一种公路隧道钻爆法超长距离独头掘进施工通风净化系统的制作方法

1.本发明涉及公路隧道施工技术领域，具体涉及一种公路隧道钻爆法超长距离独头掘进施工通风净化系统。


背景技术：

2.公路隧道施工常采用钻爆法开挖、燃油机械和车辆进行作业，在洞内相对密闭的环境下，产生的燃油尾气、爆破烟尘很难自然消散，再加上保障工作人员的呼吸，就需要排出洞内污浊空气，送入新鲜空气。通常的隧道施工通风方法，是在洞口安置轴流风机，从洞外压入新鲜风，通过软风管送至掌子面，污浊空气沿主洞从洞口排出洞外。
3.该种施工通风方法，一般适用于单头掘进长度不超过2000m的隧道，当掘进长度过大时，送风管的风量风压损失过大，通风效率不高。特别是在掌子面爆破作业时，为避免受爆破冲击损坏送风管，一般需须停风并拆除前端几十米风管；爆破后在严重污染的空气中，由人工将风管接至距离掌子面20～30m，然后开启轴流风机对掌子面送新鲜风。重新通风所消耗时间，一般在半小时以上，多则一个多小时，才能勉强达到作业条件。
4.随着掘进长度的增加，反复拆、接风管消耗时间愈长，通风效率愈低，作业环境愈差。虽然可以通过增设接力风机的形式增大送风管长度，但在现有工程设备和技术条件下，也很难突破3000m的独头掘进距离。另外，污浊空气行进路径贯穿整个已开挖的洞身空间，从洞口排出，全隧都处于持续二次污染中。
5.如何快速净化超长距离独头掘进隧道作业面的空气质量，改善作业环境，是制约施工进度的一个重要因素。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是需要通过轴流风机从洞口沿软风管泵入新鲜空气至掌子面，随着掘进长度的增加，反复拆、接风管消耗时间愈长，通风效率愈低，作业环境愈差，目的在于提供一种公路隧道钻爆法超长距离独头掘进施工通风净化系统，解决了净化超长距离独头掘进隧道作业面的空气质量问题。
7.本发明通过下述技术方案实现：
8.一种公路隧道钻爆法超长距离独头掘进施工通风净化系统，包括：
9.移动式基座，其设置在隧道的掌子面处，且可沿所述隧道的自由移动；
10.除尘系统，其固定设置在所述移动式基座上，且净化空气中的扬尘；
11.供氧系统，其固定设置在所述移动式基座上，且排出洁净空气；
12.检测系统，其固定设置在所述移动式基座上，且检测对应位置的空气质量；
13.动力系统，其固定设置在所述移动式基座内，且为所述除尘系统、所述供氧系统、所述检测系统提供动力；
14.控制系统，其信号端与所述除尘系统、所述供氧系统、所述动力系统和所述检测系统的信号端电连接。
15.具体地，所述除尘系统包括吸尘组件；
16.所述吸尘组件包括：
17.底座，其水平放置在所述移动式基座上；
18.支架，其下端与所述底座固定连接；
19.进风管，其固定设置在所述支架的上端，且具有进风口和出风口；
20.除尘布袋，其与所述支架固定连接，且具有进风口和出尘口，所述进风口设置在所述出尘口的上方；
21.储尘盒，其与所述支架固定连接，且所述储尘盒的进口与所述除尘布带的除尘口可拆卸连接；
22.连接风道，其设置在所述进风管的出风口与所述除尘布袋的进风口之间，且所述连接风道与所述除尘布袋可拆卸连接；
23.吸风扇，其固定设置在所述进风管内，且风向沿所述进风管的进风口指向所述进风管的出风口，所述吸风扇与所述控制系统电连接。
24.进一步，所述除尘系统还包括除尘组件；
25.所述除尘组件包括：
26.水箱，其放置在所述移动式基座上；
27.水雾炮，其设置在所述水箱上，且所述水雾炮的进水端与所述水箱连通，所述水雾炮包括：
28.炮管，其具有进风端和出风端；
29.雾化喷头，其固定设置在所述炮管的出风端处；
30.水泵，其进水端与所述水箱内部连通，所述水泵的出水端与所述雾化喷头连通；
31.吹风扇，其设置在所述炮管内，且风向沿所述炮管的进风端指向所述炮管的出风端，所述吹风扇与所述控制系统电连接。
32.优选地，所述水箱与所述水雾炮之间设置有调节组件，所述调节组件包括：
33.转动台，其固定面与所述水箱固定连接；
34.第一升降杆，其固定端与所述转动台的转动面固定连接，所述第一升降杆的升降端与所述炮管的进风端连接；
35.第二升降杆，其固定端与所述转动台的转动面固定连接，所述第二升降杆的升降端与所述炮管的出风端连接；
36.其中，所述炮管的出风端位于所述炮管的进风端的上方，所述转动台、所述第一升降杆和所述第二升降杆均与所述控制系统电连接。
37.具体地，所述供氧组件设置在所述吸尘组件与所述除尘组件之间，所述供氧组件包括：
38.移动制氧站，其与所述控制系统电连接；
39.储气瓶，其出气口与所述移动制氧站的进气口连通。
40.具体地，所述检测系统包括：
41.co/vi浓度监测传感器，其用于检测所述隧道内的co/vi浓度；
42.o2浓度监测传感器，其用于检测所述隧道内的o2浓度；
43.co2浓度监测传感器，其用于检测所述隧道内的co2浓度；
44.光学能见度传感器，其用于检测所述隧道的光学能见度；
45.风速风向传感器，其用于检测所述隧道的风速值和风向；
46.视频摄像机，其用于获取所述隧道的视频图像；
47.所述co/vi浓度监测传感器、所述o2浓度监测传感器、所述co2浓度监测传感器、所述光学能见度传感器、所述风速风向传感器、所述视频摄像机的信号端均与所述控制系统的信号端电连接。
48.具体地，所述控制系统包括：
49.远程数据传输模块，其用于发送或接受远程数据，所述远程数据传输模块与洞外监控中心通信连接；
50.控制模块，其与所述远程数据传输模块电连接后与所述洞外监控中心通信，所述控制模块的控制端与所述吸风扇、所述水泵、所述吹风扇、所述转动台、所述第一升降杆、所述第二升降杆和所述移动制氧站的控制端电连接，所述控制模块的信号输入端与所述co/vi浓度监测传感器、所述o2浓度监测传感器、所述co2浓度监测传感器、所述光学能见度传感器、所述风速风向传感器、所述视频摄像机的信号端电连接。
51.优选地，所述远程数据传输模块为2.4/5.0g数据传输模块。
52.作为一个实施例方式，所述移动式基座为民用工程皮卡货车，所述除尘系统和所述供氧系统置于所述民用工程皮卡货车的货斗内，所述检测系统和所述控制系统置于所述民用工程皮卡货车的的车顶，所述动力系统为所述民用工程皮卡货车的发动机。
53.具体地，所述民用工程皮卡货车的驾驶舱密封；
54.爆破作业时，操作人员位于所述民用工程皮卡货车的驾驶舱内；
55.爆破作业后，操作人员位于所述民用工程皮卡货车的驾驶舱内，并启动所述除尘组件除尘；
56.除尘完成后，操作人员工作，并启动所述供氧系统维持掌子面处氧气浓度。
57.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
58.本发明通过移动式基座承载除尘系统和供氧系统，并使其可以在隧道从内进行移动，通过检测系统检测隧道内的空气情况，最终通过除尘系统可以除去隧道内空气内的扬尘，通过供氧系统保证适当位置的氧气浓度；
59.本发明不改变现有公路隧道钻爆法施工的基本工法工艺，新增施工通风净化系统设备占地小，结构较简单，投资小，便于移动，推广阻力小。
60.减少风管通风设备，避免了掘进长度过大时的效率损失，减少拆风管和接风管的工序，节省施工时间，并减少施工通风对后续工序的干扰。
61.设备整合性高，不需要单独外接风管、水管及电源，操作简便，并可快速、整体转移至其他工区，一套设备可为多个工区使用服务。
附图说明
62.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
63.图1是根据本发明所述的一种公路隧道钻爆法超长距离独头掘进施工通风净化系
统的结构示意图。
64.图2是根据本发明所述的吸尘组件的结构示意图。
65.图3是根据本发明所述的除尘组件的结构示意图。
66.图4是根据本发明所述的供氧系统的结构示意图。
67.附图标记：1-移动式基座，2-供氧系统，3-吸尘组件，4-检测系统，5-除尘组件；
68.21-移动制氧站，22-储气瓶；
69.31-底座，32-支架，33-进风管，34-除尘布袋，35-储尘盒，36-连接风道，37-吹风扇；
70.51-水箱，52-炮管，53-雾化喷头，54-水泵，55-转动台，56-第一升降杆，57-第二升降杆。
具体实施方式
71.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
72.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
73.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
74.实施例一
75.如图1所示，一种公路隧道钻爆法超长距离独头掘进施工通风净化系统，包括移动式基座1、除尘系统、供氧系统2和检测系统4。
76.移动式基座1设置在隧道的掌子面处，且可沿隧道的自由移动，一般情况下设置在隧道的掌子面处，其便于对隧道掌子面的空气环境进行监控和调节，但是在需要进行爆破时，可以将其移动至安全位置，保证净化系统的安全性，在爆破完成后再将其移回工作位置，进行通风净化。
77.除尘系统固定设置在移动式基座1上，且净化空气中的扬尘，避免操作人员长时间位于扬尘环境中，造成尘肺病等职业病。
78.供氧系统2固定设置在移动式基座1上，且排出洁净空气，通过排出洁净空气，实现对区域的氧气浓度的调节，避免因为长时间的施工(操作人员耗费氧气/燃料燃烧耗费氧气)而导致氧气浓度过低，引发危险。
79.检测系统4固定设置在移动式基座1上，且检测对应位置的空气质量；可以根据检测的空气质量，并通过除尘系统和供养系统实现空气质量的调节，最终实现自动化。
80.动力系统固定设置在移动式基座1内，且为除尘系统、供氧系统2、检测系统4提供动力，为各个系统提供电力。
81.控制系统的信号端与除尘系统、供氧系统2、动力系统和检测系统4的信号端电连接。控制系统可以为现阶段常见的单片机，通过简单的单片机编程即可以实现控制。
82.实施例二
83.本实施例对除尘系统的结构加以说明，如图2和图3所示，除尘系统包括吸尘组件3和除尘组件5。
84.吸尘组件3包括底座31、支架32、进风管33、除尘布袋34、储尘盒35、连接风道36和吸风扇。
85.底座31水平放置在移动式基座1上，底座31可以不与移动式基座1固定，实现可拆卸。
86.吸风扇固定设置在进风管33内，且风向沿进风管33的进风口指向进风管33的出风口，即通过吸风扇来提供动力，实现空气的流动，吸风扇与控制系统电连接，通过控制系统控制其启闭。
87.支架32的下端与底座31固定连接，并对进风管33、除尘布袋34、储尘盒35等进行位置固定。进风管33固定设置在支架32的上端，且具有进风口和出风口，本实施例中进风管33水平设置。
88.除尘布袋34与支架32固定连接，且具有进风口和出尘口，进风口设置在出尘口的上方；储尘盒35与支架32固定连接，且储尘盒35的进口与除尘布带的除尘口可拆卸连接；
89.除尘布袋34上具有空气可穿过但扬尘不可穿过的细孔，通过进风管33吸入带扬尘的空气后，扬尘被除尘布袋34拦截在除尘布袋34内，空气穿过扬尘布袋的细孔排出，实现了对扬尘的过滤。堆积在除尘布袋34内的扬尘，在重力的作用下落入储尘盒35内，后期可以对除尘布袋34和储尘盒35进行更换和维护。除尘布袋34可拆卸和快速更换，提供可持续作业能力。
90.连接风道36设置在进风管33的出风口与除尘布袋34的进风口之间，且连接风道36与除尘布袋34可拆卸连接；连接风道36用于连通，可以根据改变风道来实现进风管33与除尘布袋34之间的连接。
91.实施例三
92.通过吸尘组件3可以实现对扬尘的控制，但是其需要进行空气循环，除尘效率相对降低，因此本实施例中的除尘系统还包括除尘组件5，除尘组件5包括水箱51和水雾炮。
93.水箱51放置在移动式基座1上，并设置有加水口，可以根据使用情况进口加水，不需要单独接入水管。
94.水雾炮设置在水箱51上，且水雾炮的进水端与水箱51连通，通过水雾炮喷出水雾，对空气中的扬尘进行吸附。
95.水雾炮包括炮管52、雾化喷头53、水泵54和吹风扇37。
96.炮管52具有进风端和出风端，雾化喷头53固定设置在炮管52的出风端处，水泵54的进水端与水箱51内部连通，水泵54的出水端与雾化喷头53连通，吹风扇37设置在炮管52内，且风向沿炮管52的进风端指向炮管52的出风端，吹风扇37与控制系统电连接。
97.通过吹风扇37使炮管52内部进行气流，然后通过水泵54将水箱51内的水泵54送至雾化喷头53处进行雾化，最终将水雾喷至空气中，通过水雾对空气中的扬尘进行吸附，实现除尘。
98.另外，为了避免水雾炮只向一个方向喷射水雾，水箱51与水雾炮之间设置有调节组件，调节组件包括转动台55、第一升降杆56和第二升降杆57。
99.转动台55固定面与水箱51固定连接，第一升降杆56的固定端与转动台55的转动面固定连接，第一升降杆56的升降端与炮管52的进风端连接，第二升降杆57的固定端与转动台55的转动面固定连接，第二升降杆57的升降端与炮管52的出风端连接；
100.其中，炮管52的出风端位于炮管52的进风端的上方，转动台55、第一升降杆56和第二升降杆57均与控制系统电连接。
101.通过转动台55改变水雾炮的喷射方向，通过第一升降杆56和第二升降杆57的配合，改变炮管52的出风口的高度，实现对角度的改变。
102.实施例四
103.因为操作人员、操作机械等均需要消耗氧气进行工作，因此将供氧组件设置在吸尘组件3与除尘组件5之间，供氧组件包括移动制氧站21和储气瓶22。
104.移动制氧站21与控制系统电连接，储气瓶22的出气口与移动制氧站21的进气口连通，通过移动制氧站21对储气瓶22内的压缩气进行加工，最终排出洁净空气，实现对施工位置的氧气浓度的调节。
105.通过持续的排出洁净空气，可以直接从内部将经过过滤后的空气从隧道内挤出，实现排气的目的。
106.实施例五
107.检测系统4包括co/vi浓度监测传感器、o2浓度监测传感器、co2浓度监测传感器、光学能见度传感器、风速风向传感器、视频摄像机。
108.co/vi浓度监测传感器用于检测隧道内的co/vi浓度；
109.o2浓度监测传感器用于检测隧道内的o2浓度；
110.co2浓度监测传感器用于检测隧道内的co2浓度；
111.光学能见度传感器用于检测隧道的光学能见度；
112.风速风向传感器用于检测隧道的风速值和风向；
113.视频摄像机用于获取隧道的视频图像；
114.co/vi浓度监测传感器、o2浓度监测传感器、co2浓度监测传感器、光学能见度传感器、风速风向传感器、视频摄像机的信号端均与控制系统的信号端电连接。
115.通过上述传感器实现对空气的检测，并将其传输至控制系统。
116.控制系统包括远程数据传输模块和控制模块。
117.远程数据传输模块用于发送或接受远程数据，远程数据传输模块与洞外监控中心通信连接，远程数据传输模块为2.4/5.0g数据传输模块。可将作业面各传感器采集的数据实时传输至洞外监控中心，便于指挥决策，并接收监控的指令。
118.控制模块与远程数据传输模块电连接后与洞外监控中心通信，控制模块的控制端与吸风扇、水泵54、吹风扇37、转动台55、第一升降杆56、第二升降杆57和移动制氧站21的控制端电连接，控制模块的信号输入端与co/vi浓度监测传感器、o2浓度监测传感器、co2浓度监测传感器、光学能见度传感器、风速风向传感器、视频摄像机的信号端电连接。
119.控制模块可以为单片机等，通过编制现有程序即可以实现上述功能，即可以根据洞外监控中心的远程指令，向吸风扇、水泵54、吹风扇37、转动台55、第一升降杆56、第二升降杆57和移动制氧站21等发出控制信号，控制其启动或关闭。
120.或者可以根据co/vi浓度监测传感器、o2浓度监测传感器、co2浓度监测传感器、光学能见度传感器、风速风向传感器等检测的指标，并与提前设定在控制模块内的默认值进行对比，当满足需要净化控制的情况时，控制上述各个元件工作。
121.最终实现自动/远程控制的目的，同时各个工作现场空气质量数据实时传输至监
控中心，便于指挥调度，使整体施工组织安排更合理。
122.除尘系统和供氧系统2的开启时间及强度，根据各项传感器采集的现场数据分析，智能化控制，按需启动，也可由监控中心远程控制；爆破作业后仅需开启除尘系统进行除尘作业；在有人员和燃油机械工作时候，开启制氧设备维持工作面的氧气浓度。
123.实施例六
124.移动式基座1可以为主动移动式(自己具备移动功能)或者被动移动式(需要额外的器械拖动)，本实施例中为主动移动式，即移动式基座1为民用工程皮卡货车，除尘系统和供氧系统2置于民用工程皮卡货车的货斗内，检测系统4和控制系统置于民用工程皮卡货车的的车顶，动力系统为民用工程皮卡货车的发动机。
125.民用工程皮卡货车的驾驶舱密封，且可以利用车载空气净化器为驾乘人员提供清洁空气。
126.本系统常置于隧道掌子面作业区间，或其他需要净化空气的作业面，根据需要开启空气净化和送氧作业；在掌子面爆破时撤离至安全距离待避；在爆破完成后移动至掌子面开启空气净化作业。
127.爆破作业时，操作人员位于民用工程皮卡货车的驾驶舱内，所有的操作人员均在车内，不接触作业面的污浊空气，保护工作人员的劳动健康，减少尘肺病发生概率。
128.爆破作业后，操作人员位于民用工程皮卡货车的驾驶舱内，并启动除尘组件5除尘，操作人员暂不外出，待将空气净化后再出车，并且将作业面产生的污浊空气就地消化，避免传统风管压入式通风带来的全洞二次污染，有效改善后续防水、二衬、电缆沟、路面等其他作业面的工作环境。
129.除尘完成后，操作人员工作，并启动供氧系统2维持掌子面处氧气浓度。在有人员和燃油机械工作时候，开启制氧设备维持工作面的氧气浓度。
130.利用载具的快速移动性，将传统爆破后至除尘作业的时间间隔由半小时缩短至5分钟，提高隧道施工作业循环速度。
131.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
132.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
133.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。