基于空气幕除尘技术和粉尘扩散规律的长隧道施工新型通风技术研究

《Scientific Reports》：Research on new ventilation technology for long tunnel construction based on air curtain dust suppression and dust diffusion law

　　

摘要

在长隧道施工过程中，通风是影响隧道工程项目安全的核心因素。以元宝隧道为例，本文提出了一种利用空气幕机的新型通风方法。通过建立安装在隧道两侧的空气幕机屏障效率的理论模型，确定了空气幕机的最佳喷射参数（c）。随后构建了一个数学模型来描述隧道前方爆炸性粉尘浓度的扩散情况，旨在揭示隧道内粉尘的动态分布规律。此外，采用三维数值模拟方法对不同隧道深度下传统强制通风与新空气幕机通风的除尘效率进行了对比分析。研究结果表明，在喷射厚度为0.1米、喷射速度不低于污染空气速度10.3倍的工况下，空气幕机的屏障效率可达100%，且能量利用效率最佳；新型空气幕机的通风系统效率显著高于传统强制通风系统，并且其性能受隧道深度的影响较小。系统启动后15分钟内，可将作业区域的粉尘浓度降至2毫克/立方米，仅为传统强制通风所需时间的50%。利用空气幕机屏障技术，该方案具有清洁效果好、通风效率高和能耗低等优点，为长隧道施工中的通风设计提供了新的方法参考。