用于超长隧洞施工的通风方法与流程

本发明涉及tbm（英文tunnelboringmachine的缩写，隧洞掘进机）施工通风领域，尤其是涉及用于超长隧洞施工的通风方法。

背景技术：

在长距离穿山隧洞公路铁路工程、穿山调水工程、城市地铁交通工程中，都会涉及长距离隧洞掘进施工。隧洞掘进施工掌子面具有施工空间密闭、空气闷热潮湿、施工机械噪声大同时伴随有害气体和粉尘释放等特点，使得施工掌子面环境恶化，危及人员及设备正常工作。

通风是控制隧洞作业环境、保证人员安全和健康、预防职业病的主要技术手段。隧洞独头掘进断面越大，要求机械化程度越高，施工速度越快，距离越长，使得施工通风的技术难度越大。尤其在高原寒冷地区，空气稀薄、气压低、缺氧、寒冷，空气中的含氧量只有海平面的60%左右，低压缺氧导致掘进设备效率低、故障增多、性能改变。因此，施工通风是保障高原长隧洞施工顺利进行的关键技术手段，是长大隧洞施工的“生命线”。

目前，长距离隧洞施工通风中普遍存在风管直径大、阻力大、通风距离短、漏风严重、风量小等问题。据统计，目前tbm施工的独头通风长度一般不超过15km。对于大于15km、甚至距离更长的隧洞施工通风，且距离越长、风管漏风量越大，要求的风管断面尺寸越大。因此，采取通风机送风方式不能满足长距离隧洞施工的基本通风量需求。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种用于超长隧洞施工的通风方法，对超长隧洞施工掌子面进行有效通风，保证室外新鲜空气能够按照要求到达超长隧洞施工掌子面，改善施工人员和设备的工作环境。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述用于超长隧洞施工的通风方法，包括下述步骤：

步骤1，利用空气压缩机对室外新鲜空气进行加压，空气压缩比根据长距离施工隧洞的沿程阻力损失而定；

步骤2，将所述空气压缩机加压过滤之后的压缩空气通过管道送至稳压罐内，通过所述稳压罐对整个高压送风系统起到稳压作用，持续稳定的将室外新鲜空气送入隧洞内；

步骤3，将稳压罐内的压缩空气通过管道输送至冷干机进行降温、除湿干燥处理；

步骤4，在所述隧洞内铺设内涂塑钢管，各节所述内涂塑钢管之间采用法兰盘密封连通构成高压送风管道；

步骤5，将所述高压送风管道的进风口与所述稳压罐出气口连通，高压送风管道的出风口密封连通渐扩管，通过所述渐扩管将压缩空气进行体积膨胀变成常压空气，同时压缩空气在体积膨胀过程中吸收热量以降低施工掌子面的温度；

步骤6，渐扩管出风口通过伸缩软管到达隧洞掘进机位置并固定，在所述伸缩软管末端安装调节式送风口并置于隧洞施工掌子面位置即可。

所述施工掌子面的通风量调节方法为：根据隧洞掘进长度的不同、隧洞施工方法的不同和作业工序不同，通过调节安装在所述冷干机出气口处的流量控制调节阀来实现。

根据所述施工掌子面所需通风量，通过采取多台所述空气压缩机并联方式进行送风。

本发明优点体现在以下方面：

1、本发明利用空气压缩机对空气进行加压，加压能力远超常规送风风机，为空气长距离输送提供动力来源；稳压罐对整个高压送风系统起到一个定压的作用，增强了通风系统的稳定性；整个通风系统适用于单工作面掘进长度大于15km的超长距离隧洞施工通风，省去了隧洞中间段通风竖井的开挖，大大降低了施工难度，节约了工程施工周期和建设成本。

2、本发明利用空气压缩机对空气进行加压，压缩空气依靠压力差通过高压风管输送至洞内。高压风管采用内涂塑钢管，中间用法兰加密联接，大大减少了送风流动阻力和漏风量；随着施工掌子面的延伸，可通过增大空压机的压比，使压缩空气到达更远的施工掌子面。

3、采用内涂塑钢管作为高压风管，管道断面尺寸远远小于目前常规通风风管尺寸，不占用施工隧道空间，方便施工机械进出隧道，便于优化隧洞断面尺寸，节约工程造价。

4、压缩空气依靠压力差通过高压风管输送至洞内，在高压风管末端设置渐扩管，将压缩空气体积膨胀变成常压空气，压缩空气膨胀的过程是一个吸热过程，能有效降低施工掌子面的温度、改善施工作业环境。

5、通过设置流量控制调节阀，可以根据隧洞施工中的具体工况来调节通风量，满足施工要求。

6、渐扩管连通可伸缩软管到达隧洞施工掌子面，可伸缩软管的另一端固定在隧洞掘进机上，可随着隧洞掘进机的前进延伸，实现岗位送风的效果。

7、整个通风系统便于实现完全自动化控制，可根据施工隧道长度调节空气压缩机的压比、可根据风量需求调节输送风量、可根据施工掌子面的温湿度要求调节压缩空气的出口温湿度等。

附图说明

图1是实施本发明方法的通风系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本发明所述用于超长隧洞施工的通风方法，包括下述步骤：

步骤1，利用空气压缩机1对室外新鲜空气进行加压，空气压缩比根据长距离施工隧洞的沿程阻力损失而定；空气压缩机选择三台，并联布置；

步骤2，将每台空气压缩机1加压过滤之后的压缩空气通过管道送至并联布置的两个稳压罐2内，通过稳压罐2对整个高压送风系统起到稳压作用，持续稳定的将室外新鲜空气送入隧洞内；

步骤3，将两个稳压罐2内的压缩空气通过管道输送至冷干机3进行降温、除湿干燥处理；

步骤4，在隧洞4内铺设内涂塑钢管，各节内涂塑钢管之间采用法兰盘密封连通构成高压送风管道5；

步骤5，将高压送风管道5的进风口与冷干机3出气口连通，高压送风管道5的出风口密封连通渐扩管6，通过渐扩管6将压缩空气进行体积膨胀变成常压空气，同时压缩空气在体积膨胀过程中吸收热量以降低施工掌子面的温度；

步骤6，渐扩管6出风口通过伸缩软管7到达隧洞掘进机位置并与之相固定，在伸缩软管7末端安装调节式送风口8并置于隧洞施工掌子面9位置即可。

施工掌子面9的通风量调节方法为：根据隧洞掘进长度的不同、隧洞施工方法的不同和作业工序不同，通过调节安装在冷干机3出气口处的流量控制调节阀10来实现。

本发明的工作原理简述如下：

空气和液体不同，具有显著的压缩性和热胀性。在温度不过低，压强不过高时，气体密度、压强和温度三者之间关系，服从理想气体状态方程，即：

公式1；

式中，p—气体的绝对压强，n/m²；

t—气体的热力学温度，k；

ρ—气体的密度，kg/m³；

r—气体常数，单位为j/（kg·k）；对于空气，r=287；对于其他气体，在标准状态下，r=8341/n，式中n为气体的分子量；

在温度不变的情况下，t为常数，所以rt=常数；因此，状态方程简化为p/ρ=常数。写成常用形式：公式2；

式中，p1、ρ1为原来的压强及密度；p、ρ是其他状态下的压强及密度；公式2表示在等温情况下压强与密度成正比。

根据空气可压缩这一特性，利用空气压缩机对室外新鲜空气进行加压，作为空气在高压送风管道内长距离流动的动力。而普通风机能够提供的全压有限，不能克服空气超长距离流动产生的阻力。此外，空气压缩机可以实现模块化并联，根据实际工况的通风量选择并联设备的数量。同时，空气压缩机的工作压力也可根据需要进行调整，做到一机多用。另外，空气中的水蒸气在压力增加的情况下，会有凝结水析出的现象，需要对加压空气进行干燥处理。等温状态下，压缩空气管道的沿程阻力损失计算如下：

式中，p—管路的压力损失，kg/cm²；

l—管路长度，m；

ld2—管路附件的当量长度，m；

g—单位时间所通过的气体重量，kg/s；

d—管径，m；

γy—压缩空气的比重，kg/m³。