公路隧道竖井马头门区域通风优化分析.pdf

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1、2016年第3期广东公路交通GuangdongHighwayCommunications总第144期文章编号：1671—7619(2016)03—0051—05公路隧道竖井马头门区域通风优化分析温玉辉，李国安(广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广州510507)摘要：对公路隧道纵向排送通风方式中竖井马头门区域进行通风优化分析。分析表明，传统的通风设计中将之等同于等断面90。均匀拐弯进行取值的方法存在较大误差，应引起隧道通风工程界的重视。研究表明对马头门区域应同时采取结构优化和加设导流板的辅助措施；导流板数目并不是设置越多越好，设置过多的导流板

2、对通风断面形成阻滞反而加大了风阻损失。只有设置合理数目的导流板，才能有效减少风阻。相关研究结论可供公路隧道通风设计计算参考。关键词：隧道工程；局部压力损失系数；理论分析；数值计算中图分类号：U453．5文献标识码：B0引言采用竖井纵向排送通风方案的特长公路隧道土建工程一般均涉及到联络通风道与竖井底部的连接问题。工程界将联络通风道与竖井底部连接部分形象地称为“马头门”(为简便计，后文也称之为“马头门”)。马头门简图如图1。图l竖”与驳络风道连接但竖井马头门处的通风效果，局部风压损失，排风马头门与送风马头门通风效果是否有差别，具体差别，国内目前尚未有

3、公开的研究成果。根据国内多座特长公路隧道通风土建工程设计情况，马头门处的设计多属于变断面不规则、大角度(一般均为90。)连接，但在通风计算中其局部通风压力损失系数的取值一般均参考《公路隧道通风设计细则》(JTG／TD70／2—02—2014)附录表格(该表格与1999年版本《公路隧道通风照明设计规范》一致)，这是不合理的。其主要原因在于现行《公路隧道通风设计细则》(JTG／TD70／2—02—2014)附录表格的大角度拐弯局部损失系数是基于均匀、规则断面计算(或试验)得出的，而对于变断面、大角度连接的马头门，其局部压力损失包含局部突扩(突缩)和大

4、角度拐弯，而众多计算表明，该两种组合产生的压力损失并不是简单的线性叠加关系。因此如果按其给定的数值进行通风设计计算势必造成误差，且无法满足通风设计优化的需要，有必要对其进行深入分析研究。借助国际上通用的大型流体力学计算软件，本文基于“交通运输部与广东省重点公路勘察设计示范工程”广州至梧州高速公路石牙山特长公路隧道竖井工程设计，展开相关竖井马头门处通风优化分析研究工作。1送风马头门处通风优化分析送风马头门处初步设计三维模型如图2。一般对大角度拐弯(90。)风道的优化措施首先是采用导流板。而对于送风马头门这样的变断面几何复杂结构，设置导流板存在一定困

5、难。但从通风优化的角度考虑，可将其作为一种优化方案进行分析。作者简介：温玉辉(1979．1l一)，男，福建永泰人，工学硕士，高级工程师，注册土木工程师(岩土)，一级注册结构工程师，从事公路工程设计咨询工作。E—mail：pleiades@126．com·51·』“东公路交通总第144期1．1局部加设导流板优化分析在不改变送风马头门处土建结构的基础上。在拐弯处局部设置翼型导流板(由于几何结构所限，显然无法设置同心圆型导流板)。翼型导流板数目设置原则参考《公路隧道通风设计细则》(JTG／TD70／2—02—2014)附录要求。分别设置正常数目、减少数

6、目以及最少数目导流板叶片，建立三维模型(图3)。几何参数：送风竖井风道面积A．：13．8278m2。送风竖井风道长度L．：65m。送风竖井风道断面当量直径D。：3．405m。送风联络风道面积A，：16．085m2。送风联络风道长度己：50．5m。送风联络风道断面当量直径D：：3．911m。计算参数：空气密度：I．2047kg／m3。空气动力粘滞系数肛：1．817×10～Pa·s。送风竖井风道人口风速：12m／s。风道壁面绝对粗糙度A：0．001m。下游风道出口相对压强取为0。·52·根据流体力学能量守恒定律有如下公式：p¨¨ghl+PI+牮：p．

7、g．心+P2+半+△P(1)式(1)中，△P即为对应的送风马头门局部压力损失。同时流体势能视为不变、出口压强为0，则截取的断面1处的压强值P，等于马头门处局部压力损失与沿程压力损失之和。则有如下关系：Pl=f翩。号飞2+A。爰。号‘《+号‘遽一号Ⅵ2(2)进而可推出送风马头门局部压力损失系数计算公式：(3)进一步推导可得如下关系：r2f脚。号‘诟=P·一A’云+l’石Ai一1。号q2(4)Pl=(0．60235f局部一0．0411)。"；(5)在给定几何条件下的送风马头门局部压力损失系数为定值，则尸，与秽；成线性关系。通过截取截面l的计算结果可获

8、得P，值，再回归计算即可求得送风马头门局部压力损失系数f局部。得出如表1所示未经优化的送风马头门局部通风压力损失系数值。表1送风马头门局