兩河口長隧道獨頭掘進壓入式施工通風三維數(shù)值模擬

鄧祥輝，劉 釗，劉釗春

（1.長安大學 公路學院，西安 710064；2.西安工業(yè)大學 建工學院，西安 710032；3.國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，成都 610041；4.西安理工大學 水利水電學院，西安 710048）

兩河口長隧道獨頭掘進壓入式施工通風三維數(shù)值模擬

鄧祥輝1，2，劉 釗3，劉釗春4

（1.長安大學 公路學院，西安 710064；2.西安工業(yè)大學 建工學院，西安 710032；3.國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，成都 610041；4.西安理工大學 水利水電學院，西安 710048）

兩河口公路隧道埋深大且無條件修建斜豎井，只能獨頭掘進3 000余m，施工通風問題突出?；贑FD理論，對壓入式通風氣流運動采用三維紊態(tài)RNG k-ε湍流模型進行三維數(shù)值模擬，得到了施工期隧道內(nèi)流場和濃度場隨時間在洞內(nèi)的分布變化規(guī)律。研究表明，掌子面附近為回流區(qū)，風流結(jié)構(gòu)復雜，回流區(qū)以外風流分布逐漸穩(wěn)定；爆破后的有害氣團在隧道內(nèi)是一個動態(tài)“移動”和“擴散”的過程，這個過程中有害氣團從爆破掌子面逐漸擴散，并被稀釋和排出隧道。同時，在3種工況下，根據(jù)CO的進入濃度和允許濃度對工作人員的進洞時間進行了研究。

長隧道；壓入式通風；三維數(shù)值模擬；進洞時間

隨著西部大開發(fā)進程的加快，出現(xiàn)了很多特長公路隧道。而目前特長隧道施工通風往往僅根據(jù)規(guī)范和施工人員的經(jīng)驗進行施工通風［1］，效果很差，一旦措施不合理，對施工人員的身體危害很大。在特長公路隧道施工中，由于獨頭掘進和隧道長度的關(guān)系，如果等炮煙和其他有害氣體完全從隧道內(nèi)排放出去，則需要非常長的時間，會大大影響工程進度；如果選擇較短時間進入施工，則對施工人員危害很大。因此，解決特長隧道施工通風問題具有重要意義。

在公路隧道通風問題的研究中，其他國家開展相關(guān)研究較早，特別是瑞士、挪威、日本以及奧地利等國家，對公路隧道通風問題進行了大量研究［2－4］。但由于全真隧道通風的試驗費用非常高，所以在這方面取得的成果有限，大部分研究主要集中在計算機數(shù)值模擬領(lǐng)域。而且，研究方向主要在隧道建成后的運營通風［5－8］，對隧道施工階段的通風問題卻少有研究。在中國，相對于研究公路隧道運營通風，隧道施工通風研究非常少，而且研究成果主要集中在公路隧道縱向通風的影響因素、通風方式、有害氣體濃度分布規(guī)律以及縱向通風計算模型等方面［5－8］。對仿真試驗研究、隧道三維流場數(shù)值模擬等方面幾乎很少涉及［9－12］。

目前，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使隧道施工通風的三維數(shù)值分析、流場和濃度場動態(tài)變化研究成為可能。本文在總結(jié)和借鑒已有的公路隧道通風運營、施工通風的研究成果上［13－19］，采用大型有限元軟件ADINA中的CFD模塊對獨頭掘進的長隧道進行整條隧道有限元數(shù)值分析。

1 兩河口隧道工程概況

兩河口水電站交通工程1＃公路隧道位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)，1＃公路隧道全長5 855 m，隧道海拔高程3 000 m左右。隧道埋深大，不適宜修建豎井或斜井，做到長隧短打，只能獨頭掘進3 000余m，通風問題成為制約隧道快速掘進的瓶頸。

兩河口1＃公路二級公路，隧道內(nèi)輪廓為三圓心設(shè)計，隧道內(nèi)輪廓凈寬度為11.0 m，高7.3 m。隧道施工方法為全斷面開挖方法。隧道采用壓入式通風，通風管距地面3 m左右，風管直徑為1.8 m。爆破產(chǎn)生的主要氣體有：一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫和三硝基甲苯（TNT）等［20］。由于有害氣體中CO危害較大，在爆破前采用水幕降塵措施，使得爆破后氣體中主要剩下CO且濃度穩(wěn)定，因此，隧道施工通風中以CO濃度大小作為評判通風效果的依據(jù)。

2 隧道通風數(shù)值計算原理

采用有限元軟件ADINA中的CFD模塊對不同工況下整條隧道的通風進行數(shù)值模擬。隧道壓入式通風為貼壁受限射流，流場中存在射流、回流、滯流等氣體流動，因此，采用三維紊態(tài)RNG k-ε湍流模型進行分析。

2.1 基本假定

基本假定主要有以下3個方面：1）假定通風氣流為三維粘性不可壓縮流體；2）氣體流動不產(chǎn)生熱能耗散，忽略隧道壁的傳熱性；3）從已有成果來看，爆破后產(chǎn)生的有害氣體在稀釋和向洞外移動過程，主要取決于初始有害氣體量，而與初始分布關(guān)系不大，因此，假定通風前初始有害氣體均勻分散在出風口和掌子面之間。

2.2 數(shù)學模型

根據(jù)假定，隧道風流模型適用于Navier-stokes方程，并采用RNG k-ε紊流模型使方程組封閉。隧道內(nèi)空氣湍流流動和濃度擴散控制方程如下。

根據(jù)質(zhì)量、動量和能量守衡方程：

式中：ρ為空氣密度；μ為層流粘度；vi（i＝1，2，3）為速度矢量；Γ為濃度擴散系數(shù)；T為溫度；P為空氣壓力；k為溫度擴散系數(shù)；Si、ST、SC分別為動量守衡方程、能量守衡方程和濃度擴散方程的源項；c為濃度；C1ε，C2ε，Cμ，σε，σk為湍流項經(jīng)驗常數(shù)。

3 計算模型

分別對掘進500、1 000、2 000、3 130 m 4種情況進行模擬。建立隧道分析模型如圖1所示。

3.1 邊界條件

根據(jù)已有試驗和分析成果［20，22］，并結(jié)合實際情況設(shè)定邊界條件如下。

3）壁面邊界：采用無滑移固壁邊界條件，即Vi＝0。

圖1 3 130 m隧道整體模型

3.2 初始條件

隧道整體模型長度為3 130 m，如圖1所示。有限單元節(jié)點為110 924個，單元數(shù)為95 069個?？紤]到隧道中CO濃度在斷面不同位置和時間上的動態(tài)變化，為便于研究，在隧道斷面設(shè)AⅠ～AⅤ的分析控制點，這樣，某斷面CO濃度可以表示為5個控制點CO濃度的平均值。根據(jù)控制點的CO濃度，可以更好掌握CO濃度對施工人員的危害。

4 數(shù)值計算結(jié)果及分析討論

4.1 隧道流場分析

根據(jù)總結(jié)現(xiàn)有研究成果，隧道獨頭掘進中，風流變化規(guī)律在不同掘進距離規(guī)律大致相同［19］。因此，模型對隧道獨頭掘進時，掘進距離為3 130 m時進行重點分析。

在分析中，隧道內(nèi)流場很快穩(wěn)定，而且從洞口到掌子面流場穩(wěn)定所需的時間逐漸變短。圖2為洞口斷面平均風速隨時間的變化規(guī)律。洞口斷面風速在100 s后就已基本穩(wěn)定，洞內(nèi)其余部分的流場穩(wěn)定時間均小于100 s，在后面的分析中，可不考慮流場隨時間的變化，把濃度場隨時間的變化規(guī)律放在穩(wěn)定的流場中分析。

圖2 洞口斷面平均風速隨時間變化

根據(jù)其他研究成果和本模型計算結(jié)果，把隧道流場分為3個區(qū)域：回流區(qū)、回流影響區(qū)、穩(wěn)定區(qū)。

1）回流區(qū) 回流區(qū)位于掌子面到風筒出口附近。根據(jù)計算結(jié)果，截取掌子面附近Z＝3.8 m截面的流場矢量，如圖3所示。從圖中可見，從掌子面到風筒出口附近的風流形成一個漩渦。風流在射向掌子面后，折射后從隧道另一側(cè)返回，當其返回到風管出口附近時，部分風流受風管出口風流影響又流回掌子面，部分風流流出此回流區(qū)域。根據(jù)計算，回流區(qū)位于風管出口與掌子面之間，距離掌子面約18 m。圖4為回流區(qū)中心（X＝3 112 m）橫斷面風速分布圖，圖中G是風速為0的等風速線，此線基本與隧道斷面中線重合，其左側(cè)風速為流向掌子面方向，其右側(cè)風速為流向洞口方向。結(jié)合圖3、4，可知掌子面附近流場是一個以距掌子面18 m處橫斷面的中軸線為中心，以風管出口附近到掌子面為范圍的大漩渦。

圖3 掌子面附近斷面（Z＝3.8 m）流場方向

圖4 回流區(qū)中心橫斷面風速分布（單位：m／s）

2）回流影響區(qū) 根據(jù)分析結(jié)果，回流影響區(qū)為風筒出口附近到距離掌子面約300 m左右的一個區(qū)域。這個區(qū)域受回流區(qū)流場的影響，風速因斷面的位置不同而差異較大，并且規(guī)律性不明顯。圖5為隧道掘進至3 130 m工況下不同斷面和同一斷面不同高度的風速分布圖。從圖可見，距離掌子面越近，風速波動越大。當距離掌子面超過300 m，風速逐漸趨于穩(wěn)定。

圖5 3 130 m隧道內(nèi)風速分布

3）穩(wěn)定區(qū) 從圖5可見，距離掌子面300 m，風速區(qū)域穩(wěn)定。同時，風速在斷面的分布是中間大，逐漸向隧道側(cè)壁減小。這一規(guī)律，與流體力學理論完全一致。圖6為X＝1 000 m處橫斷面風速分布等值線圖，從距離掌子面約300 m以后各橫斷面風速分布均基本與此圖相同。

圖6 穩(wěn)定區(qū)橫斷面風速分布（單位：m／s）

4.2 CO濃度隨時間變化規(guī)律

根據(jù)前面對流場的研究，可以看出掌子面附近的回流區(qū)會阻礙有害氣體的排出。同時，風速中間大，周圍小的特點對有害氣體的排出也有一定的影響。下面僅對3 130 m情況下的規(guī)律進行研究。

隧道內(nèi)濃度場變化規(guī)律與流場分布規(guī)律密切相關(guān)，圖7、8分別為隧道掘進3 130 m時通風1 min和5 min時回流區(qū)（Z＝3.8 m）CO濃度場分布。從圖中可見，在距離掌子面18 m左右形成一個大漩渦，其中心CO濃度最高。并且中心處與流場的回流區(qū)中心重合。隨著時間的推移回流區(qū)CO濃度逐漸降低，梯度基本不變，但其回流區(qū)中心濃度大并向周圍逐漸減小的規(guī)律保持不變。

圖7 1 min時回流區(qū)（Z＝3.8 m）CO濃度分布（單位：mg／m3）

圖8 5 min時回流區(qū)CO濃度分布（單位：mg／m3）

圖9為隧道掘進3 130 m時不同時間整條隧道內(nèi)CO濃度分布。從圖中不同時間隧道內(nèi)CO濃度隨距離掌子面遠近呈現(xiàn)出以下規(guī)律：1）通風時間最短的5和9 min時，CO濃度的最大峰值剛好處于回流區(qū)范圍；2）隨著通風時間的變長，CO濃度的峰值明顯減小，CO氣團隨通風時間增加而整體向洞外移動；3）隨通風時間的增加，CO濃度的峰值降低并呈現(xiàn)出跨度逐漸變大的趨勢，這說明CO氣團整體在逐漸向隧道洞口移動和擴散。

圖9 掘進3 130 m時不同時間洞內(nèi)CO濃度分布

4.3 不同掘進距離CO濃度隨時間變化規(guī)律

在保證施工人員安全的情況下，加快施工進度是研究的一項重要內(nèi)容。規(guī)范規(guī)定施工時CO濃度為不得大于30 mg／m3，若情況特殊，則可以放寬到不超過100 mg／m3，但工作時間不能超過30 min［24］。本隧道屬于特長隧道，若等隧道內(nèi)CO濃度降到為30 mg／m3，需要很長時間，這對施工進度會造成很大影響。因此，可考慮以CO濃度降到100 mg／m3時進入隧道作為進洞時間來研究。

下面分別在掘進距離500、1 000、2 000、3 130 m等4種情況下，以CO的進入濃度（100 mg／m3，不得滯留超過30 min）和允許濃度（30 mg／m3）為標準對通風時間進行分析。

根據(jù)實際情況，掘進前1 500 m選取掌子面供風量3 000 m3／min計算，掘進1 500 m以后選取掌子面供風量4 500 m3／min計算。

圖10 掘進500 m時不同時間洞內(nèi)CO濃度分布

圖11 掘進1 000 m時不同時間洞內(nèi)CO濃度分布

圖12 掘進2 000 m時不同時間洞內(nèi)CO濃度分布

圖10～12以及圖9分別為隧道掘進500、1 000、2 000、3 130 m時洞內(nèi)CO濃度在不同時間的分布。圖中進入濃度取為100 mg／m3，安全濃度取為30 mg／m3。這4副圖的規(guī)律基本相同，與5.2中分析的掘進3 130 m時的基本規(guī)律相符，僅因條件不同具體數(shù)值不同。這4副圖通風5和9 min的曲線都有雙峰值，且第一個峰值影響范圍均約離掌子面40 m內(nèi)，這是由于4個模型均把風筒出口設(shè)在離掌子面35 m處，但由于前1 500和1 500 m以后掌子面供風量不同，掘進2 000 m和掘進3 130 m情況下，CO濃度第1個峰值的下降速度和第2個峰值的移動速度均明顯大于掘進500和1 000 m情況下的CO濃度相應(yīng)峰值的變化速度。圖10中可看出回流效應(yīng)的有效影響僅為十幾分鐘，而該條件下通風時間需二十多分鐘，掘進越深其相對影響時間就越短。所以，在較長隧道的通風散煙的數(shù)值模擬中對進洞時間的計算可不考慮回流效應(yīng)對有害氣體滯留作用的影響。

CO是隧道內(nèi)流場流體的組成部分，所以CO氣團的移動速度與風速有一定的關(guān)系。表1列出了在4種條件下CO濃度峰值移動速度和相應(yīng)節(jié)點的平均風速。

表1 風速與CO移動速度對照表

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，通風距離越長CO峰值移動速度就越接近于風速。根據(jù)該模型的計算原理，當不存在風流的紊動CO的移動速度就是風速。掌子面附近的回流效應(yīng)對CO的擴散有一定的影響，通風距離越長其相對影響就越小。所以，當通風距離較長時可近似認為CO峰值移動速度等于風速；當通風距離較短時需考慮掌子面附近的回流紊動區(qū)對通風時間的影響。

另外，圖9～12中曲線以及表中數(shù)據(jù)反映出，圖12基本可與圖10前2 000 m重合，風速也相等。圖11與圖10也有相同的關(guān)系。因此，在精度要求不是很高的情況下，工程人員可在3 130 m條件下的數(shù)值模擬圖中，分別在圖9中截取不同掘進距離的CO濃度，并進行推斷。

4.4 進洞時間及安全時間建議

進洞時間即為洞內(nèi)CO濃度降至進入濃度以下所需的時間，安全時間為洞內(nèi)CO濃度完全降至允許濃度之下所需的時間，回流區(qū)影響時間為回流區(qū)CO濃度峰值減小到30 mg／m3以下所用時間。

根據(jù)前文所述分析方法、邊界條件以及初始條件等，分別分析不同通風能力，在不同掘進距離條件下工作人員的進洞時間。具體的工況如下：1）工況1，掘進前1 500 m，供風量為3 000 m3／min，掘進1 500 m以后，供風量為4 500 m3／min；2）工況2，掘進前1 500 m，供風量為2 400 m3／min，掘進1 500 m以后，供風量為3 600 m3／min；3）工況3，掘進前1 500 m，供風量為3 600 m3／min，掘進1 500 m以后，供風量為5 400 m3／min。計算結(jié)果如表2所示。

在表2中，給出了不同通風能力，分別掘進500、1 000、2 000、3 130 m各情況下進洞時間、安全時間和回流區(qū)影響時間。施工人員可在計算進洞時間后進入工作面作業(yè)，此時，已過回流效應(yīng)的影響時間，對施工人員影響較小。同時，從表2中的時間差一項可以看出當隧道掘進距離越長時，掌握進洞時間對隧道快速施工的意義就更為明顯。

表2 各工況部分計算結(jié)果對比

在建模條件下，回流區(qū)影響時間只與掌子面供風量有關(guān)，掌子面供風量越大其影響時間就越短，回流區(qū)影響時間在較長的通風情況下與進洞時間相比相對越短，所以在較長隧道的通風中可不考慮此效應(yīng)。

5 結(jié)論

根據(jù)兩河口1＃公路隧道的實際情況和施工方法，建立了隧道掘進500、1 000、2 000和3 130 m等4種情況下隧道施工通風的模型，并對隧道流場分布和CO濃度變化規(guī)律進行了研究。通過研究掘進3 130 m工況下隧道內(nèi)流場及CO濃度場的變化，得出獨頭掘進隧道施工通風系統(tǒng)流場分布和濃度場變化的一般規(guī)律。對4種情況下CO濃度場隨時間變化規(guī)律進行對比，并對不同工況下施工人員合理的進洞時間進行分析。主要結(jié)論如下：

1）隧道獨頭掘進時，采用壓入式進行施工通風時，在距離掌子面18 m左右形成回流紊動區(qū)，范圍為距離掌子面40 m之內(nèi)；在距離掌子面40～300 m范圍為回流影響區(qū)；超過300 m，為流場穩(wěn)定區(qū)。同時，有害氣體團在逐漸向洞口移動的過程中發(fā)生擴散，中心濃度逐漸減小。

2）掌子面附近回流區(qū)對CO氣體排離掌子面有一定的阻滯作用，回流區(qū)中心形成一個CO濃度的局部峰值，CO濃度也以一個與回流區(qū)流場相似的漩渦狀從中心向周圍逐漸降低。在相同的隧道輪廓、相同的風管直徑以及相同的風管出口到掌子面距離的情況下，回流區(qū)對CO的阻滯時間僅與掌子面供風量有關(guān)，供風量越大，阻滯時間越短。在較長隧道的施工通風中回流區(qū)影響時間相對較短，可不考慮此效應(yīng)對進洞時間的影響。

3）CO氣體是隧道流場介質(zhì)的組成部分，其運動速度應(yīng)等于流場介質(zhì)的運動速度，但由于回流區(qū)對CO移動的阻滯作用，在通風距離較短時CO平均移動速度明顯小于風速，當通風距離較長時CO氣體移動速度可近似等于風速。

4）根據(jù)規(guī)范和具體施工條件，分析了3種工況下，獨頭隧道掘進500、1 000、2 000、3 130 m施工人員的進洞時間和安全時間。

［1］張恒，楊家松，高輝.錦屏隧道施工通風研究［J］.廣西水利發(fā)電，2008（5）：11-13.

Zhang H，Yang J S，Gao H.Study of Jinping tunnel construction ventilation［J］.Guangxi Water Resources＆ Hydropower Engineering，2008（5）：11-13.

［2］Rudin C.Fires in long ruilwuv lunnels-the ventilation concepts adopted in the alptransit projects ［C］／／10th International Symposium on the Aerodynamics Ventilation of Vehicle Tunnels，2000.

［3］Chow W K.Dispersion of carbon monoxide from a vehicular tunnel with the exit located along a hillside［J］.Tunneling and Underground Space Technology，1989，2（4）：231-234.

［4］Vardy A. On Semi-transverse ventilation systems［C］／／7thInternational Symposium on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels，1991：629-646.

［5］杜翠鳳，于明章，李懷宇.單條沿脈巷道通風網(wǎng)路炮煙運動分析及對策［J］.金屬礦山，2000，6（6）：40-42.

Du C F，Yu M Z，Li H Y.Analysis of the blasting fume movement in single strike drive ventilation net and the countermeasures［J］.Metal Mine，2000，6（6）：40-42.

［6］胡自林，彭立敏，劉勝利.中長公路隧道縱向通風計算模型［J］.湘潭礦業(yè)學院學報，2003，18（2）：34-37.

Hu Z L，Peng L M，Liu S L.Vertical ventilation calculating model for mid-long highway tunnels ［J］.Journal of Xiangtan Mining Institute，2003，18（2）：34-37.

［7］王永東，夏永旭.公路隧道縱向通風系統(tǒng)局部影響數(shù)據(jù)模擬［J］.西安公路交通大學學報，2001，21（4）：50-54.

Wang Y D，Xia Y X.Parts effect numerical simulation of longitudinal ventilation system of highway tunnel［J］.Journal of Xi'an Highway University，2001，21（4）：50-54.

［8］危寧，李力，王春燕.隧道施工通風中的有害氣體濃度變化分析［J］.三峽大學學報：自然科學版，2006，28（4）：324-327.

Wei N，Li L，Wang C Y.Analysis of harmful gas concentration variation in tunneling ventilation ［J］.Journal of China Three Gorges University：Natural Sciences，2006，28（4）：324-327.

［9］高輝，楊家松，陳壽根，等.錦屏輔助交通特長隧道爆破通風數(shù)值模擬［J］.公路遂道，2008（1）：10-13.

Gao H，Yang J S，Chen S G，et al.Long tunnel blasting ventilation numerical simulation of experimental traffic［J］.Highway Tunnel，2008（1）：10-13.

［10］劉釗春.獨頭掘進隧道施工通風數(shù)值模擬［D］.西安：西安理工大學，2010.

［11］劉釗春，柴軍瑞，賈曉梅，等.壓入式通風掘進面有害氣體濃度擴散數(shù)值模擬［J］.巖土力學，2009，12（30）：536-539.

Liu Z C，Chai J R，Jia X M，et al.Numerical simulation of concentration diffusion of harmful gas in heading face with forced ventilation［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，12（30）：536-539.

［12］陳衛(wèi)忠，郭小紅，曹傳林，等.公路分岔隧道循環(huán)風相互影響及其對策研究［J］.巖石力學與工程學報，2008，27（6）：1137-1147.

Chen W Z，Guo X H，Cao C L，et al.Research on interrelationship of exhaust air of highway forked tunnel and countermeasures ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（6）：1137-1147.

［13］趙海東.烏鞘嶺隧道輔助坑道對運營通風的影響及特長隧道定點防災(zāi)研究［D］.成都：西南交通大學.2009.

［14］Patankar S V，Spalding D B.A calculation procedure for heat， mass and momentum transfer in threedimensional parabolic flows［J］.International Journal of Heat and Mass Transfer，1972，15（15）：1787-1806.

［15］王洪德，林琳，趙軼.地鐵隧道火災(zāi)事故通風方式數(shù)值模擬［J］.遼寧工程技術(shù)大學學報：自然科學版，2010，29（2）：177-181.

Wang H D，Lin L，Zhao Y.Numerical simulation on ventilation modes in subway tunnel fire［J］.Journal of Liaoning Technical University：Natural Science，2010，29（2）：177-181.

［16］李炎鋒，朱濱，孫旋，等.利用大渦模擬研究地鐵區(qū)間火災(zāi)的煙氣擴散［J］.北京工業(yè)大學學報，2007，33（10）：1060-1065.

Li Y F，Zhu B，Sun X，et al.Study of fire smoke diffusion in subway tunnel by large eddy simulation［J］.Journal of Beijing University of Technology，2007，33（10）：1060-1065.

［17］Woodburn P J，Britter R E.CFD simulations of a tunnel fire-PartⅠ ［J］.Fire Safety Journal，1996，26：35-62.

［18］馬洪亮.基于區(qū)網(wǎng)藕合模擬的礦井通風系統(tǒng)抗災(zāi)能力分析［D］.北京：中國礦業(yè)大學，2008.

［19］Kunsch J P.Simple model for control of fire gases in a ventilated tunnel［J］.Fire Safety Journal，2002，37（1）：67-81.

［20］張國樞.通風安全學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000.

［21］趙彬，李先庭，彥啟森.入口紊亂參數(shù)對室內(nèi)空氣分布的影響研究［J］.建筑熱能通風空調(diào)，2000（1）：1-4.

Zhao B，Li X T，Yan Q S.Influence of turbulence parameters at supply opening on indoor air distibution［J］.Building Energy ＆ Environment，2000（1）：1-4.

［22］高建良，張生華.壓入式局部通風工作面風流分布數(shù)值模擬研究［J］.中國安全科學學報，2004，14（1）：93-96.

Gao J L，Zhang S H.Numerical simulation of airflow pattern at working face with forced auxiliary ventilation［J］.China Safety Science Journal，2004，14（1）：93-96.

［23］Nakayama S，Uchino K，Masahiro M.3 Dimensional flow measurement at heading face and application of CFD ［J］.The Mining and Materials Processing Institute of Japan，1996，112（9）：638-644.

［24］TB 10204—2002鐵路隧道施工規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2002.

（編輯 王秀玲）

3D Numerical Simulation on Forced Construction Ventilation of Long Single Head Tunnel of Lianghekou

Deng Xianghui1，2，Liu Zhao3，Liu Zhaochun4
（1.School of Highway，Chang'an University，Xi'an 710064，P.R.China；2.College of Civil and Architecture Engineering，Xi'an Technological University，Xi'an 710032，P.R.China；3.Daduhe Hydropower Development Co.，Ltd，Chengdu 610041，P.R.China；4.College of Hydroelectric Engineering，Xi'an University of Technology，Xi'an 710048，P.R.China）

There is no suitable condition to build any shaft（vertical or oblique shafts）due to the complex geological environment of Lianghekou.Furthermore，the tunnel has to be constructed blind heading.So the problem of ventilation is serious.Based on the theory of CFD，the wind current produced in forced ventilation is simulated by 3D RNG k-ε Turbulent Model，and then the Time-dependent Variation Rules of the flow field and the concentration field during the construction period are shown by numerical simulation of 3D.Results show that the backflow area which is located near the working face has the complex situation of wind current，and the air current distribution becomes stable gradually when it is far away from the backflow area.Meanwhile，the movement of the harmful air produced after blasting can be described as“moving”and“diffusing”.The result of moving makes the harmful air run out of the tunnel from working face.The result of diffusing makes the harmful air deliquated along with the process of moving.In addition，the time that the workers spend on getting into the tunnel has been studied according to the concentrations of CO （in and allowance concentrations respectively）.

long tunnel；forced ventilation；the 3D numerical simulation；entrance time

O319.56

A

1674-4764（2014）02-0035-07

10.11835／j.issn.1674-4764.2014.02.006

2013-06-25

國家自然科學基金（50579092）；交通部西部交通建設(shè)科技項目（2013318J12330）；陜西省教育廳自然科學基金（2010JK599）

鄧祥輝（1976-），男，副教授，博士（后），主要從事地下工程數(shù)值計算模擬研究，（E-mail）dh＿gl＠163.com。