一种隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试方法
【专利摘要】本发明属于隧道施工救援相关技术领域，并公开了一种隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试方法，该系统主要包括供风单元、供氧单元和空气净化单元，其运行测试方法包括：(a)启动、检测及判定供风单元的供风压力为0.1MPa a～0.3Mpa、人均供风量不低于0.15m3/min；(b)启动、检测及判定供氧系统的供氧出口压力为0.1MPa a～0.2Mpa、人均供氧量不低于0.5L/min；(c)启动、检测及判定空气净化单元处理后舱内CO2浓度值满足<1.0％的要求。通过本发明，能够获得更为准确、全面且符合实际工况的测试结果，并有利于救生舱生存保障在结构和具体配置方面的优化设计。
【专利说明】
一种隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试方法
技术领域
[0001 ]本发明属于隧道施工救援相关技术领域，更具体地，涉及一种隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试方法。
【背景技术】
[0002]近年来软弱围岩隧道施工事故频发，造成设备、人员损失惨重，社会影响极大。根据灾后事故调查发现，70%的软弱围岩坍塌发生在掌子面后方，塌方发生后，掌子面人员被困，由于抢救不及时或塌方范围慢慢波及至掌子面，极易导致被困人员受伤或遇难，因此隧道施工救生舱有广泛的应用空间和市场价值。
[0003]现有技术中已经提出了一些关于隧道救生舱的技术方案，例如，CN201510492065.7公开了一种移动隧道救生舱，其包括舱体和履带总成，该救生舱能安全、稳定、多方向地移动，适时监测灾后隧道并主动移动救生舱至安全区域；又如，CN201510166924.3公开了一种隧道救生舱，其包括舱体，舱体上铰接有舱门与逃生门，舱体底部连接有履带，舱体内设有供风系统、供氧系统、空气净化系统、环境监控系统、通信系统及生存保障系统，其在事故发生后可为幸存人员提供避难空间，减少人员伤害。
[0004]然而，进一步的研究表明，考虑到隧道施工救生舱的一些功能模块如供风单元、供氧单元和空气净化单元等，其直接影响到塌方发生后施工人员进入救生舱内部避险的基本生存保障，因此有必要对其运行状况是否满足需求作出贴合实际运用场合特点的模拟测试;但现有技术中缺乏对此方面的针对性研究和分析验证，导致同系列产品的合格验证规范化研制周期较长。相应地，本领域亟需对隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试过程给出全面、规范的研究，进而有利于设计单位和制造单位获得更为准确、可控的评估标准。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试方法，其中通过结合隧道施工救生舱的本身结构和工作特性进行针对性研究，对生存保障系统的各个组成单元在其具体结构和设置方式方面做出了改进;尤其是，还对这些组成单元的整体运行测试过程做出了全新设计，实际测试表明能够获得更为准确、全面且符合实际工况的测试结果，进而可基于该测试结果对隧道施工救生舱的生存保障系统进行优化设计。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种隧道施工救生舱的生存保障系统，该生成保障系统包括供风单元、供氧单元和空气净化单元，其特征在于:
[0007]所述供风单元设置在救生舱的内部，并包括箱体和多级过滤器，其中该箱体的进风口可控地连接至救生舱外部空压机所产生的高压空气，然后使得导入的高压空气经由供风管路进入所述多级过滤器执行分层过滤，再经由承压管路实现减压，最后经由消音器实现降噪，由此为舱内人员提供供风压力为0.1MPa?0.3MPa，人均供风量不低于0.3m3/min，连续噪声不大于70dB的空气；
[0008]所述供氧单元设置在救生舱的内部，并包括多个氧气瓶、汇流排和氧气箱，其中这多个氧气瓶的压缩氧气经由所述汇流排执行首次减压和汇总，并经由减压阀实现二次减压后输送至所述氧气箱，由此为舱内人员提供压力为0.1MPa?0.2Mpa、人均供氧量不低于0.5L/min，供氧流速不超过30m/s，连续噪音不大于70dB的氧气；
[0009]所述空气净化单元同样设置在救生舱的内部，并呈现为自上到下三层分布的箱体结构，其中未净化处理的空气被导入最下层，然后经由配置在中间层的过滤元件执行多层过滤，最后经由配置在最上层的风扇予以排出，由此为舱内人员提供无有毒成分和粉尘、并且CO2浓度〈1.0 %的净化后空气。
[0010]作为进一步优选地，对于所述供风单元而言，所述多级过滤器优选为三级过滤器，并且其流量为6m3/min?8m3/ min。
[0011]作为进一步优选地，对于所述供氧单元而言，所述多个氧气瓶优选为7个氧气瓶，并且每个氧气瓶的容量为40L，压力为15MPa。
[0012]作为进一步优选地，对于所述空气净化单元而言，所述过滤元件包括⑶^及附剂、吸湿剂和活性炭，并且它们被放置于可抽拉设置在所述中间层的托盘之上。
[0013]按照本发明的另一方面，还提供了针对上述生存保障系统的运行测试方法，其特征在于，该测试方法包括下列步骤:
[0014](a)供风单元的运行测试步骤
[0015](al)首先连接并启动处于救生舱外部的所述空压机，将该空压机的输出压强设定为0.6MPa?0.8Mpa；
[0016](a2)开启所述供风单元的控制阀，将所述空压机产生的高压空气予以导入以执行过滤、减压和降噪处理;接着，对所述承压管路执行0.5小时以上、压力不低于0.45Mpa的承压测试:其中当压力表读数下降不超过5%的情况下，判定供风系统运作平稳，并继续执行步骤(a3)；
[0017](a3)分别采用压力表和流量计来检测、计算得出供风出口的供风压力和供风流量，同时判断供风出口的实际压力是否在0.1MPa a?0.3Mpa的范围、人均供风量是否不低于0.15m3/min，并在这些参数均满足以上数值范围的情形下，判定供风单元运作正常；
[0018](b)供氧单元的运行测试步骤
[0019](bl)开启所述供氧单元的控制阀，将所述多个氧气瓶的压缩氧气经由所述汇流排、减压阀后输送至所述氧气箱，同时对氧气输送管路执行0.5小时以上、压力不低于
0.45Mpa的承压测试:其中当压力表读数下降不超过5 %的情况下，判定供氧单元运作平稳，并继续执行步骤(b2)；
[0020](b2)分别采用压力表和流量计来检测、计算得出供氧出口的供氧压力和供氧流量，同时判断供氧出口的实际压力是否在0.1MPa a?0.2Mpa的范围、人均供氧量不低于
0.5L/min，供氧流速不超过30m/s，并在这些参数均满足以上数值范围的情形下，判定供氧单元运作正常；
[0021 ] (C)空气净化单元的的运行测试步骤
[0022](c I)关闭救生舱舱门，在舱内打开⑶2气瓶开关以通入适当的CO2气体，当舱内⑶2浓度达到1.0%时停止供气；
[0023](c2)根据舱内额定容纳人数和人均0.5L/min的处理要求，以(0.4?0.6) X额定容纳人数X L/min的流量连续通入C02气体，同时以最大流量开启所述空气净化单元；
[0024](c3)所述空气净化单元平稳工作后开始测试，并以规定时间间隔依次记录救生舱内空间的CO2浓度值，并在这些CO2浓度值满足〈1.0 %的要求的情形下，判定空气净化单元运作正常。
[0025]作为进一步优选地，对于上述步骤(a3)而言，优选还采用声级计在距离所述供风单元噪声源Im的采样点进行测试，测试3次以上取其平均值，并在所述平均值不大于70dB的情形下，判定此供风单元的连续噪音性能符合要求。
[0026]作为进一步优选地，对于上述步骤(b2)而言，优选还包括计算得出救生舱内的氧气浓度值，并在该氧气浓度值在18.5 %?23.0 %之间时，判定此供氧单元运作正常。
[0027]作为进一步优选地，对于上述步骤(b2)而言，优选还采用声级计在距离所述供氧单元噪声源Im的采样点进行测试，测试4次以上取其平均值，并在所述平均值不大于70dB的情形下，判定此供氧单元的连续噪音性能符合要求。
[0028]作为进一步优选地，对于上述步骤(c2)而言，优选以0.5 X额定容纳人数XL/min的流量连续通入CO2气体。
[0029]作为进一步优选地，对于上述步骤(c3)而言，优选还包括对救生舱内粉尘的检测，并在所述粉尘率不大于2%的情形下，判定该空气净化单元运作正常。
[0030]作为进一步优选地，对于上述步骤(c3)而言，所述空气净化单元平稳工作后，优选按照I分钟的间距依次记录救生舱内空间的CO2浓度值，并且共计记录10次以上。
[0031]作为进一步优选地，对于作为测试本体的隧道施工救生舱而言，其优选包括箱体结构的舱体、设置在该舱体前后端面的方形舱门，以及设置在该舱体左右侧面的逃生门。
[0032]作为进一步优选地，对于作为测试本体的隧道施工救生舱而言，其优选包括小型舱、中型舱、大型舱和特大型舱四种类型，其中:
[0033]所述小型舱的外形尺寸规格为长2700mmX宽1700\高2200111111或者3000111111\宽1700 X高2200mm，额定容纳人数<7人，额定保障时间为72小时或者120小时；
[0034]所述中型舱的外形尺寸规格为长3200mm X宽2000 X高2500mm或者3500mm X宽2000 X高2500mm，额定容纳人数8?10人，额定保障时间为72小时或者120小时；
[0035]所述大型舱的外形尺寸规格为长4000mm X宽2000 X高2500mm或者4400mm X宽2000 X高2500mm，额定容纳人数11?15人，额定保障时间为72小时或者120小时；
[0036]所述超大型舱的外形尺寸规格为长4000mmX宽2500 X高2500mm或者4400mmX宽2500 X高2500mm，额定容纳人数16?20人，额定保障时间为72小时或者120小时。
[0037]作为进一步优选地，所述救生舱的舱体外部布置有外壳体钢板，内部交叉布置加强筋，并且这些加强筋采用如下方式布置:其中在所述舱体内部的前后端面，以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋;在在所述舱体内部的左右侧面，水平均匀布置多根扁钢作为加强筋;在所述舱体内部的底面，沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋;在所述舱体内部的顶面，沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋;此外，在所述舱体内部的纵向上，还设置有多圈T型钢作为加强筋，并且该多圈T型钢沿所述舱体的长度方向均勾分布。
[0038]总体而言，按照本发明的以上技术方案与现有技术相比，不仅针对作为最关键组成部分的生存保障系统的各个组成单元在其具体结构和设置方式方面做出了改进，更重要的是还结合隧道施工救生舱的本身结构设计和工作特性进行针对性研究，相应在实际测试过程中对上述功能单元的运行测试对象、测试工序、关键测试指标等逐一作出了研究和重新谁家，较多的试验测试表明，其能够获得更为准确、全面且符合实际工况的测试结果，提高类似隧道施工救生舱系列产品的设计和检验效率，并可为行业制定标准提供参考。
【附图说明】
[0039]图1是按照本发明优选实施例所构建的生存保障系统的供风单元的构造示意图；
[0040]图2是按照本发明优选实施例所构建的生存保障系统的供氧单元的构造示意图；
[0041]图3是按照本发明优选实施例所构建的生存保障系统的空气净化单元的构造示意图；
[0042]图4是按照本发明的生存保障系统的运行测试工艺流程图。
【具体实施方式】
[0043]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0044]如同【背景技术】部分所指出地，考虑到隧道施工救生舱的一些功能模块如供风单元、供氧单元和空气净化单元等，其直接影响到塌方发生后施工人员进入救生舱内部避险的基本生存保障，因此有必要对其运行状况是否满足需求作出贴合实际运用场合特点的模拟测试。然而，目前缺乏对此方面的针对性研究和分析验证，并导致同系列产品的合格验证规范化研制周期较长;相应地，本发明中重点针对生存保障系统的各个组成单元在其具体结构和设置方式方面做出了改进，此外还专门针对这些组成单元的整体运行测试过程做出了全新设计，相应能够以便于操控、高效高质的方式获得更为准确、全面且符合实际工况的测试结果，并有助于提高类似隧道施工救生舱系列产品的设计和检验效率。
[0045]首先，请参照图1至图3逐一解释说明按照本发明的生存保障系统的各组成单元的具体结构及其设置和工作过程。
[0046]如图1中所示，显示了按照本发明优选实施例的供风单元的构造示意图。该供风单元譬如安装在舱体内壁5上，并主要包括箱体1、消音箱7和多级过滤器3，该供风单元从提供受困施工人员所需的新鲜空气出发，直接采用供风管路与坍塌体外部的隧道新风系统(即空压机)相连并将其高压空气作为供风单元的风源，由此不再需要单独另外配置风源，可有效减少工序、降低成本;此外，通过对结构方面的改进设计，能够高效率、结构紧凑、便于操控地实现对高压空气过滤、减压、消音后供应至救生舱内部，保持舱内空气流通，满足避险人员的生存所需。
[0047]更具体地，消音箱7用于减小空气中的噪音，进而提升救生舱中的生存环境，其设置于箱体I的外部，其设置有出风口和进风口，其中，进风口与多级过滤器3通过承压管路相连，承压管路上可设置有球阀4和调压阀2，该球阀4用于实现供风的开启与关闭，该调压阀2用于调节供风的压力，使其满足实际所需。此外，消音箱7可通过管理附件6与承压管路相连，以保证消音箱的可靠固定。
[0048]由于救生舱供风系统风源采用隧道施工自设的空压机所产生的高压空气，针对空压机工作原理和特点，考虑到隧道内的恶劣环境，特别设置多级过滤器，优选为三级过滤器，通过多级过滤可滤清空压机所产生的高压空气中的灰尘、污水、油剂等对人体健康有害的杂质，使得经过滤、减压、消音后供风满足避险人员生存所需。多级过滤器3设置于箱体I的内部，其通过供风管路8与隧道救生舱侧壁上的供风接口相连，以将供风系统进行固定，该供风接口与施工救生舱外部的空压机相连，由此，通过外部空压机产生的高压空气可经供风接口，然后经供风管路进入多级过滤器中进行层层过滤，再经承压管路实现减压，最后经消音器降低噪音，最终可获得供风压力为0.1MPa?0.3MPa，人均供风量不低于0.15m3/min，连续噪声不大于70dB的新鲜空气，为救生舱中避险人员提供生存所需的环境。其中，每级过滤器的具体结构可根据需要设计，其中三级过滤器的流量优选被设计为6m3/min。
[0049]此外，由于设于救生舱侧壁上的供风接口需要与隧道现有风源(空压机)的管路相连接，考虑到塌方时所产生的碎石、土块可能会对接口处有冲击，故将供风接口与空压机的连接优选设置为竖直向下的连接方式，即在供风接口处连接一竖直布置的连接管，该连接管上设有快插接头，由此可方便配合隧道施工工序拆装，该快插接头可实现与空压机的快速对接，具体的快插接头通过钢丝软管与空压机相连。为了进一步保护连接管及接头，在连接管外部以及接头连接处的上方设置有钢结构防护罩，由此可防止塌方产生的冲击对连接管及接头产生破坏，导致连接管及接头漏气或失效。
[0050]如图2中所示，显示了按照本发明优选实施例的供氧单元的构造示意图。该供氧单元主要包括氧气供应单元(譬如氧气瓶)、氧气汇流单元(譬如汇流排)和氧气箱等，其中，氧气供应单元作为氧气的供应源，提供隧道施工救生舱中被困人员呼吸所需的氧气，氧气汇流单元与氧气供应单元相连，其用于对从氧气供应单元中输送过来的氧气进行汇流并减压，使供应的氧气达到合适的压力;此外，还可以采用氧气控制单元与氧气汇流单元相连，其用于实现氧气输送流量的控制，并实现整个供氧系统的控制，最终将符合需要的氧气输送至氧气箱。该供氧系统从提供受困施工人员所需的氧气出发，采用低压供氧的方式，保持舱内的氧气含量，保证避难人员的呼吸用氧。
[0051]更具体而言，氧气供应单元，其包括多个压缩氧气瓶10，该压缩氧气瓶中装有压缩氧气，为整个供氧系统提供氧气源，每个压缩氧气瓶10上均设置有气瓶减压器20，该气瓶减压器20用于实现氧气的减压;优选地，气瓶减压器20首先将氧气减压至0.3MPa?0.4Mpa，以实现氧气的一级减压。
[0052]由于供氧系统放置于隧道施工救生舱中，而隧道施工救生舱为密闭空间，其空间有限，一般最多可容纳20人，为了使氧气瓶的尺寸与救生舱的尺寸相适应，节约现有空间，并保证每个人的最低供氧需求，例如可设置图中所示的7个压缩氧气瓶，并优选以两排布置方式(一排三个，一排四个)进行布置，并固定在救生舱后舱门端，这样最大程度地减小氧气瓶的占用空间，也不会影响生存区域避险人员的休息。每个压缩氧气瓶的体积容量为40L，压力为15MPa，并且压缩氧气瓶内初始氧气浓度优选不低于99.8%,最终期望实现隧道施工救生舱中人均供氧量不低于0.5L/min。
[0053]氧气汇流单元包括汇流排30，汇流排30为线型结构，其用于对输送的氧气进行汇流，其分别可通过金属软管40与每个压缩氧气瓶10相连，各个压缩氧气瓶中的氧气分别通过金属软管40以支流的方式送入汇流排3中进行汇流。为了便于将氧气流进行分流，在汇流排30上可设置有截止阀50。
[0054]氧气控制单元可用于实现氧气的流量控制，并向隧道施工救生舱中输送合适的氧气，其例如可包括氧气控制箱80，氧气控制箱80通过紫铜管70与汇流排30相连。氧气控制箱80上设置有流量计90、压力表100和开关110，该流量计90用于显示并控制供氧系统中氧气的供应流量，被困人员可以根据避难人数，通过旋转流量计上的手柄来调节氧气的流量。该压力表100用于显示供氧系统中氧气的压力，该开关110用于实现供氧系统的开关。
[0055]为了进一步的降低氧气的压力，保证供氧系统的供氧力及供氧持久性，在紫铜管07上设置有减压阀60，以实现氧气的二级减压。按照本发明的一个优选实施例，减压阀60优选被设计为将氧气的压力减压至0.1MPa?0.2Mpa。
[0056]如图3中所示，显示了按照本发明优选实施例的空气净化单元的构造示意图。该空气净化单元设置在救生舱的内部，并呈现为自上到下三层分布的箱体结构，其中未净化处理的空气被导入最下层，然后经由配置在中间层的过滤元件执行多层过滤，最后经由配置在最上层的风扇予以排出，由此为舱内人员提供无有毒成分和粉尘、并且CO2浓度〈1.0%的净化后空气，换而言之，该空气净化单元用于对污浊空气中的二氧化碳、水蒸气、恶臭气以及隧道爆破开挖产生的有毒气体和粉尘进行有效过滤和处理。
[0057]更具体地，该空气净化单元主要包括排气层500、过滤层600和进气层700，其中排气层500、过滤层600和进气层700由上至下依次分布，各层之间分别由托架隔开，即排气层500和过滤层600之间设置有托架，过滤层600和进气层700之间设置有托架，并且各个托架上设置有托盘1100，该托盘1100譬如为网状结构，通过设置网状结构的托盘，一方面通过放入或取出托盘1100，即可将托盘1100上的⑶2吸附剂、吸湿剂和活性炭一次性放入或取出，便于实际操作，另一方便可便于各层的空气流通。
[0058]进气层700用于容纳从隧道施工救生舱中吸入进来的未净化处理的空气，过滤层600用于过滤从进气层700过来的未净化处理的空气，排气层500用于进一步过滤从过滤层600过来的已部分净化处理的空气，并且用于容纳已净化处理的空气，同时排气层500还为风扇提供安装场所。该风扇用于将道施工救生舱中的污浊空气吸入空气净化箱的底层(即进气层700)，然后使空气从下往上流通，依次经过过滤层600和排气层500，使得污浊空气经过层层过滤，进而获得无污浊、适于被困人员生存的净化空气。例如该风扇为涡轮风扇，其优选设有两个，其分别由电机800驱动旋转，两个风扇交替使用，可实现在额定防护时间内不间断工作，保证空气质量净化需要。风扇和电机800通过开孔隔板900安装在排气层500中。
[0059]空气吸附单元主要用于对污浊空气进行处理，其包括⑶2吸附剂、吸湿剂和活性炭，并且放置于托盘1100上。其中，CO2吸附剂用于吸附救生舱空气中的被困人员呼吸产生的二氧化碳，具体的选用以氢氧化锂为主料的吸附剂作为二氧化碳吸附剂，其较之氢氧化钙吸附剂等有如下优势:氢氧化锂吸附剂吸附效率约65%，高于氢氧化钙吸附剂吸附效率20%;由于氢氧化锂吸附效率高，在用量上可以大大减少。由于救生舱的舱内空间有限，故选用吸附效率高，用量少的氢氧化锂吸附剂更适用于救生舱的使用情况，实际应用时，氢氧化锂吸附剂在为使用前显示为粉红色球状颗粒，发生反映后(用完失效后)变为白色，便于区分和观察吸附剂使用情况，且氢氧化锂粉尘率低于2%。吸湿剂用于吸附空气中的水分，以调节空气的湿度，活性炭用于吸附空气中的恶臭气以及隧道爆破开挖产生的有毒气体。通过将CO2吸附剂、吸湿剂和活性放置于网状结构的托盘11上，空气中的粉尘难以随空气往上流通，其被托盘上的CO2吸附剂、吸湿剂和活性炭阻挡并过滤，由此通过托盘和CO2吸附剂、吸湿剂及活性的配合，实现了空气中粉尘的处理。此外，为了便于CO2吸附剂、吸湿剂和活性炭的保存，CO2吸附剂、吸湿剂和活性炭均采用真空包装。
[0060]进排气单元用于实现空气的进出，其主要包括进气孔和排气孔，其中，进气孔用于将隧道施工救生舱中的污浊空气吸入空气净化系统中，而排气孔2则用于将净化后的空气从空气净化系统排出至隧道施工救生舱中。具体的，进气孔设于空气净化箱背面的下方(即设于进气层处)，排气孔设于空气净化箱正面的上方(即设于排气层处)。更进一步的，进气孔设有一个，其采用百叶状风口，便于空气的送入;排气孔设有两个，其排气流量由排气阀调节。
[0061]为了增强空气的过滤及处理效果，可在进气层700中也放置⑶2吸附剂、吸湿剂和活性炭，使得进入空气净化箱的空气在进气层中就可实现一次过滤，然后通过过滤层实现二次过滤，再通过排气层实现三次过滤，由此实现三级过滤，可进一步提高空气的质量。并且可根据隧道中设置的环境监测系统所提供的环境参数，来更换吸附效率下降的二氧化碳吸附剂，将未曾使用过的吸附剂放在最下层，将吸附效率下降的放在中、上层，这种布置方式可使的在不影响二氧化碳净化效果的情况下，让每袋吸附剂充分反映，大大提高吸附效率，不造成浪费。
[0062]下面将参照图4来具体解释说明按照本发明的针对上述生存保障系统的运行测试工艺。然而应当指出的是，该生存保障系统的各个组成单元的运行测试可单独执行、或是选择其中的部分任意组合来执行，或者对各功能单元的测试次序根据需求来调整，因此均构成为本发明的保护主旨或要点。
[0063]第一部分，是针对供风单元的运行测试步骤。
[0064]首先，连接并启动处于救生舱外部的所述空压机，将该空压机的输出压强设定为0.6MPa?0.8Mpa;
[0065]然后开启所述供风单元的控制阀，将所述空压机产生的高压空气予以导入以执行过滤、减压和降噪处理;接着，对所述承压管路执行0.5小时以上、压力不低于0.45Mpa的承压测试:其中当压力表读数下降不超过5%的情况下，判定供风系统运作平稳，并继续执行以下步骤；
[0066]最后，分别采用压力表和流量计来检测、计算得出供风出口的供风压力和供风流量，同时判断供风出口的实际压力是否在0.1MPa a?0.3Mpa的范围、人均供风量是否不低于0.15m3/min，并在这些参数均满足以上数值范围的情形下，判定供风单元运作正常。此夕卜，按照本发明的一个优选实施方式，优选还采用声级计在距离所述供风单元噪声源Im的采样点进行测试，测试3次以上取其平均值，并在所述平均值不大于70dB的情形下，判定此供风单元的连续噪音性能符合要求。
[0067]第二部分，针对供氧单元的运行测试步骤。
[0068]首先，开启所述供氧单元的控制阀，将所述多个氧气瓶的压缩氧气经由所述汇流排、减压阀后输送至所述氧气箱，同时对氧气输送管路执行0.5小时以上、压力不低于
0.45Mpa的承压测试:其中当压力表读数下降不超过5 %的情况下，判定供氧单元运作平稳，并继续执行以下步骤；
[0069]接着，分别采用压力表和流量计来检测、计算得出供氧出口的供氧压力和供氧流量，同时判断供氧出口的实际压力是否在0.1MPa a?0.2Mpa的范围、人均供氧量不低于
0.5L/min，供氧流速不超过30m/s，并在这些参数均满足以上数值范围的情形下，判定供氧单元运作正常。此外，按照本发明的一个优选实施例，优选还采用声级计在距离所述供氧单元噪声源Im的采样点进行测试，测试4次以上取其平均值，并在所述平均值不大于70dB的情形下，判定此供氧单元的连续噪音性能符合要求。按照本发明的另一优选实施例，除了上述工作参数之外，优选还包括计算得出救生舱内的氧气浓度值，并在该氧气浓度值在18.5 %?23.0 %之间时，判定此供氧单元运作正常，由此更为全面地执行考察。
[0070]第三部分，针对空气净化单元的的运行测试步骤。
[0071 ]首先，关闭救生舱舱门，在舱内打开CO2气瓶开关以通入适当的0)2气体，当舱内CO2浓度达到1.0%时停止供气；
[0072]其次，根据舱内额定容纳人数和人均0.5L/min的处理要求，以(0.4?0.6) X额定容纳人数X L/min的流量连续通入C02气体，同时以最大流量开启所述空气净化单元;譬如，以0.5 X额定容纳人数X L/min的流量连续通入CO2气体。
[0073]最后，所述空气净化单元平稳工作后开始测试，并以规定时间间隔依次记录救生舱内空间的CO2浓度值，并在这些CO2浓度值满足〈1.0 %的要求的情形下，判定空气净化单元运作正常;譬如，可以按照I分钟的间距依次记录救生舱内空间的CO2浓度值，并且共计记录10次以上。此外，按照本发明的一个优选实施例，还可以包括对救生舱内粉尘的检测，并在所述粉尘率不大于2%的情形下，判定该空气净化单元运作正常。
[0074]考虑到隧道施工救生舱自身的结构、尺寸和规格等同样会对上述运作检测过程起到一定影响，相应地，按照本发明的一个优选实施例，对于作为测试本体的隧道施工救生舱而言，其可包括箱体结构的舱体、设置在该舱体前后端面的方形舱门、设置在该舱体左右侧面的逃生门，以及配套集成在该舱体内部的供风系统、供氧系统、空气净化系统、环境监测系统、通讯系统、供电系统及生存保障系统等，这些功能系统主要设置在设备安装区域，施工人员进入救生舱后的保障空间为人员避险区域;此外，该救生舱还配置有譬如为履带式结构的行走单元、或者是被动式设计。
[0075]更具体而言，对于所述舱体而言，其外部布置有外壳体钢板，内部交叉布置加强筋，并且这些加强筋采用如下方式布置:其中在所述舱体内部的前后端面，以水平和垂直的方式布置多根角钢作为加强筋;在在所述舱体内部的左右侧面，水平均匀布置多根扁钢作为加强筋;在所述舱体内部的底面，沿舱体长度方向均匀布置多根扁钢作为加强筋;在所述舱体内部的顶面，沿舱体长度方向均匀布置多根T型钢作为加强筋;此外，在所述舱体内部的纵向上，还设置有多圈T型钢作为加强筋，并且该多圈T型钢沿所述舱体的长度方向均匀分布。以此方式，能够确保在减轻舱体自重的同时，又能增强舱体的承载能力;舱体顶部为拱形设计，能更好的消化、吸收顶部的冲击载荷，同时能分散竖直方向上的静载荷。
[0076]所述方形舱门和逃生门优选均为外开式结构;并且设置在所述舱体后端面的方形舱门通过螺栓固定在救生舱的内部，同时该方形舱门上还安装有用于对该舱门进行位置定位的定位传感器。以此方式，在发生塌方后，外部救援人员可通过后舱门上的定位传感器，准确获知后舱门位置，直接将救援逃生管道打至后舱门，便于避险人员的顺利逃出。
[0077]另外，本发明的隧道施工救生舱优选包括小型舱、中型舱、大型舱和特大型舱四种类型，其中:所述小型舱的外形尺寸规格为长2700_X宽1700 X高2200mm或者3000mmX宽1700X高2200mm，额定容纳人数<7人，额定保障时间为72小时或者120小时;所述中型舱的外形尺寸规格为长3200mm X宽2000 X高2500mm或者3500mm X宽2000 X高2500mm，额定容纳人数8?10人，额定保障时间为72小时或者120小时；所述大型舱的外形尺寸规格为长4000mmX宽2000 X高2500mm或者4400mm X宽2000 X高2500mm，额定容纳人数11?15人，额定保障时间为72小时或者120小时;所述超大型舱的外形尺寸规格为长4000mmX宽2500 X高2500mm或者4400mmX宽2500 X高2500mm，额定容纳人数16?20人，额定保障时间为72小时或者120小时。
[0078]综上，通过本发明的以上研究和改进，能够获得更为准确、全面且符合实际工况的测试结果，适于对隧道施工救生舱的生存保障系统及其运行测试过程给出全面、规范的研究，进而有利于设计单位和制造单位获得更为准确、可控的评估标准，进而还可基于该测试结果对隧道施工救生舱的生存保障系统进行优化设计。
[0079]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种隧道施工救生舱的生存保障系统，该生存保障系统包括供风单元、供氧单元和空气净化单元，其特征在于: 所述供风单元设置在救生舱的内部，并包括箱体和多级过滤器，其中该箱体的进风口可控地连接至救生舱外部空压机所产生的高压空气，然后使得导入的高压空气经由供风管路进入所述多级过滤器执行分层过滤，再经由承压管路实现减压，最后经由消音器实现降噪，由此为舱内人员提供供风压力为0.1MPa?0.3MPa，人均供风量不低于0.3m3/min，连续噪声不大于70dB的空气； 所述供氧单元设置在救生舱的内部，并包括多个氧气瓶、汇流排和氧气箱，其中这多个氧气瓶的压缩氧气经由所述汇流排执行首次减压和汇总，并经由减压阀实现二次减压后输送至所述氧气箱，由此为舱内人员提供压力为0.1MPa?0.2Mpa、人均供氧量不低于0.5L/min，供氧流速不超过30m/s，连续噪音不大于70dB的氧气； 所述空气净化单元同样设置在救生舱的内部，并呈现为自上到下三层分布的箱体结构，其中未净化处理的空气被导入最下层，然后经由配置在中间层的过滤元件执行多层过滤，最后经由配置在最上层的风扇予以排出，由此为舱内人员提供无有毒成分和粉尘、并且CO2浓度〈1.0 %的净化后空气。2.如权利要求1所述的隧道施工救生舱的生存保障系统，其特征在于，对于所述供风单元而言，所述多级过滤器优选为三级过滤器，并且其流量为6m3/min?8m3/min。3.如权利要求1或2所述的隧道施工救生舱的生存保障系统，其特征在于，对于所述供氧单元而言，所述多个氧气瓶优选为7个氧气瓶，并且每个氧气瓶的容量为40L，压力为15MPa04.如权利要求3所述的隧道施工救生舱的生存保障系统，其特征在于，对于所述空气净化单元而言，所述过滤元件包括CO2吸附剂、吸湿剂和活性炭，并且它们被放置于可抽拉设置在所述中间层的托盘之上。5.—种适用于权利要求1-4任意一项所述的生存保障系统的运行测试方法，其特征在于，该测试方法包括下列步骤: (a)供风单元的运行测试步骤 (al)首先连接并启动处于救生舱外部的所述空压机，将该空压机的输出压强设定为0.6MPa?0.8Mpa; (a2)开启所述供风单元的控制阀，将所述空压机产生的高压空气予以导入以执行过滤、减压和降噪处理;接着，对所述承压管路执行0.5小时以上、压力不低于0.45Mpa的承压测试:其中当压力表读数下降不超过5%的情况下，判定供风系统运作平稳，并继续执行步骤(a3); (a3)分别采用压力表和流量计来检测、计算得出供风出口的供风压力和供风流量，同时判断供风出口的实际压力是否在0.1MPa?0.3Mpa的范围、人均供风量是否不低于0.15m3/min，并在这些参数均满足以上数值范围的情形下，判定供风单元运作正常； (b)供氧单元的运行测试步骤 (bl)开启所述供氧单元的控制阀，将所述多个氧气瓶的压缩氧气经由所述汇流排、减压阀后输送至所述氧气箱，同时对氧气输送管路执行0.5小时以上、压力不低于0.45Mpa的承压测试:其中当压力表读数下降不超过5%的情况下，判定供氧单元运作平稳，并继续执行步骤(b2)； (b2)分别采用压力表和流量计来检测、计算得出供氧出口的供氧压力和供氧流量，同时判断供氧出口的实际压力是否在0.1MPa a?0.2Mpa的范围、人均供氧量不低于0.51/min，供氧流速不超过30m/s，并在这些参数均满足以上数值范围的情形下，判定供氧单元运作正常； (c)空气净化单元的的运行测试步骤 (cI)关闭救生舱舱门，在舱内打开CO2气瓶开关以通入适当的CO2气体，当舱内CO2浓度达到1.0%时停止供气； (c2)根据舱内额定容纳人数和人均0.5L/min的处理要求，以(0.4?0.6) X额定容纳人数X L/min的流量连续通入C02气体，同时以最大流量开启所述空气净化单元； (c3)所述空气净化单元平稳工作后开始测试，并以规定时间间隔依次记录救生舱内空间的CO2浓度值，并在这些CO2浓度值满足〈1.0 %的要求的情形下，判定空气净化单元运作正常。6.如权利要求5所述的运行测试方法，其特征在于，对于上述步骤(a3)或者步骤(b2)而言，优选还采用声级计在距离所述供风单元、供氧单元噪声源Im的采样点进行测试，测试3次以上取其平均值，并在所述平均值不大于70dB的情形下，判定此供风单元或供氧单元的连续噪音性能符合要求。7.如权利要求5或6所述的运行测试方法，其特征在于，对于上述步骤(b2)而言，优选还包括计算得出救生舱内的氧气浓度值，并在该氧气浓度值在18.5 %?23.0 %之间时，判定此供氧单元运作正常。8.如权利要求5-7任意一项所述的运行测试方法，其特征在于，对于上述步骤(c3)而言，优选还包括对救生舱内粉尘的检测，并在所述粉尘率不大于2%的情形下，判定该空气净化单元运作正常。9.如权利要求5-8任意一项所述的运行测试方法，其特征在于，对于作为测试本体的隧道施工救生舱而言，其优选包括箱体结构的舱体、设置在该舱体前后端面的方形舱门，以及设置在该舱体左右侧面的逃生门。10.如权利要求5-9任意一项所述的运行测试方法，其特征在于，对于作为测试本体的隧道施工救生舱而言，其优选包括小型舱、中型舱、大型舱和特大型舱四种类型，其中: 所述小型舱的外形尺寸规格为长2700mmX宽1700 X高2200mm或者3000mmX宽1700 X高2200mm，额定容纳人数< 7人，额定保障时间为72小时或者120小时； 所述中型舱的外形尺寸规格为长3200mmX宽2000 X高2500mm或者3500mm X宽2000 X高2500mm，额定容纳人数8?10人，额定保障时间为72小时或者120小时； 所述大型舱的外形尺寸规格为长4000mmX宽2000 X高2500mm或者4400mmX宽2000 X高2500mm，额定容纳人数11?15人，额定保障时间为72小时或者120小时； 所述超大型舱的外形尺寸规格为长4000mmX宽2500\高2500111111或者440011111^宽2500X高2500mm，额定容纳人数16?20人，额定保障时间为72小时或者120小时。
【文档编号】E21F11/00GK105822343SQ201610367448
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】苗德海, 王伟, 王春梅, 陈丹东, 韩向阳, 杨光, 李鸣冲, 颜志伟, 程聪
【申请人】中铁第四勘察设计院集团有限公司, 武汉船舶设计研究院有限公司