【摘 要】
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全断面隧道掘进机（TBM）在施工过程中会产生大量的岩尘。但由于对气载岩尘运移规律认识不清,并且现有的TBM气载岩尘控制技术存在一定的局限性与不足,致使生产现场的高浓度岩尘未得到有效控制,为了有效降低TBM施工隧道内的岩尘浓度,本文采用理论分析、数值模拟、实验测定与现场应用相结合的方法,对TBM施工隧道气载岩尘污染扩散规律及控制技术进行了研究与优化。探究了 TBM施工隧道岩尘的来源及理化特性。通过实
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全断面隧道掘进机（TBM）在施工过程中会产生大量的岩尘。但由于对气载岩尘运移规律认识不清,并且现有的TBM气载岩尘控制技术存在一定的局限性与不足,致使生产现场的高浓度岩尘未得到有效控制,为了有效降低TBM施工隧道内的岩尘浓度,本文采用理论分析、数值模拟、实验测定与现场应用相结合的方法,对TBM施工隧道气载岩尘污染扩散规律及控制技术进行了研究与优化。探究了 TBM施工隧道岩尘的来源及理化特性。通过实验分析得出了岩尘的粒度分布情况、确定了岩尘中存在的有机官能团以及岩尘的润湿性能。对岩尘样品进行分析,确定了岩尘的矿物成分。研究了水流在喷嘴中完成雾化的过程及雾滴沉降粉尘颗粒的机理,同时测定雾场宏观特性参数,确定了孔径为2.0mm且内部结构为含X形导流芯圆口的C2#喷嘴为较优防堵型喷嘴,且测定不同压力下该喷嘴形成喷雾场细观特性参数,如雾滴粒径及速度,得出规律:喷嘴压力为0.5MPa,轴向方向与喷嘴距离100mm～200mm范围内,雾滴D32指数总体分布在50μm～90μm区间内,雾滴轴向方向上的速度集中分布在10m/s～15m/s。运用FLUENT软件数值模拟并分析了青岛地铁2号线实际使用的通风参数对TBM施工隧道内的通风控尘效果,得出了在该参数下风流基本满足呼吸的要求,但岩尘的污染扩散无法被有效控制。通过改变二次压风量及二次压风口位置,研究得出了不同通风参数下TBM施工隧道内风流场与岩尘流场的运移规律,得出了当二次压风量为8m3/s,吸风量为8m3/s,二次压风口位置为60m时,控尘效果最佳,并依据模拟数据结果拟合出了二次压风参数与岩尘扩散距离、工作区平均岩尘浓度的数学关系。将通风控尘系统的优化方案应用到工程中,在使用了优化后的通风参数后,有人工作区内岩尘浓度降低至2mg/m3以下,满足人员呼吸要求,有效降低了生产现场岩尘浓度,显著改善了 TBM施工隧道工作区域的作业环境。
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