响。
02
炮烟运移规律的研究有助于优化隧道通风设计，提高施工效率，保障工人健康，减少环境污染。
通过数值模拟方法，可以更加深入地了解炮烟在隧道内的运移过程，为隧道施工的安全管理提供科学依据。
02
国内外学者在隧道通风、炮烟扩散以及数值模拟等方面进行了大量研究，取得了一系列重要成果。
在隧道通风方面，研究主要集中在通风方式、通风量、通风时间等参数的优化设计上。
在炮烟扩散方面，已有研究涉及炮烟成分分析、扩散规律探讨以及危害性评价等内容。
在数值模拟方面，CFD（计算流体动力学）技术已被广泛应用于隧道通风和炮烟扩散的模拟研究中。
本研究旨在通过数值模拟方法，探究钻爆法施工隧道内炮烟的运移规律，并分析不同通风条件对炮烟运移的影响。
研究内容包括建立隧道模型和炮烟运移模型，设定边界条件和初始条件，进行数值模拟计算，并对模拟结果进行分析和讨论。
研究方法采用CFD数值模拟技术，结合现场实测数据和理论分析，对模拟结果进行验证和优化。同时，采用控制变量法对不同通风条件下的炮烟运移规律进行比较分析。
隧道炮烟运移规律理论分析
隧道内空气流动特性
01
隧道内空气流动受到隧道形状、壁面粗糙度、通风方式等因素的影响，呈现出复杂的流动特性。
02
压力分布与通风阻力
隧道内空气流动时，会产生压力分布和通风阻力，影响炮烟的运移和扩散。
03
空气涡流与湍流现象
在隧道内某些区域，由于空气流动的复杂性，可能会产生涡流和湍流现象，对炮烟运移产生影响。
炮烟成分与性质
炮烟成分复杂，包括有害气体、粉尘等，具有刺激性、毒性等性质。
炸药爆炸过程
炸药爆炸时产生高温、高压气体，迅速膨胀并向外扩散，形成炮烟。
炮烟扩散影响因素
炮烟扩散受到隧道通风条件、壁面吸附、温度等因素的影响。
质量守恒方程
描述炮烟在隧道内的质量守恒关系，即单位时间内流入和流出控制体的质量差等于控制体内质量的变化率。
动量守恒方程
描述炮烟在隧道内的动量守恒关系，即单位时间内流入和流出控制体的动量差等于控制体内动量的变化率。
能量守恒方程
描述炮烟在隧道内的能量守恒关系，即单位时间内流入和流出控制体的能量差等于控制体内能量的变化率。
湍流模型
针对隧道内可能出现的湍流现象，选择合适的湍流模型进行描述和模拟。
数值模拟方法与模型建立
将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域，通过泰勒级数展开等方法，将控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。
把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解，整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。
将求解区域划分为由一系列离散单元组成的集合体，单元之间通过边界相互连接，相互作用。通过对每个单元的受力分析和运动方程的建立，可以求解出整个系统的动态响应。
有限差分法
有限元法
离散元法
根据隧道断面形状、尺寸以及钻爆施工影响范围等因素确定计算域的大小和形状。
采用合适的网格类型和尺寸对计算域进行离散化，网格密度应根据计算精度和计算资源进行合理选择。对于重点关注的区域，如隧道断面附近，可以采用局部加密网格的方式提高计算精度。
计算域确定
网格划分
钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟结果分析
自然通风
在无机械通风的情况下，炮烟主要受到隧道内外温差和气压差的影响，呈现缓慢扩散的趋势。
机械通风
采用机械通风时，炮烟的运移速度和范围显著增加，通风效果与通风设备的性能密切相关。
混合通风
结合自然通风和机械通风的方式，能够更有效地控制炮烟的运移，降低隧道内炮烟浓度。
低风速
风速较低时，炮烟运移缓慢，容易在隧道内滞留和积聚，增加施工安全隐患。
中风速
适当提高风速有利于炮烟的快速排出，降低隧道内炮烟浓度，改善施工环境。
高风速
过高的风速可能导致炮烟在隧道内形成涡流和紊流，不利于炮烟的排出和施工人员的安全。
03
02
01
03
高浓度炮烟
高浓度炮烟对施工人员的安全构成严重威胁，必须采取强有力的通风措施和应急处理方案来保障施工安全。
01
低浓度炮烟
低浓度炮烟在通风良好的情况下能够迅速稀释和排出，对施工人员的影响较小。
02
中浓度炮烟
中浓度炮烟在隧道内滞留时间较长，需要采取一定的通风措施来降低其浓度。
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