曹正卯，楊其新，郭春

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高海拔地區(qū)鐵路隧道施工期有害氣體運移特性

曹正卯1, 2，楊其新1，郭春1

(1. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院交通隧道工程教育部重點實驗室，四川成都，610031;2. 招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，重慶，400067)

依托西格二線新關(guān)角隧道工程，基于關(guān)角隧道地區(qū)實測氣象資料，利用流體計算軟件FLUENT，采用三維?湍流非穩(wěn)態(tài)模型，對不同海拔高度地區(qū)鐵路隧道內(nèi)施工期有害氣體運移特性和質(zhì)量濃度分布規(guī)律進行數(shù)值模擬計算分析。研究結(jié)果表明：考慮濕度與不考慮濕度對空氣密度計算結(jié)果影響誤差為0.3 %左右，可以忽略不計；有害氣體在隧道內(nèi)向洞口運移的動態(tài)過程中，最高質(zhì)量濃度逐漸降低、體積逐漸增大，在隧道內(nèi)呈U型分布；隨著海拔高度增加，由于環(huán)境氣壓的影響，同一測點有害氣體質(zhì)量濃度隨海拔高度以指數(shù)形式增大，CO增加倍數(shù)可按=e/104進行計算，且達(dá)到容許質(zhì)量濃度的時間增加。

高海拔；鐵路隧道；施工通風(fēng)；有害氣體；數(shù)值模擬；運移特性

目前，長大隧道施工期間通風(fēng)往往成為影響隧道施工進度、施工安全的一項重要因素，與作業(yè)人員的健康密切相關(guān)，通常按照經(jīng)驗或根據(jù)規(guī)范進行通風(fēng)方案的制定[1?2]。對于隧道通風(fēng)問題的研究，國外起步較早，日本、挪威、瑞士、奧地利等國家針對隧道通風(fēng)進行了大量研究，但主要集中在對隧道運營期間通風(fēng)和地下礦井通風(fēng)的研究，對于隧道施工期的通風(fēng)研究相對較少[3?6]。我國隧道工程建設(shè)起步較晚，但隨著隧道工程事業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國已積累了豐富的工程經(jīng)驗，并取得了大量的科研成果。對于隧道施工通風(fēng)的研究主要集中在通風(fēng)流場特性、風(fēng)流組織、施工通風(fēng)技術(shù)以及施工通風(fēng)方案優(yōu)化等方面[7?9]。對于爆破后隧道內(nèi)污染物運移的研究，王曉玲等[10]建立了壓入式紊流高雷諾數(shù)?的數(shù)學(xué)模型，對隧道內(nèi)風(fēng)流組織和CO濃度分布規(guī)律進行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬；張靜等[11]利用三維非穩(wěn)態(tài)歐拉兩相流模型對隧道掌子面爆破后的通風(fēng)過程以及粉塵擴散進行了數(shù)值模擬；朱紅青等[12]通過對大斷面壓入式通風(fēng)風(fēng)管布設(shè)的不同形式進行了數(shù)值模擬，比較通風(fēng)20 min后CO的稀釋效果和通風(fēng)死區(qū)比例，得出風(fēng)管布設(shè)的最佳高度；鄧祥輝等[13]對施工階段隧道內(nèi)的CO擴散規(guī)律以及工作人員進洞安全時間進行了數(shù)值模擬研究；危寧等[14]對隧道施工期間污染物擴散進行理論分析，得出洞內(nèi)不同通風(fēng)量情況下的通風(fēng)效果；劉釗春等[15]利用有限元分析軟件ADINA對壓入式通風(fēng)情況下渦流區(qū)對有害氣體的影響進行了數(shù)值模擬研究。從國內(nèi)外的研究成果可以看出，對于施工期間有害氣體的研究基本上針對平原地區(qū)的隧道，而對于高海拔地區(qū)隧道內(nèi)污染物運移規(guī)律的研究極少。在高海拔地區(qū)，由于海拔的增加，環(huán)境特點改變，如空氣密度減小、氣壓及溫度降低，相對于低海拔地區(qū)的施工通風(fēng)顯得更加重要。本文作者依托西格二線新關(guān)角隧道實際情況，針對不同海拔高度，考慮大氣壓力、環(huán)境溫度、空氣密度等影響因素對施工通風(fēng)期間有害氣體運移特性進行研究，為今后高海拔地區(qū)隧道施工通風(fēng)理論以及通風(fēng)方案的設(shè)計提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 關(guān)角隧道工程概況

西格二線新關(guān)角隧道位于海拔3 300 m以上的青藏鐵路西寧至格爾木段，全長32.645 km，是迄今為止世界上罕見的高海拔地區(qū)特長鐵路隧道。新關(guān)角隧道為線間距40 m雙洞單線隧道，進口段為8‰的上坡，在嶺脊以后為9.5‰的連續(xù)下坡。隧道通過地區(qū)屬青藏高原亞寒帶半干旱氣候區(qū)，存在如高寒、低氣壓、風(fēng)沙大、干旱等諸多不同于一般隧道地區(qū)的特點，隧道所在地區(qū)環(huán)境大氣壓力僅為海平面處大氣壓的60%~70%，空氣中氧氣含量僅為13%~16.5%。由于處于高原地區(qū)存在大氣壓力低、空氣密度小、低溫等因素影響，施工期間隧道內(nèi)有害氣體擴散相對于平原地區(qū)具有特殊性[16]。

2 高海拔地區(qū)環(huán)境特點

2.1 海拔高度對大氣壓力的影響

環(huán)境大氣壓在數(shù)值上為測試位置所在地區(qū)以上整個空氣柱的重力，在理想情況下，環(huán)境大氣壓力與海拔高度具有對應(yīng)關(guān)系，隨著海拔高度的不斷增加，大氣壓力逐漸減小，兩者具有非線性關(guān)系。海拔11 km以下地區(qū)大氣壓力通常按下式計算：

式中：p為海拔高處的大氣壓力，Pa；為海拔高度，m。

大氣壓力與海拔高度的關(guān)系如圖1所示。

圖1 不同海拔高度條件下大氣壓力

2.2 海拔高度對溫度的影響

環(huán)境溫度不僅與地理緯度變化的影響有關(guān)，而且受海拔高度增加的影響逐漸降低。

式中：t為海拔高度處的溫度，℃；A為相鄰氣象站的溫度，℃；t為溫度梯度，0.5~0.7 ℃/(100 m)；為海拔處與相鄰氣象站高程差，m。

2.3 海拔高度對空氣密度的影響

隧道內(nèi)外空氣的密度與隧道所處地區(qū)的大氣壓力、溫度以及濕度有關(guān)。

式中：為空氣密度，kg/m3；sat為飽和水蒸氣壓力，Pa；為相對濕度，%；為環(huán)境大氣壓，Pa；為環(huán)境溫度，℃。

為得到濕度對空氣密度的影響，對關(guān)角隧道氣象站所實測的數(shù)據(jù)進行分析，表1所示為根據(jù)關(guān)角隧道地區(qū)天峻氣象站(N37°18′E99°02′，3 417.1 m)實測數(shù)據(jù)進行空氣密度計算的部分結(jié)果。

從考慮濕度與不考慮濕度的計算可以看出：兩者計算結(jié)果誤差平均為0.3%左右，誤差小于0.5%，在計算中可以認(rèn)為空氣濕度對空氣密度的影響極小?？諝饷芏瓤砂聪率接嬎悖?/p>

3 數(shù)學(xué)模型

隧道內(nèi)有害氣體濃度隨通風(fēng)過程的進行隨時間變化，其稀釋及擴散的過程為非穩(wěn)態(tài)過程，本文采用三維非穩(wěn)態(tài)組分輸運模型進行求解，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)?雙方程模型，總體模型包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、組分輸運方程、能量耗散率方程以及湍動能方程[17]。

3.1 基本假設(shè)

1) 隧道施工通風(fēng)情況下，風(fēng)管出口風(fēng)速較大，但其馬赫數(shù)仍然小于0.3，可不考慮其壓縮性，通常認(rèn)為隧道內(nèi)風(fēng)流運動處于紊流流動狀態(tài)，因此，可以假定隧道內(nèi)空氣域流場為三維黏性的不可壓縮湍流場；

2) 假定壁面絕熱，忽略由黏性力做功引起的耗散熱；

3) 忽略洞內(nèi)其他設(shè)備及障礙物對流場的擾動，對洞內(nèi)交通風(fēng)及自然阻力的影響忽略不計。

表1 濕度對空氣密度計算結(jié)果的影響

3.2 控制方程

1) 連續(xù)性方程：

2) 動量方程：

(6)

其中：

3) 組分輸運方程：

(8)

4) 湍動能方程：

(10)

其中：

式中：u為x方向上空氣速度分量，m/s；為層流動力黏性系數(shù)，Pa?s；μ為紊流動力黏性系數(shù)，Pa?s；S為動量源項；μ為等效動力黏性系數(shù)，Pa?s；Y為質(zhì)量分率；為紊流動能，m2/s2；為紊流動能耗散率，m2/s3；G為紊流脈動動能產(chǎn)生項；1，2，，，σ和為經(jīng)驗常數(shù)，取值如下[18?19]：=0.09，1=1.44，2=1.92，=1.0，=1.33，=1.3。

4 模型建立與參數(shù)設(shè)定

4.1 模型建立及網(wǎng)格劃分

利用目前廣泛使用的大型計算流體動力學(xué)(CFD)有限元計算軟件FLUENT對不同工況進行三維數(shù)值模擬計算。前期利用專業(yè)CFD前處理建模軟件GAMBIT根據(jù)隧道基本參數(shù)進行橫斷面1:1計算模型建立，隧道長度取1 000 m，根據(jù)以往對風(fēng)管布設(shè)形式的研究成果[20]，對風(fēng)管布設(shè)位置如圖2所示，風(fēng)管出風(fēng)口距掌子面距離為20 m，

模型相關(guān)參數(shù)設(shè)置見表2。

圖2 隧道內(nèi)風(fēng)管布設(shè)位置簡圖

表2 計算模型參數(shù)

風(fēng)管出口處風(fēng)流速度和壓力梯度極大，對其附近網(wǎng)格進行適當(dāng)加密。根據(jù)非穩(wěn)態(tài)計算經(jīng)驗，并考慮到模擬計算的計算規(guī)模、穩(wěn)定性及收斂性，在進行模型網(wǎng)格劃分時采用規(guī)則的六面體網(wǎng)格，模型網(wǎng)格數(shù)總計約為40萬個，計算模型網(wǎng)格劃分如圖3所示。

(a) 橫斷面網(wǎng)格劃分；(b) 縱斷面網(wǎng)格劃分

4.2 邊界條件

根據(jù)分析，結(jié)合實際情況，對邊界條件設(shè)定如 下[21]。

1) 入口邊界條件：隧道內(nèi)風(fēng)管末端出風(fēng)口定義為速度入口邊界條件(velocity-inlet)，速度設(shè)定為= 20 m/s；紊流動能為

紊流動能耗散率為

(13)

式中：in為入口邊界紊流動能，m2/s2；in為入口邊界紊流動能耗散率，m2/s3；in，和m為試驗常數(shù)；為通風(fēng)管水力半徑。其中，=0.09，=0.005，m=0.03。

2) 出口邊界條件：隧道出口設(shè)定為壓力出口邊界條件(pressure-outlet)，根據(jù)不同海拔高度工況設(shè)定環(huán)境大氣壓力。

3) 壁面邊界條件：模型采用無滑移固壁邊界條件(wall)，并且考慮粗糙度影響的壁面函數(shù)[5]。

式中：U為近壁面網(wǎng)格點的速度，m/s；*為摩阻速度，m/s；y為網(wǎng)格點到壁面的距離，m；為卡門常數(shù)，取=0.42；為表征粗糙率的參數(shù)(=9.8)；c為壁面粗糙度常數(shù)；k+為壁面平均粗糙高度，m。根據(jù)“鐵路隧道運營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范”，壁面粗糙度常數(shù)取0.6，壁面平均粗糙高度取0.08 m。

4.3 初始條件

隧道爆破產(chǎn)生的有害氣體(主要為CO)初始質(zhì)量濃度按下式計算：

式中：為CO初始質(zhì)量濃度，kg/m3；為炸藥質(zhì)量，kg；為1 kg炸藥爆破產(chǎn)生的有害氣體質(zhì)量，kg；為炮煙拋擲帶長度，m，按15+G/5計算；為隧道開挖面積，m2。

隧道內(nèi)其余部分產(chǎn)生的有害氣體忽略不計，計算得CO初始質(zhì)量濃度為3 082 mg/m3。

4.4 工況設(shè)置

根據(jù)不同海拔高度對計算工況進行設(shè)置，具體工況設(shè)置情況如表3所示。

5 計算結(jié)果及分析

5.1 速度流場特性

由于風(fēng)管出風(fēng)口處風(fēng)流的射流作用，使得掌子面附近風(fēng)流分布情況較復(fù)雜，取隧道縱斷面=3.5 m處和水平剖面=6.0 m處流場進行分析，速度矢量如圖4所示。

表3 計算工況參數(shù)

(a) x=3.5 m平面；(b) y=6.0 m平面

風(fēng)流自風(fēng)管口射流運動過程中，射流體不斷吸卷周圍的空氣，隨著射流距離的增加，射流的范圍增大，但在隧道內(nèi)受到有限空間以及空氣回流的影響，使得射流的發(fā)展受到限制，射流體向外析出空氣，射流體的吸卷與析出有較明顯的分界面，此處出現(xiàn)了明顯的渦流。從圖4可以看出：射流過程中分為幾個明顯的區(qū)域，即附壁射流區(qū)、沖擊射流附壁區(qū)、回流區(qū)、渦流區(qū)、穩(wěn)定區(qū)[7]。風(fēng)管中的風(fēng)流自風(fēng)管出口射向掌子面，由于有限空間的限制，風(fēng)流受到阻礙，由隧道另一側(cè)回流，一部分回流的空氣在到達(dá)風(fēng)管出風(fēng)口附近時，受射流體的吸卷作用又流向掌子面，形成1個風(fēng)流旋渦，即渦流區(qū)。由于渦流區(qū)的存在，對掌子面附近的有害氣體排出有不利影響，部分有害氣體在渦流區(qū)循環(huán)流動，需較長的時間稀釋和排出。

圖5所示為隧道內(nèi)不同高度處沿程風(fēng)速分布。

1—隧道底部y=1 m；2—隧道中部y=5 m；3—隧道頂部y=10 m。

從圖5可以看出：隧道內(nèi)1 m高度處及10 m高度處風(fēng)速在距掌子面50 m處急劇降低，在距掌子面150 m之后風(fēng)速基本趨于平穩(wěn)，隧道中部風(fēng)速最大，風(fēng)速穩(wěn)定在0.72 m/s左右；隧道頂部風(fēng)速最小，穩(wěn)定段風(fēng)速為0.46 m/s左右。距離掌子面越近，洞內(nèi)風(fēng)速波動越大，距掌子面超過150 m以后，風(fēng)速基本趨于穩(wěn)定，風(fēng)流處于穩(wěn)定區(qū)。在風(fēng)流穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，風(fēng)速分布情況為隧道中部風(fēng)速大，距隧道壁越近的區(qū)域風(fēng)速越小，這與流體力學(xué)的基本理論是完全一致的。

5.2 CO運移特性

隧道內(nèi)CO質(zhì)量濃度分布特性與隧道內(nèi)流場分布、壓力場分布等密切相關(guān)。以工況一計算結(jié)果對CO運移特性進行分析。圖6所示為隧道爆破后通風(fēng)6 min內(nèi)掌子面附近隧道中心線縱向剖面=0 m處CO質(zhì)量濃度分布云圖。在進行通風(fēng)1 min后，由于風(fēng)流的稀釋和壓力作用，將洞內(nèi)CO向外排出。從圖6可以看到：由于渦流區(qū)的存在，渦流區(qū)內(nèi)CO質(zhì)量濃度明顯偏高。隨著通風(fēng)時間的增加，CO不斷被稀釋，并朝隧道洞口移動，隧道內(nèi)CO最高質(zhì)量濃度不斷減小，含有CO的空氣體積不斷膨脹。隧道中部CO排出速度較快，靠近隧道壁附近的CO排出速度較慢，在隧道內(nèi)呈U形分布。

時間/min: (a) 1; (b) 2; (c) 3; (d) 4; (e) 5; (f) 6

圖7所示為隧道內(nèi)呼吸帶高度CO質(zhì)量濃度分布。以隧道中心縱斷面人體平均呼吸高度=1.6 m處CO質(zhì)量濃度分布進行研究，考察通風(fēng)時間1，5，10，20和30 min時隧道內(nèi)CO質(zhì)量濃度分布情況。從圖7可以看出：通風(fēng)不同時刻的CO質(zhì)量濃度分布有以下規(guī)律。通風(fēng)1 min時，CO質(zhì)量濃度最大值處于回流區(qū)范圍；隨著時間的推移，監(jiān)測點CO質(zhì)量濃度最大值逐漸減小，充斥CO的空氣團由于風(fēng)流的作用不斷向隧道洞口移動；通風(fēng)時間的增加使得CO氣團體積不斷膨脹，其跨度不斷變大。

時間/min：1—1；2—5；3—10；4—20；5—30。

圖8所示為=5 min和=10 min時CO空氣團所在區(qū)段隧道橫斷面的CO質(zhì)量濃度分布云圖。由圖8可以看出：開始進行通風(fēng)后，=10 min時隧道內(nèi)的CO質(zhì)量濃度峰值較=5 min時CO質(zhì)量濃度峰值低，CO氣團分布跨度較=5 min時CO氣團分布跨度長。CO氣團區(qū)域隧道中部與隧道壁附近CO質(zhì)量濃度分布有明顯的差異。圖9所示為爆破通風(fēng)10 min時隧道內(nèi)CO質(zhì)量濃度分布情況。

從圖9可以看出：由于相同條件下CO密度比空氣稍輕，觀察CO空氣團運移較穩(wěn)定的=10 min時隧道中心縱斷面監(jiān)測點CO質(zhì)量濃度分布，人體呼吸高度=1.6 m處CO峰值較隧道中部(=5 m)和隧道頂部(=10 m)處低，隧道頂部(=10 m)處CO質(zhì)量濃度峰值最大。

時間/min：(a) 5；(b) 10

y/m：1—1.6；2—5；3—10。

5.3 海拔高度對CO質(zhì)量濃度分布的影響

由于通風(fēng)初期CO氣團距掌子面較近，受回流區(qū)及渦流區(qū)的影響較大，取=10 min時CO運移較穩(wěn)定的階段對不同海拔高度情況下CO在隧道內(nèi)的分布規(guī)律進行研究。本文僅討論隧道中心縱斷面人體呼吸高度=1.6 m處CO質(zhì)量濃度分布。

由于海拔高度的增加，各種環(huán)境因素(大氣壓力、空氣密度、環(huán)境溫度等)變化綜合作用引起隧道內(nèi)CO質(zhì)量濃度分布的差異，其中大氣壓力的變化為最主要的因素。洞內(nèi)靜壓分布隨海拔高度的不同而變化，而靜壓在稀釋和排出有害氣體方面起著關(guān)鍵性的作用。

圖10所示為通風(fēng)后，=10 min時隧道內(nèi)部分測點在不同工況下的CO質(zhì)量濃度變化。從圖10可以看出：隧道內(nèi)同一測點在其他條件不變的情況下，當(dāng)海拔高度升高時，CO質(zhì)量濃度有所升高。

為探明CO質(zhì)量濃度隨海拔高度升高的增加程度，在CO氣團分布區(qū)域從=200 m 至=400 m每10 m取一測點計算CO質(zhì)量濃度相對于海拔0 m時的增加倍數(shù)，計算結(jié)果如表4所示。

觀察表4中方向各測點變化，海拔高度較低時，CO質(zhì)量濃度增加較少，隨著海拔高度增加，CO質(zhì)量濃度增加幅度增大，兩者呈非線性增長關(guān)系。對不同測點CO質(zhì)量濃度增加倍數(shù)取平均值，得到如圖11所示關(guān)系曲線。

z/m：1—250；2—300；3—350；4—400；5—450。

表4 不同海拔高度條件下CO質(zhì)量濃度增加倍數(shù)

注：為海拔高度。

圖11中曲線符合指數(shù)增長規(guī)律，定義系數(shù)為高海拔地區(qū)CO質(zhì)量濃度修正系數(shù)。經(jīng)擬合得任意海拔高度處CO質(zhì)量濃度相對于海拔0 m處增加倍數(shù)為

式中：為CO質(zhì)量濃度修正系數(shù)。

圖11 不同海拔高度CO質(zhì)量濃度變化

Fig. 11 CO mass concentration variations along with different altitudes

以隧道內(nèi)人體平均呼吸高度=1.6 m處距掌子面100和300 m處CO質(zhì)量濃度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的濃度限值所需時間，此處暫不考慮高海拔地區(qū)規(guī)范限值的變化，以規(guī)范中容許質(zhì)量濃度和工作質(zhì)量濃度作為判定標(biāo)準(zhǔn)。計算結(jié)果見表5。

由計算結(jié)果可以看出：海拔高度為0 m時，距掌子面100 m處CO質(zhì)量濃度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的容許質(zhì)量濃度所需時間為8.32 min；隨著海拔高度的增加，距掌子面100 m處CO質(zhì)量濃度達(dá)到容許質(zhì)量濃度的時間有所增加；在海拔7 000 m情況下需9.43 min，由于本次計算中邊界條件設(shè)定風(fēng)管出口風(fēng)速為20 m/s，隧道內(nèi)穩(wěn)定段平均風(fēng)速在0.5 m/s左右，測點在不同工況下達(dá)到容許質(zhì)量濃度的時間差異不明顯，若施工過程中洞內(nèi)風(fēng)速較小，則在不同海拔高度地區(qū)，洞內(nèi)CO質(zhì)量濃度達(dá)到容許質(zhì)量濃度的時間差異較大。因此，建議在高海拔隧道施工時，為了保證施工作業(yè)人員的身體健康和施工環(huán)境安全，爆破后工作人員進入洞內(nèi)的規(guī)定時間應(yīng)適當(dāng)延長。

表5 y=1.6 m處CO質(zhì)量濃度達(dá)到容許質(zhì)量濃度所需時間

6 結(jié)論

1) 濕度對高海拔地區(qū)空氣密度的計算結(jié)果影響誤差為0.3 %左右，即濕度對空氣密度的影響可以忽略不計，高海拔地區(qū)空氣密度可按=0.003 484/進行計算。

2) 隧道爆破后通風(fēng)過程中，掌子面附近風(fēng)流場渦流區(qū)的存在，使得此處CO排出需較長時間。

3) 隨著距掌子面距離的增加，風(fēng)流逐漸穩(wěn)定，由于風(fēng)流的稀釋和推動作用，CO氣團在向洞口運移的過程中，隧道內(nèi)CO最高質(zhì)量濃度逐漸減小，CO氣團體積逐漸增大并整體向洞口運動。隧道中部的CO排出速度較快，靠近隧道壁的CO排出速度較慢，整個CO氣團在隧道內(nèi)排出過程中呈現(xiàn)U型分布。

4) 隨著海拔高度的增加，環(huán)境條件的改變使得隧道內(nèi)CO質(zhì)量濃度升高，海拔高度的增加與CO質(zhì)量濃度分布大致呈指數(shù)分布，CO增加倍數(shù)可按=e/104進行計算。

5) 隨著海拔高度的增加，隧道內(nèi)同一位置CO質(zhì)量濃度達(dá)到容許質(zhì)量濃度的時間有所增加，建議在高海拔地區(qū)施工期間適當(dāng)延長通風(fēng)時間，以保護隧道內(nèi)施工作業(yè)人員身體健康和施工安全。

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(編輯 陳愛華)

Migration characteristics of poisonous gas during construction stage in railway tunnels at high altitude areas

CAO Zhengmao1, 2, YANG Qixin1, GUO Chun1

(1. Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Ministry of Education,School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2. China Merchants Chongqing Communications Research and Design Institute Co. Ltd., Chongqing 400067, China)

According to the measured meteorological data of new Guanjiao tunnel project located on Xining—Golmud railway, the migration characteristics and the regularity variation at different altitudes of poisonous gas concentration in railway tunnels during construction stage were simulated and analyzed with FLUENT through the three-dimensional?unsteady turbulent model. The results indicate that the influence of air humidity on the deviation of air density calculation results is about 0.3%, which is negligible. The peak concentration of poisonous gas decreases and the volume increases gradually in the dynamic processes of migration to the tunnel entrance, which is in U-shaped distribution in the tunnel. For the impact of environmental atmospheric pressure with the altitude increasing, the concentration of poisonous gas increases exponentially at the same measuring point. The increase in multiples of CO can be calculated by=e/104, and more time is required to reach the allowable concentration.

high altitude; railway tunnels; construction ventilation; poisonous gas; numerical simulation; migration characteristics

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.11.044

U25

A

1672?7207(2016)11?3948?10

2016?01?12；

2016?03?25

國家自然科學(xué)基金資助項目(51108384, 51478393)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金資助項目(SWJTU11ZT33, 2682014CX062)；教育部創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃項目(IRT0955)；中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目(2013T001)；鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2008G030-C)；重慶市基礎(chǔ)與前沿研究計劃項目(cstc2015jcyjBX0020) (Projects(51108384, 51478393) supported by the National Natural Science Foundation of China; Projects(SWJTU11ZT33, 2682014CX062) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Project(IRT0955) supported by the Program for Innovative Research Team in University of Ministry of Education of China; Project(2013T001) supported by the Science and Technology Research and Development Program of China Railway Corporation; Project(2008G030-C) supported by the Science and Technology Research and Development Program of Ministry of Railways of China; Project(cstc2015jcyjBX0020) supported by the Foundation and Frontier Research Program of Chongqing)

楊其新，教授，博士生導(dǎo)師，從事隧道及地下工程通風(fēng)與防災(zāi)、隧道及地下工程防排水理論研究；E-mail: yangqixin113@163.com