随着我国经济建设的快速发展,基础建设工程呈现快速增长趋势。隧洞施工爆破产生的有害气体严重危害施工人员的生命健康,合理的设计和解决隧洞的通风问题成为保障工程安全建设的关键。本文融合理论推导、数值模拟、数理统计等方法,以施工期隧洞压入式通风方式为主,与多种通风方式相结合的思路,对洞内流场特性、有害气体运移规律、风管漏风率计算、有害气体分布函数、隧洞通风时间估算函数进行了深入研究,主要的研究内容及成果如下:(1)揭示了隧洞纵向流场中涡流分布区、涡流影响区、流速稳定区的分布规律。基于隧洞压入式通风方式,推导了通风风管漏风率的计算公式,揭示了风量的衰减符合对数函数的变化规律。结果表明隧洞掌子面爆破有害气体的运移规律主要表现为移动和扩散两部分运动。(2)阐明了隧洞内的风流结构与有害气体运移受多种因素的影响关系。分析了隧洞通风时间受不同因素影响的敏感度。基于掌子面附近涡流区流态的复杂性,揭示了不同因素对有害气体运移规律的影响机理。(3)推导了掌子面爆破后隧洞内CO气体随时间与空间分布的数学关系。通过数值试验提出了考虑气体对流作用和扩散作用的计算方法。基于风机风量、隧洞横截面积等变量的CO分布函数,构建了隧洞达到安全浓度所需通风时间的估算函数,以工程实例验证了公式的可靠性。(4)揭示了抽出式通风系统下隧洞掌子面附近炮烟停滞区的分布规律及有害气体的运移机理。阐明了加入射流风机对加速停滞区内有害气体运移的作用机制。基于数值计算结果估算了隧洞在组合式通风下,前压后抽式通风和前抽后压式通风节约的时间成本。提出了改善长压短抽式通风有效风量减小的措施。依据多种通风方式下气流场分布特性与有害气体运移规律提出了环流的通风方式,为工程中通风时间的优化问题提供了借鉴意义。(5)基于隧洞气流场特性与有害气体运移规律,提出了上下游主洞不同掘进深度所需通风时间与施工方案的建议和依据。研究了施工期带有支洞的隧洞在压入式、抽出式、组合式与环流式通风系统下所需的通风时间,分析了隧洞边壁对流经空气在温-湿度耦合作用下的影响机理,为类似工程提供了参考依据。