一种U型隧道施工通风模拟试验平台的制作方法

本发明涉及隧道通风模拟领域，特别是一种u型隧道施工通风模拟试验平台。

背景技术：

1、随着隧道施工技术的不断发展，大量长距离、大直径隧道投入建设中，在此过程中，各种具有特殊结构的长、大隧道开始出现，u型隧道便是其中一种。在隧道的掘进工作中，其内部会出现大量粉尘、污染有毒气体，并伴随着高温、缺氧现象，这些因素使得施工环境非常恶劣，此外，施工隧道环境相对密闭，掌子面等关键部位不与外界直接接触。以上因素严重危害施工人员的身体健康和生命安全，并对施工进度产生负面影响。而隧道施工通风正是解决这系列问题的主要手段，良好的通风能将污染物顺利带离工作面，维持工作环境的安全。

2、施工隧道本身的坡度、掘进长度、特殊结构等因素都会对其内部通风流场存在影响，而只有探明各因素对通风流场的影响程度，研究其相互作用，才能更好地进行通风规划。通风规划中的重要参数之一是风筒出风口距掌子面的距离，关于前述因素的研究，可以得出其相互作用关系的结果。例如，通常正坡掘进，相比于负坡掘进，通风要求更高一些，可能需要风筒距掌子面更近的距离，而这种更近距离的最优具体参数却难以直接从实际工程中得出，故还需从其它手段来进行研究。得出上述因素对施工隧道内风流场的具体影响程度，从长期发展来说，有两方面的益处。从实际工程上来说，其可在具体工程中寻求通风布置的最优解，避免不必要的资源浪费，又能安全可靠地保障施工人员的人身安全。从理论研究来说，可为自然界中或是工程实际中同类型的末端封闭有限射流现象提供充实的依据，为理论发展奠定良好的基础。所以，施工通风作为决定隧道施工安全、保证工期如期完成的关键技术之一，应得到更多的关注。

技术实现思路

1、本发明解决现有技术的不足而提供一种用于研究u型隧道施工期间通风流场、通风参数的u型隧道施工通风模拟试验平台。

2、为实现上述目的，本发明首先提出了一种u型隧道施工通风模拟试验平台，包括主隧道和导风筒，所述主隧道的一端为封闭端、另一端为开口端，所述主隧道包括根据实际施工隧道长度、倾斜角度排布、且等比例缩放的下行段、水平段和上行段，下行段、水平段和上行段分别由多段u型隧道模型单元相互密封连接形成，下行段、水平段和上行段之间通过伸缩软管密封连接，所述主隧道内安装有与主隧道长度相匹配的导风筒，所述导风筒的进口设置在主隧道的开口端，所述导风筒的出口与主隧道封闭端之间设有间距a，所述导风筒的进口端与风机连接，所述主隧道内设有测量隧道内风速的多个等截面风速测量系统。

3、本实施方式中，每段u型隧道模型单元的底部铰接在高度可调支架的活动端上。

4、本实施方式中，u型隧道模型单元的两端设置有第一法兰，伸缩软管两端设置有与第一法兰相匹配的第二法兰，相邻u型隧道模型单元通过第一法兰直接连接或相邻u型隧道模型单元的第一法兰与伸缩软管两端的第二法兰密封连接。

5、本实施方式中，多个等截面风速测量系统沿主隧道的长度方向等距离安装在主隧道内。

6、本实施方式中，所述等截面风速测量系统包括皮托管、微差压变送器、采集卡及pc，微差压变送器安装在高度可调支架上，所述皮托管安装在u型隧道模型单元内，皮托管获取风压变化，将信号传输至微差压变送器，再经由采集卡输送至pc端，从而可在pc端对平台内流场变化进行实时监测。

7、本实施方式中，u型隧道模型单元采用镀锌铁皮管制作。

8、本实施方式中，主隧道封闭端所在的u型隧道模型单元采用pc透明耐力板制作。

9、本实施方式中，所述导风筒采用pvc三防布风筒。

10、由于采用上述结构，本发明具有以下有益效果：

11、1、本发明可通过改变主隧道长度、倾斜角度、风机风速，模拟实际施工隧道长度、隧道坡度及出风口风速，而且后续可以根据实际施工隧道的进度进一步来更改本发明主隧道的各个参数，来模拟实际施工的不同掘进阶段以及不同掘进坡度，从而得到不同隧道结构下的通风流场特性。

12、2、本发明通过由皮托管、微差压变送器、数据采集器、pc端及若干连接部分组成的数据采集系统，测得不同实验参数影响下的u型隧道通风流场特性，从而研究实际施工时产生的各种状况。

13、3、本发明可通过在模型封闭端加装污染物源，通过改变隧道结构及通风参数等实验变量，通过额外的气体浓度测量仪测得各实验参数下隧道模型内的排污效率，为实际工程作出参考。

14、4、本发明基于上述所得通风流场特性及各实验因素影响下的排污效率，得出各实验影响参数的重要度排序，在实际工程中可根据该重要度排序选择较优参数进行隧道施工方案设计。可基于上述所得通风流场特性，明确此类结构隧道内的通风重难点部位，合理安排通风布置，厘清通风重难点部位，做到对症下药。可通过改变风筒距掌子面距离、风量、风速等通风关键参数，研究特定结构下的通风流场变化情况。可基于上述流场变化情况，对特定结构隧道的通风方案进行方案优选，服务于实际工程，节约资源。

15、综上所述，本发明针对隧道施工期间通风流场复杂、通风参数难以确定等问题，通过设置u型隧道施工通风模拟试验平台，实现对实际施工隧道的模拟，从而通过监测数据，可发现末端封闭的有限空间射流流场的影响程度以及改进措施，既可用来防范隧道工程建设中的重大安全问题，又可为有限空间的复杂流动现象的研究提供依据。

技术特征：

1.一种u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：包括主隧道和导风筒，所述主隧道的一端为封闭端、另一端为开口端，所述主隧道包括根据实际施工隧道长度、倾斜角度排布、且等比例缩放的下行段、水平段和上行段，下行段、水平段和上行段分别由多段u型隧道模型单元相互密封连接形成，下行段、水平段和上行段之间通过伸缩软管密封连接，所述主隧道内安装有与主隧道长度相匹配的导风筒，所述导风筒的进口设置在主隧道的开口端，所述导风筒的出口与主隧道封闭端之间设有间距a，所述导风筒的进口端与风机连接，所述主隧道内设有测量隧道内风速的多个等截面风速测量系统。

2.根据权利要求1所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：每段u型隧道模型单元的底部铰接在高度可调支架的活动端上。

3.根据权利要求1所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：u型隧道模型单元的两端设置有第一法兰，伸缩软管两端设置有与第一法兰相匹配的第二法兰，相邻u型隧道模型单元通过第一法兰直接连接或相邻u型隧道模型单元的第一法兰与伸缩软管两端的第二法兰密封连接。

4.根据权利要求1所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：多个等截面风速测量系统沿主隧道的长度方向等距离安装在主隧道内。

5.根据权利要求4所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：所述等截面风速测量系统包括皮托管、微差压变送器、采集卡及pc，微差压变送器安装在高度可调支架上，所述皮托管安装在u型隧道模型单元内，皮托管获取风压变化，将信号传输至微差压变送器，再经由采集卡输送至pc端，从而可在pc端对平台内流场变化进行实时监测。

6.根据权利要求1所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：u型隧道模型单元采用镀锌铁皮管制作。

7.根据权利要求1所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：主隧道封闭端所在的u型隧道模型单元采用pc透明耐力板制作。

8.根据权利要求1所述的u型隧道施工通风模拟试验平台，其特征在于：所述导风筒采用pvc三防布风筒。

技术总结
一种U型隧道施工通风模拟试验平台，包括主隧道和导风筒，所述主隧道的一端为封闭端、另一端为开口端，所述主隧道包括根据实际施工隧道长度、倾斜角度排布、且等比例缩放的下行段、水平段和上行段，下行段、水平段和上行段分别由多段U型隧道模型单元相互密封连接形成，下行段、水平段和上行段之间通过伸缩软管密封连接，所述主隧道内安装有与主隧道长度相匹配的导风筒，所述导风筒的出口与主隧道封闭端之间设有间距A，所述主隧道内设有测量隧道内风速的多个等截面风速测量系统，本发明用于研究U型隧道施工期间通风流场、通风参数，既可用来防范隧道工程建设中的重大安全问题，又可为有限空间的复杂流动现象的研究提供依据。

技术研发人员：尹义豪,申永江,常勇,易令泓,何子良,王晓妮,任国平,王浩
受保护的技术使用者：中铁十四局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31