引水隧洞施工通風(fēng)模擬分析與施工方案優(yōu)化研究.pdf

1、引水隧洞爆破開挖施工過程是極其復(fù)雜的，施工方案的優(yōu)化是一項重要的研究課題。施工期通風(fēng)問題是制約施工進度的重要因素，需要先進的理論方法對通風(fēng)過程進行計算分析，以達到制定合理施工組織方案的目的。本文融合水利水電工程科學(xué)、系統(tǒng)工程、地理信息系統(tǒng)和計算流體力學(xué)等多個交叉學(xué)科的先進理論方法與技術(shù)，提出了引水隧洞爆破開挖施工期通風(fēng)CFD數(shù)值模擬分析方法和基于通風(fēng)模擬的施工方案優(yōu)化技術(shù)。主要研究內(nèi)容如下： ⑴提出了基于CFD模擬的通風(fēng)參數(shù)確定

2、方法，建立了引水隧洞爆破開挖施工期通風(fēng)數(shù)學(xué)模型。采用數(shù)學(xué)模型解析的方法得到了定量的施工期通風(fēng)時間參數(shù)，克服了傳統(tǒng)分析中通風(fēng)時間參數(shù)依據(jù)定性工程類比和經(jīng)驗確定的弊端，為施工仿真和施工方案優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。 ⑵建立了基于k-ε模型的三維非穩(wěn)態(tài)擬單相流模型及三維非穩(wěn)態(tài)兩相流模型。在粉塵擴散模型的動量源項中考慮了相間曳力、升力和虛擬質(zhì)量力的作用，在CO運移模型的動量方程中考慮了浮力的影響。利用擬單相流模擬粉塵在開挖進尺為50m的引水隧

3、洞內(nèi)的遷移，其趨勢和速度與兩相流模型的模擬結(jié)果基本一致，通風(fēng)達標時間也接近。因此，本文采用擬單相流模型對引水隧洞爆破過程中粉塵擴散和CO運移進行模擬，對模型進行了可靠性分析。 ⑶提出了基于CFD通風(fēng)數(shù)值模擬的施工方案優(yōu)化技術(shù)。在CFD通風(fēng)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，集可視化仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計劃分析與優(yōu)化技術(shù)于一體，建立了引水隧洞爆破開挖施工全過程可視化動態(tài)仿真模型，為綜合分析施工工期、施工強度、交通運輸以及各工序之間的相互聯(lián)系和制約，進而進

4、行施工方案的優(yōu)化提供了有效的技術(shù)手段。 ⑷以某水電站引水隧洞爆破開挖施工期通風(fēng)為實例，模擬了不同開挖進尺的引水隧洞施工通風(fēng)過程，分析了風(fēng)流、風(fēng)壓、CO濃度分布和粉塵濃度分布規(guī)律，并采用數(shù)據(jù)擬合的方法得到通風(fēng)時間與開挖進尺之間的關(guān)系；基于優(yōu)化的通風(fēng)時間，應(yīng)用仿真技術(shù)深入研究了引水隧洞爆破開挖施工仿真與進度優(yōu)化，獲得了合理的施工工期、優(yōu)化的施工進度以及施工強度等重要參數(shù)；對施工方案進行了綜合優(yōu)化分析，有效提高了施工方案的可靠性和合理