一种高地温隧道二衬台车定点降温系统及其应用方法

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种高地温隧道二衬台车定点降温系统及其应用方法。

背景技术：

1、近年来，随着我国对各类基础设施建设的不断完善，云南、西藏、新疆等地区的交通工程建设在飞速发展，在建设铁路的过程中，隧道的应用和建设数量不断增大，而这些地区均是高温(>150℃)地热地区，高地温隧道大量出现，如藏铁路全线约有15个隧道可能存在高温热害，已开工建设的拉林线桑珠岭隧道开挖最高岩温达86℃，拉日铁路的帕当山隧道的最高温度达76.4℃等。

2、高地温隧道的出现给施工带来一系列亟待解决的问题，如在初期支护喷混凝土时，高地热作用会导致喷射混凝土的回弹量增大，后期强度大幅下降；还会出现喷射混凝土与岩石面粘结力降低，甚至出现无粘结强度现象，进而导致无法实施常规混凝土喷射。又如在衬砌混凝土时，温度较高使得水化热不能及时散出，引起混凝土内部温度升高，导致衬砌混凝土开裂，影响隧道衬砌结构的整体稳定性，甚至破坏衬砌结构。因此，在隧道，尤其是高地温隧道施工过程中，倘若能采取有效的降温方法，对于提高施工效率、避免或减少衬砌混凝土开裂、改善施工环境等具有重要意义。

3、目前工程实践所采用的降温办法如通风降温，随着通风时间的延长，环境降温的效率急速衰减，最后的温度向出风口温度接近，难以将隧道温度保持在适宜温度；其他方法还有铺设隔热层、设置缓冲材料、喷雾洒水降温等方式，但这些方式的降温效率低、效果不显著，降温系统也不完善。

4、综上所述，急需提供一种高地温隧道二衬台车定点降温系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高地温隧道二衬台车定点降温系统及其应用方法，以解决现有技术中存在的技术问题，具体技术方案如下：

2、一方面

3、一种高地温隧道二衬台车定点降温系统，包括抽出式风机，所述抽出式风机设置于二衬台车a上，所述抽出式风机进风端与隧道通风管道连接，用于吸入新鲜空气；所述抽出式风机出风端设有分流器，所述分流器将新鲜空气分流，分流后的新鲜空气经冷凝器冷却后输送至二衬台车a各级作业平台，实现对高地温隧道二衬台车a的定点降温。

4、进一步的，所述分流器连接有多根分流管；多根所述分流管均分为两组，两组所述分流管将新鲜空气分流至二衬台车a左右两侧。

5、进一步的，所述分流器末端设置有单向阀，所述单向阀用于控制新鲜空气在分流管内单向流动。

6、进一步的，所述冷凝器设置有两个，两个所述冷凝器设置于二衬台车a上，每个所述冷凝器连接一组分流管。

7、进一步的，所述冷凝器内设置多个u型回路。

8、进一步的，所述冷凝器输出端连接有隔温管，所述隔温管设有多根，多根所述隔温管将低温空气输送至二衬台车a各级作业平台。

9、进一步的，所述二衬台车各级作业平台上设置有感温风向调节器，所述感温风向调节器与隔温管连接；所述感温风向调节器包括多个阵列式布置的温度传感器和可调节式风口。

10、进一步的，所述隔温管包括工作管，所述工作管外层依次设置有保温层和外壳。

11、另一方面

12、一种高地温隧道二衬台车定点降温系统的应用方法，使用上述高地温隧道二衬台车定点降温系统进行降温，包括如下步骤：

13、步骤一、将抽出式风机布置在二衬台车顶部一端，将抽出式风机与隧道内通风管道连接，吸入外界新鲜空气；

14、步骤二、将抽出式风机通过风管与分流器连接，分流器与多根分流管连接，分流器将输入的新鲜空气均匀分成多股气流；分流器出口安装有单向阀，单向阀控制各分流管内气流的单向流动；多根分流管均分为两组，两组分流管将新鲜空气分流至二衬台车左右两侧，两组分流管各连接一个冷凝器，冷凝器对新鲜空气进行冷却降温；

15、步骤三、在冷凝器出口安装隔温管，隔温管对称布置于台车上，沿台车左右两侧竖向支柱自上而下固定，低温空气经隔温管输送至各级作业平台顶部设置的感温风向调节器；

16、步骤四、感温风向调节器安装在各级作业平台顶部，阵列式布置的温度传感器和可调节式风口均朝下布置在感温风向调节器表面；感温风向调节器通过阵列式布置的温度传感器实时捕捉各作业平台温度场的时空分布信号，基于对温度场的高温信号的识别，可调节式风口动态调节出风风向，低温空气输送至高温作业区，最终实现高地温隧道二衬台车定点降温。

17、进一步的，应用如上方法对高地温隧道二衬台车进行定点降温，抽出式风机通过改变运行功率调节进风量，从隧道通风管道内吸入新鲜空气。作业区所需风量计算公式如式1)所示：

18、q′＝q1+q2+q3 1)；

19、式1)中，q1为作业人数所需通风量；q2为内燃机械设备所需通风量；q3为隧道最低风速所需通风量；

20、q1＝q·k·m 2)；

21、

22、q3＝v·s·60 4)；

23、式2)、3)、4)中：q为作业区每一作业人员的需风量；k为风量备用系数；m为作业区的作业人数；ti为利用率系数；k为内燃机械设备运行1kw所需供风量；ni为各机械设备的功率；v为隧道内允许最小风速；s为隧道最大开挖面积；

24、风机功率计算如公式5)所示：

25、w＝q·hf·k′/(60η)5)；

26、式5)中：q为风机供风量；hf为风机工作风压；k'为功率储备系数；η为风机工作效率。

27、应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

28、(1)本发明提供一种高地温隧道二衬台车定点降温系统，包括抽出式风机，所述抽出式风机设置于二衬台车a上，所述抽出式风机进风端与隧道通风管道连接，用于吸入新鲜空气；所述抽出式风机出风端设有分流器，所述分流器将新鲜空气分流，分流后的新鲜空气经冷凝器冷却后输送至二衬台车a各级作业平台，实现对高地温隧道二衬台车a的定点降温。本装置安装方便、结构简单，占用空间小，不影响隧道施工正常作业，能够跟随隧道台车行进工作，在隧道施工过程中，降温系统安装在二衬台车上进行降温工作。

29、(2)本发明中，通过改变抽出式风机运行功率和控制单向阀的开闭，能够灵活调节低温空气输送区域和强度，通过冷凝器控制输出的低温空气温度，并基于感温风向调节器智能捕捉识别温度场的时空分布信号，实时自动调节低温空气的输送方向，能够有效地定点定向降低二衬台车各作业区空气温度。

30、(3)本发明中，冷凝器内设置多个u型回路，以增大气流接触面积，提高新鲜空气的冷却效率。

31、(4)本发明还提供一种高地温隧道二衬台车定点降温系统的应用方法，该方法步骤简单，操作方便，可灵活有效的定点降低二衬台车各作业区域温度。

32、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，包括抽出式风机(1)，所述抽出式风机(1)设置于二衬台车a上，所述抽出式风机(1)进风端与隧道通风管道连接，用于吸入新鲜空气；所述抽出式风机(1)出风端设有分流器(2)，所述分流器(2)将新鲜空气分流，分流后的新鲜空气经冷凝器(3)冷却后输送至二衬台车a各级作业平台，实现对高地温隧道二衬台车a的定点降温。

2.根据权利要求1所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述分流器(2)连接有多根分流管(4)；多根所述分流管(4)均分为两组，两组所述分流管(4)将新鲜空气分流至二衬台车a左右两侧。

3.根据权利要求2所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述分流器(2)末端设置有单向阀，所述单向阀用于控制新鲜空气在分流管(4)内单向流动。

4.根据权利要求2所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述冷凝器(3)设置有两个，两个所述冷凝器(3)设置于二衬台车a上，每个所述冷凝器(3)连接一组分流管(4)。

5.根据权利要求1所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述冷凝器(3)内设置多个u型回路。

6.根据权利要求1所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述冷凝器(3)输出端连接有隔温管(5)，所述隔温管(5)设有多根，多根所述隔温管(5)将低温空气输送至二衬台车a各级作业平台。

7.根据权利要求6所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述二衬台车各级作业平台上设置有感温风向调节器(6)，所述感温风向调节器(6)与隔温管(5)连接；

8.根据权利要求6所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统，其特征在于，所述隔温管(5)包括工作管，所述工作管外层依次设置有保温层和外壳。

9.一种高地温隧道二衬台车定点降温系统的应用方法，其特征在于，使用如权利要求1-8中任意一项所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统进行降温，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的高地温隧道二衬台车定点降温系统的应用方法，其特征在于，所述抽出式风机通过改变运行功率调节进风量，作业区所需风量计算公式如式1)所示：

技术总结
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种高地温隧道二衬台车定点降温系统及其应用方法；本发明中，抽出式风机将新鲜空气压入分流器；单向阀控制分流器出口形成的气流股数，进而调节气流输送区域和强度；分股气流通过分流管输送至冷凝器，冷凝器输出低温空气，经隔温管将低温空气自上而下输送至各级作业平台顶部的感温风向调节器，感温风向调节器表面阵列式布置温度传感器和可调节式风口，阵列式温度传感器实时捕捉各作业平台温度场的时空分布信号，基于温度场的高温信号的实时分析，可调节式风口动态调节低温空气的输出风向，最终实现智能深度定点降温。

技术研发人员：杨伟超,王剑,邓锷,童建勇,刘捷,宋金深,蔡永昌,雷明锋
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21