熊 華 濤

(中鐵十六局集團鐵運工程有限公司， 河北 保定 074000)

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴大，我國已成為世界上隧道建設(shè)規(guī)模最大、難度最高與數(shù)量最多的國家。由于越來越多的隧道穿越油氣盆地、煤系地層等瓦斯積聚區(qū)山脈，瓦斯隧道隨之增多[1-3]。隧道瓦斯會導(dǎo)致中毒、窒息、爆炸等災(zāi)難性后果，施工中瓦斯管理與控制十分關(guān)鍵[4]。通風(fēng)是防止隧道內(nèi)部瓦斯?jié)舛瘸藜巴咚贡ǖ幕敬胧?/p>

根據(jù)風(fēng)機類型及布設(shè)位置的不同，隧道通風(fēng)方式分為壓入式、抽出式、巷道式等[5-7]。《公路瓦斯隧道設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》[8](JTGT 3374—2020)規(guī)定非瓦斯和低瓦斯隧道宜采用壓入式通風(fēng)，而高瓦斯隧道宜采用巷道式通風(fēng)。針對瓦斯隧道通風(fēng)方式的選用，趙軍喜[9]結(jié)合三都隧道進口工區(qū)對比射流巷道式、主扇式及壓入式三種通風(fēng)方案運行效果，指出射流巷道式的通風(fēng)效果與運行成本最優(yōu)。楊立新[10]提出施工隧道射流通風(fēng)量的計算方法，并結(jié)合算例優(yōu)化射流風(fēng)機及局部通風(fēng)機的布設(shè)位置。彭帆[11]闡述長隧道運營通風(fēng)量計算方法，并優(yōu)化風(fēng)機在不同情況下的運行模式。隧道內(nèi)部瓦斯運移和排放效果是通風(fēng)效果的關(guān)鍵評價對象。針對壓入式通風(fēng)方式下隧道內(nèi)部瓦斯排放效果，王洪濤[12]采用FLUENT軟件分析風(fēng)筒布設(shè)位置對長大隧道施工通風(fēng)效果的影響。Tomita等[13]通過相似實驗分析隧道單頭掘進時掌子面的瓦斯涌出及擴散規(guī)律，并分析風(fēng)筒位置對瓦斯的影響規(guī)律。在工程實際中，高瓦斯隧道不論隧道長短均應(yīng)采用巷道式通風(fēng)。在特長雙洞高瓦斯隧道通風(fēng)方案設(shè)計中，還會在巷道和出風(fēng)隧道設(shè)置射流風(fēng)機，通過軸流風(fēng)機和射流風(fēng)機組合來改善通風(fēng)效果[14-15]。在射流風(fēng)機輔助作用下，巷道式通風(fēng)的風(fēng)場及瓦斯運移特征會有所不同，相應(yīng)地對人員駐足、內(nèi)燃機械停放的位置等也應(yīng)采取針對性的措施，以防增大瓦斯?jié)撛谖：?，但是相關(guān)研究還相對較少。

本文以石黔高速公路七曜山隧道為背景，對雙洞高瓦斯隧道通風(fēng)設(shè)計及效果評價方法展開研究。首先，介紹七曜山隧道設(shè)計與施工概況，以及瓦斯溢出情況。然后，闡述隧道風(fēng)量、風(fēng)阻的計算方法，及射流巷道式通風(fēng)設(shè)計與風(fēng)機選型方法。最后，基于FLUENT軟件對通風(fēng)實施效果進行模擬，明確風(fēng)場分布與瓦斯運移的基本規(guī)律，探究瓦斯容易積聚的位置，以期為類似工程案例提供參考。

1 七曜山隧道

1.1 七曜山隧道簡介

七曜山隧道是重慶石柱至黔江高速公路的重點控制性工程，左洞起訖里程K16+368—K21+764，右洞起訖里程YK16+386—YK21+786，屬于特長型隧道。隧道襯砌為三心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)，如圖1所示，拱高7.05 m、上半圓半徑5.45 m，周長31.17 m，凈空面積64.28 m2。采用新奧法原理進行施工設(shè)計，最大開挖斷面面積為69.22 m2，初期支護以噴、錨、網(wǎng)為主，二次襯砌為模筑混凝土。中鐵十六局集團施工總承包指揮部三分部承擔(dān)七曜山隧道出口端施工任務(wù)，施工段落為左洞Y19+030—Y21+761，右洞YK19+050—YK21+786。

圖1 隧道主洞襯砌內(nèi)輪廓設(shè)計圖(單位：cm)

1.2 瓦斯溢出情況

七曜山隧道出口端原設(shè)計不穿越煤層，勘察也未發(fā)現(xiàn)瓦斯跡象，故出口段無瓦斯相關(guān)設(shè)計。2019年4月2日，七曜山隧道出口端左洞K20+432掌子面瓦斯等有毒有害氣體溢出，經(jīng)檢測掌子面拱頂可燃?xì)怏w濃度16%、H2S濃度0.6 ppm，氨氣0.7 ppm，后續(xù)監(jiān)測洞內(nèi)瓦斯?jié)舛仍?.1%～0.6%之間。2019年8月1日，隧道出口端左洞K20+323處洞內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，拱頂瓦斯?jié)舛瘸^光干涉式甲烷測定器量程，掌子面瓦斯、有害氣體突出，造成起火燃燒。根據(jù)《石黔高速七曜山隧道出口段施工溢出氣體成分檢測及來源分析和等級劃分報告》，隧道左洞瓦斯氣體的絕對涌出量為1.70 m3/min～2.16 m3/min，隧道右洞瓦斯氣體的絕對涌出量為1.59 m3/min～1.82 m3/min，根據(jù)《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》[16](DB51/T 2243—2016)要求，界定為高瓦斯隧道。建設(shè)單位、設(shè)計單位與業(yè)主單位共同決策剩余未開挖段按照高瓦斯隧道施工，故應(yīng)進行專門的通風(fēng)設(shè)計與管理。

2 隧道通風(fēng)量計算及方案設(shè)計

2.1 掌子面需風(fēng)量計算

風(fēng)量、風(fēng)壓是隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵指標(biāo)[17]。需風(fēng)量根據(jù)瓦斯涌出量、規(guī)程允許風(fēng)速時風(fēng)量需求、作業(yè)人數(shù)、稀釋爆破排煙和洞內(nèi)內(nèi)燃機械廢氣等因素對應(yīng)的需風(fēng)量分別進行計算，為保證安全，隧道施工需風(fēng)量的選取應(yīng)以最大值為準(zhǔn)。

2.1.1 瓦斯涌出稀釋需風(fēng)量

根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》[18](TB 10120—2019)、《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》[19](JTG F60—2009)規(guī)定，隧道內(nèi)部各處的瓦斯?jié)舛葢?yīng)稀釋到0.5%以下。

(1)

式中：q為瓦斯涌出量，m3/min；Ca和C0分別為允許瓦斯?jié)舛群托嘛L(fēng)瓦斯?jié)舛龋?；K為不均衡系數(shù)，一般取1.5～2.0。

對于七曜山隧道，左洞和右洞瓦斯涌出量保守取為5.0 m3/min，Q=1 600 m3/min。

2.1.2 規(guī)定風(fēng)速需風(fēng)量

瓦斯隧道規(guī)定風(fēng)速對應(yīng)的需風(fēng)量計算方法為：

60VlS≤Q≤60VhS

(2)

式中：Vl和Vh分別為最低和最高風(fēng)速，瓦斯工區(qū)一般分別取0.5 m/s和6 m/s[19]；S為隧道斷面積。

七曜山隧道仰拱填充斷面初期支護內(nèi)凈空面積77.51 m2，Q=2 325.3 m3/min。

2.1.3 最大作業(yè)人數(shù)需風(fēng)量

隧道內(nèi)最大作業(yè)人數(shù)的需風(fēng)量計算方法為：

Q=aKN

(3)

式中：a為單人每分鐘供風(fēng)量，取為4 m3/(min·人)；N為洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)，按照《重慶市公路水運工程安全生產(chǎn)強制性要求》(渝交委路〔2015〕81號)，瓦斯隧道單工作面同時作業(yè)人員不得超過29人。普通區(qū)段配置最多人員為80;K為備用系數(shù)，取值范圍1.1～1.25，取1.2。

非瓦斯段：Q=384 m3/min。

瓦斯段：Q=139.2 m3/min。

2.1.4 爆破排煙需風(fēng)量

隧道掌子面爆破對應(yīng)的需風(fēng)量計算公式為：

(4)

式中：t為爆破后通風(fēng)時間，取30 min；A為一次爆破所需炸藥用量，kg；L0為炮煙拋擲長度或通風(fēng)排煙的臨界長度，m；S為隧道開挖斷面積，七曜山隧道高瓦斯區(qū)IV級圍巖，采用全斷面開挖；K為淋水系數(shù)，取0.6；b為每公斤炸藥產(chǎn)生的CO當(dāng)量，取40 L/kg；P為巷道計算長度范圍內(nèi)漏風(fēng)系數(shù)。

A的計算公式為：

A=Slc

(5)

式中：l為循環(huán)進尺；c為單位炸藥用量，取值為1.0 g/m3。

七曜山隧道循環(huán)進尺2.0 m，隧道開挖斷面積為69.22 m2，A的計算結(jié)果為138.44 kg。

L0的計算公式為：

(6)

式中：β為紊流擴散系數(shù)，本文取0.5。

七曜山隧道通風(fēng)筒直徑1.8 m，依據(jù)《風(fēng)筒漏風(fēng)率和風(fēng)阻的測定方法》[20](GB/T 15335—2019)計算百米漏風(fēng)率為1.0%。那么漏風(fēng)系數(shù)P為：

(7)

由此爆破排煙需風(fēng)量為Q=947.52 m3/min。

2.1.5 施工機械尾氣稀釋需風(fēng)量

稀釋內(nèi)燃機械廢氣的需風(fēng)量計算方法為：

(8)

式中：b為機械單位功率需風(fēng)量，m3/(min·kW)；n為施工機械總數(shù)；N為機械功率，kW；η為綜合效率系數(shù)。

七曜山隧道施工機械設(shè)備中，裝載機、挖掘機、和運渣車等為內(nèi)燃機械，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 施工機械功效統(tǒng)計

計算結(jié)果為Q=2 657.2 m3/min。

根據(jù)上述各因素需風(fēng)量計算結(jié)果，隧道內(nèi)施工需風(fēng)量最大值為稀釋內(nèi)燃機廢氣需風(fēng)量2 657.2 m3/min。因此，對于高瓦斯隧道，在掘進長度較大的情況下，瓦斯涌出量不是所需風(fēng)量的控制因素，機械廢氣為需風(fēng)量控制因素。

2.2 掌子面通風(fēng)量計算

2.2.1 海拔影響

考慮海拔影響的需風(fēng)量修正計算方法為：

(9)

式中：Qa為考慮海拔影響進行修改后的需風(fēng)量；Q為正常條件下計算的需風(fēng)量，即以上計算中的最大值為2 657.2 m3/min；Pa為高海拔地區(qū)大氣壓力(七曜山隧道取海拔1 000 m)。

Qa=2 996 m3/min。

2.2.2 掌子面通風(fēng)量計算

根據(jù)計算，隧道掌子面的需風(fēng)量為2 996 m3/min，七曜山隧道左洞最大施工距離為1 133 m，右洞為1 060 m?？紤]到施工后期瓦斯涌出量增加、風(fēng)筒轉(zhuǎn)彎及破損漏風(fēng)等因素，對需風(fēng)量進行修正。

Qb=Qa(1+ηL/100)

(10)

式中：η為風(fēng)筒100 m漏風(fēng)率，取0.01；L為風(fēng)筒長度。

左洞需風(fēng)量為：

Qb=3 335.45 m3/min；

右洞需風(fēng)量為：

Qb=3 280.4 m3/min。

根據(jù)巷道式通風(fēng)原理，左、右洞掌子面的風(fēng)量全部來自主風(fēng)流，因此七曜山隧道通風(fēng)主循環(huán)風(fēng)量為Qb≥6 615.85 m3/min。

2.3 隧道通風(fēng)阻力及風(fēng)機風(fēng)阻計算

風(fēng)機選型時不僅要參照隧道最大需風(fēng)量，同時應(yīng)根據(jù)各工區(qū)通風(fēng)方式計算風(fēng)筒阻力大小，主要核算巷道式通風(fēng)主循環(huán)風(fēng)阻和風(fēng)筒阻力。

2.3.1 巷道式通風(fēng)主循環(huán)風(fēng)阻

巷道式通風(fēng)主循環(huán)的風(fēng)阻主要來源于風(fēng)流和隧道之間的摩擦，主循環(huán)的路線是：進風(fēng)洞—橫洞—出風(fēng)洞，總長度為2 510 m。

沿程阻力的計算方法為：

ha=6.5g(αLQb2/d5)

(11)

式中：g為重力加速度；L為通風(fēng)長度，m；α為通風(fēng)摩擦阻力系數(shù)，取0.025[11]；Qb為主循環(huán)風(fēng)量，m3/s，取110.26 m3/s；d為斷面直徑，m，取9.05 m，

解得：ha=793.12 Pa。

局部阻力的計算方法為：

(12)

式中：ζ為局部阻力系數(shù)，一般取0.6；γ為空氣密度，kg/m3；S為風(fēng)帶面積，m2。

hj=1.06 Pa

綜上所述，計算得到主循環(huán)風(fēng)阻力為ha+hj=794.18 Pa。

2.3.2 風(fēng)筒阻力計算

主循環(huán)風(fēng)流形成后，新鮮風(fēng)流布置在進風(fēng)洞內(nèi)的主通風(fēng)機通過風(fēng)筒輸送至隧道掌子面。主通風(fēng)機(軸流風(fēng)機)全部布置在七曜山隧道左洞內(nèi)。主通風(fēng)機送風(fēng)距離為1 133 m(左洞)，右洞1 060 m。風(fēng)筒阻力包括沿程阻力和局部阻力。

(1) 左洞風(fēng)筒阻力。風(fēng)筒沿程阻力采用式(11)計算，風(fēng)筒長度1 133 m，摩阻系數(shù)0.000 13，風(fēng)量55.59 m3/s，風(fēng)筒直徑1.8 m。由此，左洞風(fēng)筒沿程阻力為1 520.33 Pa。

風(fēng)筒局部阻力采用式(12)計算，局部阻力系數(shù)0.6；左洞風(fēng)量55.59 m3/s。由此，左洞風(fēng)筒的局部阻力為172.03 Pa。其他局部阻力按局部阻力5%取值，因此左洞風(fēng)筒總阻力為1 700.96 Pa。

(2) 右洞風(fēng)筒阻力。類似地，右洞風(fēng)筒沿程阻力為1 375.68 Pa，局部阻力為166.38 Pa。由于采用巷道式通風(fēng)，隧道右洞風(fēng)筒經(jīng)過兩次彎折，彎折處阻力計算方法為：

hw=∑ξγQ2/(2S2)

(13)

式中：∑為風(fēng)筒轉(zhuǎn)彎次數(shù)；ξ為風(fēng)筒接頭局部阻力系數(shù)，取0.52；Q為右洞通風(fēng)量。

風(fēng)筒彎折處的風(fēng)阻計算結(jié)果為428.89 Pa。

由此，右洞風(fēng)筒阻力為1 979.27 Pa。風(fēng)筒彎折處風(fēng)阻占到總風(fēng)阻的21.7%，因此應(yīng)注意保持彎折處的圓順。綜上所述，七曜山隧道單洞最大需風(fēng)量為3 335.45 m3/min(55.59 m3/s)，最大風(fēng)壓為1 979.27 Pa。

2.4 通風(fēng)方案設(shè)計

綜合考慮七曜山隧道斷面型式、長度、機械設(shè)備、出渣方式等因素，采用壓入式+抽出式的巷道混合射流通風(fēng)方式，如圖2所示。具體方案為：

(1) 在K20+580處設(shè)置4臺軸流風(fēng)機向左右洞內(nèi)輸送風(fēng)量，K20+520橫通道和右洞安裝射流風(fēng)機加速向洞內(nèi)抽排污濁氣流。

(2) 為防止二襯臺車附近、襯砌斷面變化處、橫通道處瓦斯聚集，增加空氣流速，特在二襯臺車安裝2臺11 kW局部通風(fēng)機、開挖臺車安裝2臺2.2 kW局部通風(fēng)機、6#車行橫通道口安裝2臺30 kW射流風(fēng)機。

(3) K21+270車行橫通道靠近左線設(shè)置柵欄，防止作業(yè)人員入內(nèi)，在該橫通處安裝瓦斯監(jiān)測探頭。

(4) 在正線洞口處安裝抽出式風(fēng)機，使左、右線形成一定的風(fēng)壓差，形成巷道式通風(fēng)系統(tǒng)。

施工過程中，通風(fēng)機隨著掘進深度的增大而向前移動，除污風(fēng)排煙橫通道外，其余橫通道全部設(shè)置風(fēng)門臨時密閉，防止風(fēng)流互竄，造成洞內(nèi)循環(huán)風(fēng)。實際施工時根據(jù)掌子面瓦斯涌出量確定是否需增設(shè)局部射流風(fēng)機稀釋瓦斯?jié)舛取?/p>

圖2 七曜山隧道通風(fēng)設(shè)計方案

參考風(fēng)機性能參數(shù)，隧道主通風(fēng)機選用SDDY-No14#型多級變速風(fēng)機，并對風(fēng)機進行防爆改裝，其性能參數(shù)均滿足計算要求，如表2所示。

表2 SDDY-No14#通風(fēng)機主要參數(shù)表

3 基于FLUENT的隧道通風(fēng)效果模擬

3.1 計算模型

以七曜山隧道實際尺寸為參考，利用SolidWorks建模工具，在笛卡爾坐標(biāo)系下建立總長度為160 m的一段空間，隧道掘進方向為Z軸負(fù)方向，模型兩端分別對應(yīng)掌子面和風(fēng)墻位置。簡化后隧道通風(fēng)幾何模型如圖3(a)所示。然后，采用Gambit軟件對隧道模型進行網(wǎng)格劃分，根據(jù)不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)需要，網(wǎng)格最大尺寸為200 mm。網(wǎng)格模型包括389 437個節(jié)點， 932 443個單元，如圖3(b)所示。

圖3 七曜山隧道計算模型

模型的計算條件包括：氣流視為不可壓縮流體，氣體流動選用標(biāo)準(zhǔn)K-ε湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)求解。開啟組分運輸模型，inlet diffusion組分包括甲烷、硫化氫、氮氣和氧氣等成分。Pressure壓力差值方式采用Standard格式，壓力差分方式為二階差分方式，動量差分方式為二階迎風(fēng)。采用SIMPLEC算法進行解算以加速模擬收斂速度。

七曜山隧道邊界條件如表3所示。其中，風(fēng)流沿垂直于風(fēng)筒口方向均勻進入隧道，湍流強度比值為5%，水力直徑為1.8 m[11]。隧道內(nèi)掌子面、拱頂、側(cè)壁以及風(fēng)筒視為無滑移邊界條件，設(shè)定為wall單元，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法求解。

表3 七曜山隧道邊界條件參數(shù)表

依據(jù)瓦斯的實際涌出量來確定瓦斯源項S的值，計算方法為：

S=ρQ/Vt

(16)

式中：ρ為瓦斯的密度，0.716 kg/m3；V表示瓦斯涌出源的體積，視與掌子面距離100 mm的空氣中為實際污染源源項；t為時間。

七曜山隧道出口端左洞瓦斯絕對涌出量Q為1.70 m3/min～2.16 m3/min、右洞瓦斯絕對涌出量為1.59 m3/min～1.82 m3/min，計算時取最大值，計算結(jié)果分別為0.004 01 kg/(m3·s)和0.003 34 kg/(m3·s)。

3.2 風(fēng)場分布規(guī)律

3.2.1 總體分布規(guī)律

圖4為隧道縱向水平面的風(fēng)速分布圖(Y=3.5 m)。可以看出，隧道內(nèi)空氣的流動模式受到軸流風(fēng)機和射流風(fēng)機的共同控制。首先，風(fēng)墻外的新鮮空氣通過壓入式軸流風(fēng)機從左洞(送風(fēng)洞)的風(fēng)筒口處進入隧道，左洞和右洞的風(fēng)筒分別將空氣壓送至掌子面。風(fēng)筒射流由于掌子面的回彈作用，風(fēng)流質(zhì)點開始自風(fēng)筒所在位置向外發(fā)散，風(fēng)速逐漸減小，并逐漸形成回流，風(fēng)流從遠離風(fēng)筒的隧道一側(cè)返回，在橫通道射流風(fēng)機卷吸作用下再次改變流動方向，形成渦流區(qū)，并與從右洞掌子面處吹來的風(fēng)流混合后從隧道右洞出口排出。掌子面和橫通道之間的風(fēng)場明顯地分布著沖擊射流區(qū)、回流區(qū)、渦流區(qū)，表現(xiàn)出有限空間內(nèi)受限附壁射流的流場特性。

圖4 隧道內(nèi)風(fēng)流速度分布圖(截面Y=3.5 m)

圖5為隧洞中心位置風(fēng)速的縱向分布情況?？梢钥闯?，當(dāng)Z>45 m時，左、右洞內(nèi)的風(fēng)速處于波動狀態(tài)，距離風(fēng)筒出口處較近的位置風(fēng)速較大，隨著與風(fēng)筒出口距離的增加，風(fēng)速逐漸降低。原因在于氣體在運移過程中受到壁面摩擦的影響，并且存在正向風(fēng)流與回流綜合形成的渦流區(qū)域。Z<45 m時，左、右洞的縱向風(fēng)流方向相反，左洞風(fēng)流在風(fēng)墻的阻擋作用和橫通道射流風(fēng)機的抽吸作用下以約2 m/s速度向洞內(nèi)流動；右洞(排風(fēng)洞)掌子面污染空氣與從橫通道而來的左洞污染空氣混合后在出口射流風(fēng)機的作用下以約6.0 m/s的速度向洞外排出，風(fēng)速符合通風(fēng)技術(shù)要求。

圖5 隧道左洞和右洞的風(fēng)速變化曲線

3.2.2 掌子面風(fēng)速分布

掌子面是瓦斯涌出的主要區(qū)域，通風(fēng)條件直接影響瓦斯排放效果。圖6為左洞距離掌子面0.5 m處的風(fēng)速分布圖?？梢钥闯?，隧道截面具有明顯的風(fēng)流分區(qū)現(xiàn)象，遠離風(fēng)筒一側(cè)的風(fēng)速小于風(fēng)筒出口處射流區(qū)風(fēng)速。隧道內(nèi)部風(fēng)筒異側(cè)下隅角為風(fēng)速最小區(qū)域，不利于隧洞內(nèi)瓦斯的稀釋和排除，因此該區(qū)域容易形成瓦斯積聚，應(yīng)注意采取防范措施。

圖6 七曜山隧道左洞掌子面風(fēng)速分布

3.3 瓦斯運移規(guī)律

3.3.1 掌子面瓦斯分布

左洞風(fēng)筒出風(fēng)口截面瓦斯?jié)舛入S時間的變化規(guī)律如圖7所示。

圖7 左洞風(fēng)筒出風(fēng)口截面瓦斯?jié)舛仍茍D

由圖7可以看出，在風(fēng)筒風(fēng)流未達到掌子面前，隨著瓦斯持續(xù)地涌出，隧道掌子面瓦斯?jié)舛仍龃螅捎谕咚姑芏鹊陀诳諝?，存在浮生現(xiàn)象。隨著新鮮空氣的壓入，掌子面瓦斯氣體隨空氣向隧道出口流動，在短時間內(nèi)產(chǎn)生濃度上升趨勢。由圖7(c)可見，掌子面附近瓦斯分布不均勻，瓦斯?jié)舛仍陲L(fēng)筒出風(fēng)口處最小，并以此為中心點呈發(fā)射狀向外分布且逐漸增大，濃度最大處在距離風(fēng)筒最遠處的掌子面近壁處。通風(fēng)120 s時，掌子面附近瓦斯?jié)舛然痉€(wěn)定，濃度保持在0.5%以下。

掌子面瓦斯?jié)舛染哂忻黠@的分層現(xiàn)象，進風(fēng)側(cè)和隧道中部的瓦斯?jié)舛缺然仫L(fēng)側(cè)的值要小。由于渦流滯后的作用，在隧道回風(fēng)側(cè)整個靠近壁面的部位瓦斯?jié)舛容^大，墻頂、拱腳及墻腳處較為明顯。因此，回風(fēng)側(cè)中下方位置產(chǎn)生瓦斯災(zāi)害的可能性最大，應(yīng)注意該位置的瓦斯檢測與局部通風(fēng)。

3.3.2 隧道內(nèi)瓦斯總體分布規(guī)律

圖8為通風(fēng)時間60 s時隧道內(nèi)部瓦斯?jié)舛确植紙D(Y=3.5 m)。可以看出，左洞瓦斯隨著風(fēng)流通過橫通道與從右洞掌子面而來的瓦斯匯合后向隧道口方向排出。掌子面前10 m內(nèi)的存在射流區(qū)、回流區(qū)及渦流區(qū)，從而導(dǎo)致瓦斯體積分?jǐn)?shù)具有明顯差異，渦流區(qū)的存在使小范圍內(nèi)瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化梯度增大。瓦斯向外運移過程中，風(fēng)筒出口附近濃度較低，之后由于渦流區(qū)等因素的影響又有所增大。瓦斯?jié)舛仍陲L(fēng)筒出口附近呈現(xiàn)兩端高、中間低的分布特征。因此并不是距離掌子面距離越遠時，瓦斯風(fēng)險最低。在施工過程中，風(fēng)筒出口3m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛炔蝗菀壮?，可以作為施工人員的駐足位置。

圖8 隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛确植紙D(Y=3.5 m)

3.3.3 橫通道瓦斯分布

橫通道與正洞連接處的瓦斯分布如圖9所示。可以看出，橫通道處的射流風(fēng)機將左洞瓦斯卷吸引射至右洞，橫通道附近瓦斯?jié)舛扔?.2%逐漸減小到0.1%。由于風(fēng)流的射流和回流作用形成的渦流會影響瓦斯的擴散路徑，使得瓦斯擴散軌跡具有明顯的弧度。在巷道式通風(fēng)過程中，橫通道與正洞連接處易形成渦流區(qū)，導(dǎo)致瓦斯局部聚集，應(yīng)注意防范。

4 結(jié) 論

(1) 當(dāng)高瓦斯隧道的掘進長度較大時，內(nèi)燃機械對應(yīng)的需風(fēng)量往往大于瓦斯涌出量所對應(yīng)的需風(fēng)量，成為隧道需風(fēng)量的主要控制因素。七曜山隧道排風(fēng)洞風(fēng)筒在橫通道彎折處的風(fēng)阻會占到總風(fēng)阻的21.7%，應(yīng)注意保持風(fēng)筒圓順性。

圖9 橫通道與正洞連接處瓦斯?jié)舛确植?Y=3.5 m)

(2) 同一斷面不同位置的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速大小各不相同。掌子面和橫通道之間的風(fēng)場表現(xiàn)出有限空間內(nèi)受限附壁射流的流場特性，遠離風(fēng)筒的拱頂與拱壁相交處、橫通道與正洞連接處等位置積聚，應(yīng)注意防范。風(fēng)筒出口附近瓦斯?jié)舛瘸蕛啥烁?、中間低的分布規(guī)律，建議施工人員盡量在風(fēng)筒出口的后方附近駐足。