本发明涉及隧道施工领域，具体而言，涉及一种高海拔长大隧道施工通风供氧方法。
背景技术：
目前，现有的隧道施工仅仅采用简单的通风机对隧道内进行通风，在高海拔隧道施工中仍然面临通风、除尘和严重缺氧的问题。
有鉴于此，特提出本申请。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高海拔长大隧道施工通风供氧方法，其结合了先进的通风理念，完善和新异的供氧方案以及快速的除尘方法；从而能够保证高海拔长大隧道施工工作面的作业人员呼吸正常化，安全保障化，为隧道施工行业建立统一的通风供氧技术标准提供了有力支持。
本发明的实施例是这样实现的：
一种高海拔长大隧道施工通风供氧方法，包括以下步骤：
密封：在二衬台车处设置气帘，用于密封隧道内腔，使得隧道掌子面与气帘之间形成密闭的工作腔；
通风加压：隧道外设置轴流风机，且轴流风机的出风端通过风管将新鲜气源输送至所述工作腔中；
供氧：在隧道洞口设置分子筛制氧机组，制氧机组的输出端通过氧气管路将氧气输送至所述工作腔中，进行弥散式供氧；
除尘：二衬台车远离工作腔一端的两侧各设置一台除尘风机，除尘风机的进气口同所述工作腔连通，排出所述工作腔中的粉尘。
进一步地，根据隧道直径、隧道长度、风管直径、工作腔密封区间长度和回风速度，计算出隧道施工通风量，最后进行海拔修正；根据通风量的最大值，选取轴流风机的型号和功率。
进一步地，根据所述工作腔密封区间的长度和所述隧道直径计算出工作腔的容量，利用轴流风机输送新鲜气源的同时弥补所述工作腔与外界的压力差。
进一步地，根据隧道内容积、新风换气量、建立富氧环境所要求的时间、富氧量、富氧气氧浓度、隧道内预期的氧浓度和空气中氧浓度，计算出维持富氧环境时的富氧用量；
然后利用波尔定律，根据气体的体积和压力，计算出维持富氧需要常压标态富氧气量，根据维持富氧需要常压标态富氧气量的最大值，选取制氧机组的型号和功率。
进一步地，根据爆破后风管出口温度、岩石温度、轴流电机的送风量、断面回风速度、隧道直径和工作腔的长度，计算出工作腔内环境温度冷却至适合人工作的标准温度所需的降温时间；
根据降温时间和工作腔的体积，选取除尘风机的功率、尺寸和型号。
进一步地，在二衬台车上安装转换装置和弥散喷射口，根据现场实际情况，选择喷射口的数量，利用转换装置控制制氧机组输出端的流量及流速，使得氧气能够均匀的到达弥撒喷射口。
进一步地，根据氧气管路的长度，以及氧气管路内的压力，增设增压装置，以使氧气可顺利到达弥散喷射口。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供的高海拔长大隧道施工通风供氧方法，其结合了先进的通风理念，完善和新异的供氧方案以及快速的除尘方法；从而能够保证高海拔长大隧道施工工作面的作业人员呼吸正常化，安全保障化，为隧道施工行业建立统一的通风供氧技术标准提供了有力支持。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
本实施例提供一种高海拔长大隧道施工通风供氧方法，包括以下步骤：
密封：在二衬台车处设置气帘，用于密封隧道内腔，使得隧道掌子面与气帘之间形成密闭的工作腔；
通风加压：隧道外设置轴流风机，且轴流风机的出风端通过风管将新鲜气源输送至所述工作腔中；
供氧：在隧道洞口设置分子筛制氧机组，制氧机组的输出端通过氧气管路将氧气输送至所述工作腔中，进行弥散式供氧；
除尘：二衬台车远离工作腔一端的两侧各设置一台除尘风机，除尘风机的进气口同所述工作腔连通，排出所述工作腔中的粉尘。
本实施例中，气帘可采用常规现有技术中的气幕机；
需要注意的是，气幕机可通过二衬台车上的空压机提供高压气源，且气帘的喷射高度可随隧道直径进行调整，(传统二衬台车并不具备此功能，因此需与二衬台车厂家进行协作实现)。
此外，二衬台车处还可设置物理帘，物理帘可采用常规的橡胶门帘的结构，物理帘的尺寸同二衬台车的截面面积相同，以保证可对工作腔进行进一步的密封；另外，物理帘同气帘位于同一平面(即物理帘同气帘喷出高压气流位于同一平面)。
总体而言，本发明实施例提供的高海拔长大隧道施工通风供氧方法，其结合了先进的通风理念，完善和新异的供氧方案以及快速的除尘方法；从而能够保证高海拔长大隧道施工工作面的作业人员呼吸正常化，安全保障化，为隧道施工行业建立统一的通风供氧技术标准提供了有力支持。
进一步地，根据隧道直径、隧道长度、风管直径、工作腔密封区间长度和回风速度，计算出隧道施工通风量，最后进行海拔修正；根据通风量的最大值，选取轴流风机的型号和功率。
首先利用隧道直径计算出隧道截面面积，截面面积同回风速度的乘积，得出隧道的通风量。
假设隧道直径为10.2m(计算处隧道截面积为82m2)，隧道长度5000m，风带直径2.2m，工作腔的长度80m，回风速度0.5米/秒；计算通风量为40m3/秒，从而选用轴流电机的型号为：2*11kw-2*al16-1100，叶轮直径1.6米。
在使用过程中，轴流风机布置在隧道外，利用送风机将加压的新鲜气源通过风管输送至工作腔中。
此外，根据所述工作腔密封区间的长度和所述隧道直径计算出工作腔的容量，利用轴流风机输送新鲜气源的同时弥补所述工作腔与外界的压力差。
其中，隧道直径r和隧道长度l，计算工作腔体积v；v＝(πr2*l)；以1500米海拔时大气压为0.84*105pa作为人正常作业和生活的最低气压条件作为参考，当海拔到3000米时气压为0.71*105pa，此时，通风系统可弥补0.13*105pa的压差同时置换密封区域的空气。
进一步地，为了能够选用更加合理的制氧机组的功率和型号，本实施例中，首先根据隧道内容积v、新风换气量q(m3/h)、建立富氧环境所要求的时间t(h)、富氧量x(m3/h)、富氧气氧浓度y1(％)、隧道内预期的氧浓度y2(％)和空气中氧浓度20.9％，计算出维持富氧环境时的富氧用量；
需要注意的是，富氧环境的建立是基于气体扩散和混合。充入富氧气与原有空气混合，提高空气中氧气的体积含量。故富氧量计算的基础数据为换气量和富氧浓度。在供氧过程中，由于隧道内必然存在一定的新风换气，富氧气会随着持续的新风换气而造成一定的损失。故实际所需要的富氧量，除了考虑到隧道内原有空间外，还需考虑到因为新风换气而造成的额外损失。这里的新风换气指的相对密闭空间自然换气的新风量，非强制通风。
根据公式：y1×x×t+20.9％×q×t+20.9％×v＝y2×v+y2×q×t；得出：建立时富氧量x＝(q+v/t)×(y2-20.9％)/y1。
其中，隧道内容积v指工作腔的容积；
新风换气量q：q＝v*p；(v：新风体积，等同于工作腔的容积；p：新风换气次数)；根据国家建筑标准gb50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，新风量气换气次数可取值0.6次。
富氧浓度y1：制氧设备指标均按医疗器械标准制定，按药械标准yy/t0298-1998《医用分子筛制氧设备通用技术规范》第5.2.1条要求氧浓度≥90％(v/v)。故富氧浓度可按最低90％取值。
室内预期氧浓度y2：按本实施例富氧目标要求的室内氧浓度上限为22％。
从上述推导公式可知：
富氧量x与富氧气浓度y1成反比，富氧浓度y1越大，富氧量x越少；
富氧量x与隧道内容积v和换气量q成正比，隧道内容积v和换气量q越大，富氧量x越大；
富氧量x与建立富氧环境所要求的时间t成反比，建立富氧环境所要求的时间t越长，富氧量x越小。
上述用量计算是基于当地大气压下的流量。本实施例提供的制氧设备其产能均是在常压常温(101kpa，20℃)状态下的数值。而高原地区气压较低，空气稀薄，空气密度较小。需要通过波尔定律(气体理论)公式pv/t＝常量，计算当地和平原的大气压差异，将当地用量折算为制氧设备的设计流量。
需要注意的是，本实施例中制氧机组设计和产能指标均以常压标态(101kpa，0℃)为基准。然后利用波尔定律，根据气体的体积和压力，计算出维持富氧需要常压标态富氧气量，根据维持富氧需要常压标态富氧气量的最大值，选取制氧机组的型号和功率。
其中，假定温度相同，则需要的常压标态富氧气量按公式：
q标态/q＝p当地/p标态；
假设当地海拔3000m，大气压约为71kpa，算得维持富氧环境需要常压标态富氧气量：q标态＝p当地×q/p标态＝70×102/101＝71nm3/h；因此，建立富氧环境时：71nm3/h(2小时建立，维持22％氧浓度)。通过上述数据选择对应的制氧机组(40po双机组(功率40kwx2＝80kw))。
进一步地，为了保证在隧道爆破后在降温的过程中对隧道内进行除尘，本实施例中，根据爆破后风管出口温度、岩石温度、轴流电机的送风量、断面回风速度、隧道直径和工作腔的长度，计算出工作腔内环境温度冷却至标准温度(人类适合工作的温度40℃-15℃)所需的降温时间；根据降温时间和工作腔的体积，选取除尘风机的功率、尺寸和型号。
需要注意的是，隧道爆破后冷却，需将隧道内的环境温度冷却至适合人类施工的标准温度(40℃-15℃)即可。在本实施例中，以最适合人类活动的温度28℃为理想参数。
另一个需要注意的是，高海拔地区温度可参考3000米海拔林芝色季拉山洞外温度，夏季时，山洞外温度18℃，冬季时，山洞外温度-6℃～11℃。
具体的，可参考公式：
v＝qc*3600s/ρw*cw*△t(v-体积流量、qc-热量、ρw-空气密度、cw-空气比热、△t-温度差值)
c空气＝1j/kg*k
q＝c空气*ρ空气*1m3*1k
假设，二衬台车位置风管出口温度20℃，岩石温度45℃，送风量41m3/s，按全断面回风速度0.5m/s，10.2米隧道直径，80米隧道长度范围的冷却进行计算，环境温度冷却至28℃需要时间约30min。
根据环境温度冷却至28℃需要时间，利用除尘风机的处理风量、压力损失和配套风机的效率曲线综合确定除尘风机的功率和型号。
本实施例中，除尘风机配置两台，单台功率2*15kw，单台除尘能力600m3/min；且单台除尘风机尺寸0.8m(w)x1.5m(h)x4m(l)+电机2m(l)布置在二衬台车或延伸结构的左右两侧(保证重量平衡)。
在具体施工期间需要注意，除尘期间需要把进风量调整为600m3/min，除尘耗时20min左右。(每个循环一次)；完成除尘工序后关闭除尘系统，后增加进风量到正常值。
此外，除尘风机再除尘的过程中，能够将隧道内的内燃机尾气或隧道空气中的惰性气体进行吸收，排放出pm2.5正常值的空气，有利于净化隧道内的空气。
进一步地，本实施例中，为了保证制氧机组提供的氧气能够均匀的进入工作腔中，在二衬台车上安装转换装置和弥散喷射口，根据现场实际情况，选择喷射口的数量，利用转换装置控制制氧机组输出端的流量及流速，使得氧气能够均匀的到达弥撒喷射口。弥散喷射口可采用常规现有技术中的雾化喷头等多种形式，这里不做赘述。
此外，在实际工作过程中，考虑到高海拔地区在输氧过程中管道内外压强不一致，导致输送不顺畅的问题，本实施例中，可设置增压装置，利用增压装置对管道内的氧气进行加压，从而保证氧气能够顺利到达弥散喷射口进入工作腔中。
综上所述，本发明其结合了先进的通风理念，完善和新异的供氧方案以及快速的除尘方法；从而能够保证高海拔长大隧道施工工作面的作业人员呼吸正常化，安全保障化，为隧道施工行业建立统一的通风供氧技术标准提供了有力支持。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。