高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)及通風(fēng)升溫施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)及通風(fēng)升溫施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在低溫地區(qū)或平均海拔2600米以上的高海拔高寒地區(qū)(也稱高原高寒地區(qū))隧道施工過程中，低溫造成的施工影響較為顯著，直接影響到施工安全、質(zhì)量及進(jìn)度。其中，高寒地區(qū)指海拔高、常年低溫且凍土常年不化的地區(qū)。目前，隧道施工過程中普遍采用的隧道環(huán)境升溫方法主要有以下三種:第一、鍋爐供暖空氣加熱技術(shù)，其原理是利用鍋爐升溫提供熱源(蒸汽或熱水)，廠家購置SRL型或SRZ空氣加熱器(原理同暖氣片供暖)，為隧道內(nèi)區(qū)域環(huán)境空氣供暖升溫；第二、暖風(fēng)機(jī)供暖技術(shù)，熱媒采用飽和蒸汽或電熱，為隧道內(nèi)區(qū)域環(huán)境空氣供暖升溫；第三、通風(fēng)空氣預(yù)加熱技術(shù)，利用洞口鍋爐房蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽，調(diào)節(jié)送入暖風(fēng)機(jī)，暖風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱風(fēng)送達(dá)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口，達(dá)到進(jìn)洞空氣加熱的目的。
[0003]上述三種現(xiàn)有的隧道環(huán)境升溫技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備均不同程度地存在缺陷和不足，其中前兩種類升溫方法只能對(duì)洞內(nèi)局部區(qū)域進(jìn)行升溫，不能滿足低溫環(huán)境下的供暖需求，并且在洞內(nèi)狹小空間里設(shè)備易被碰撞影響施工；第三種升溫方法采用鍋爐房洞外提供熱源，污染較大，配置人員多，因熱能輸送距離過大，過程散熱損失大，隧道掘進(jìn)深度較大后掌子面施工區(qū)域供暖效果較差。
[0004]針對(duì)上述三種現(xiàn)有的隧道環(huán)境升溫技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備存在的缺陷和不足，高海拔高寒地區(qū)隧道施工過程中針對(duì)低溫造成的施工影響，需解決以下問題:第一、高原高寒地區(qū)在低溫環(huán)境下，隧道壓入式通風(fēng)供入洞內(nèi)的空氣低溫，造成洞內(nèi)掌子面及之后的襯砌施工區(qū)域環(huán)境溫度下降，影響初期支護(hù)噴射砼、襯砌砼、仰拱及仰拱填充砼的強(qiáng)度上升，影響施工進(jìn)度及洞內(nèi)施工人員身體健康；第二、在未進(jìn)行通風(fēng)升溫情況下，洞外環(huán)境溫度降低于o°c時(shí)，冷空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)及風(fēng)管壓入洞內(nèi)，如低溫空氣進(jìn)入造成通風(fēng)管前端洞內(nèi)環(huán)境溫度下降，初期支護(hù)完成后，地下水滲透過噴射砼形成冰凌，圍巖與噴射砼間極易造成凍脹、造成初期支護(hù)變形開裂，形成安全隱患；第三、現(xiàn)有隧道內(nèi)環(huán)境升溫方法，所采用方法步驟及設(shè)備復(fù)雜，洞內(nèi)污染大，設(shè)備配套人員多，在洞內(nèi)占用施工面積太大，在隧道內(nèi)狹小空間里設(shè)備易被碰撞影響施工；第四、現(xiàn)有洞口供風(fēng)升溫方法，所采用洞外鍋爐升溫污染大，熱能供應(yīng)不穩(wěn)定，設(shè)備配套人員多；洞口供風(fēng)升溫后通過風(fēng)管運(yùn)輸距離長，通過風(fēng)管運(yùn)輸過程中熱能大量散失，采用隧道獨(dú)頭壓入式通風(fēng)時(shí)，經(jīng)洞口升溫的熱風(fēng)經(jīng)過長距離運(yùn)輸后，熱能就已經(jīng)喪失殆盡。
[0005]我國國土面積分布著廣闊的高海拔高寒地區(qū)，這些地區(qū)由于其地域的特點(diǎn)，鐵路及公路施工有著與平原施工諸多不同，因其地域海拔高、冰川及多年積雪等因素使該地區(qū)氣候寒冷，且持續(xù)時(shí)間長。在尚海拔、尚寒地區(qū)修建鐵路及公路隧道，由于尚原特有的環(huán)境，低氣壓、低含氧量、低氣溫造成的施工影響大，洞內(nèi)外施工人員及機(jī)械設(shè)備工效嚴(yán)重下降，隧道內(nèi)環(huán)境溫度直接影響到混凝土圬工質(zhì)量，造成施工進(jìn)度緩慢，施工人員洞內(nèi)工作環(huán)境惡劣，如何克服高原高寒地區(qū)環(huán)境造成的影響，提高洞內(nèi)圬工施工質(zhì)量，提高施工進(jìn)度，改善施工人員洞內(nèi)工作環(huán)境，是重中之重要做的事。如對(duì)國道317線雀兒山段(以下簡稱雀兒山隧道)進(jìn)行隧道施工時(shí)，該路段處于高海拔地區(qū)地形地質(zhì)復(fù)雜，地勢險(xiǎn)峻、氣候惡劣、地質(zhì)復(fù)雜且海拔高(主峰海拔6168米，公路通過埡口海拔5050米)，致使該路段道路崎嶇狹窄、技術(shù)等級(jí)低、交通狀況和通行能力差，災(zāi)難性的交通事故和非交通事故時(shí)有發(fā)生。雀兒山隧道的正洞長7079m，平行導(dǎo)洞(簡稱平導(dǎo))布設(shè)于正洞左側(cè)約33m，與正洞大致平行，平導(dǎo)的長度7108米。該路段的地貌屬高山-極高山冰川地貌，氣候?qū)俑咴綆X高寒氣候，具有海拔高、地應(yīng)力高、低氣溫、地含氧量、低氣壓的特點(diǎn)。隧道圍巖主要以燕山期的花崗巖體為主，出口為厚度較大的冰積塊碎石土層，隧道圍巖級(jí)別以II1、IV級(jí)為主，出口段以及斷層破碎帶為V級(jí)圍巖。隧道深埋段處于高應(yīng)力-極高應(yīng)力區(qū)，開挖過程中可能伴隨巖爆現(xiàn)象發(fā)生。地下水類型主要為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。植被稀少，分布在山體坡面，以低矮灌木和雜草為主。區(qū)內(nèi)有凍土、涎流水、崩塌、滑坡、泥石流、積雪、雪崩等不良地質(zhì)發(fā)育。
[0006]目前，對(duì)如國道317線雀兒山段的高海拔高寒地區(qū)山嶺隧道進(jìn)行施工時(shí)，主要存在以下難題:第一、同條件隧道施工通風(fēng)經(jīng)驗(yàn)缺乏:目前國內(nèi)乃至世界上無同條件施工通風(fēng)成功經(jīng)驗(yàn)；施工中需要現(xiàn)場施工技術(shù)人員對(duì)洞內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、分析、動(dòng)態(tài)調(diào)整通風(fēng)施工方案，合理增加配置施工通風(fēng)設(shè)備；第二、適用高海拔高寒地區(qū)隧道的通風(fēng)設(shè)備缺乏:受到高原低氣壓、低含氧量影響，施工機(jī)械設(shè)備功效下降40%左右，由于氣壓低空氣稀薄，含氧量夏季僅為平原地區(qū)的60%，冬季僅為55% ;柴油機(jī)設(shè)備在這樣的環(huán)境下工效低、耗油量大、尾氣排放嚴(yán)重；電動(dòng)設(shè)備在這種環(huán)境下工效低、耗電量大、電器故障頻發(fā)；國產(chǎn)眾多工程機(jī)械適用于高原施工的并不多，雖然也有高原型機(jī)械設(shè)備，但是使用工效下降、通風(fēng)距離大打折扣的問題仍然較為顯著；第三、高海拔高寒地區(qū)低溫造成影響:在長期嚴(yán)寒低溫環(huán)境下，隧道施工通風(fēng)又面臨新的難題，隧道采用壓入式通風(fēng)供入洞內(nèi)的空氣低溫，造成洞內(nèi)掌子面及之后的襯砌施工區(qū)域環(huán)境溫度下降，影響初期支護(hù)噴射砼施工，噴射砼回彈率高達(dá)30%?40%，造成極大的成本浪費(fèi)，由于低溫造成隧道初期支護(hù)噴射砼強(qiáng)度上升緩慢，延緩了初期支護(hù)整體受力作用時(shí)間，給施工造成了安全隱患；由于低溫造成襯砌砼、仰拱及仰拱填充砼的強(qiáng)度上升緩慢，降低了襯砌模板臺(tái)車及其他周轉(zhuǎn)材料的使用周期，加大了施工成本投入，直接影響到了施工進(jìn)度。洞內(nèi)施工人員長時(shí)間在低溫環(huán)境下生產(chǎn)勞動(dòng)，極易誘發(fā)疾病，加之高原特有的缺氧因素，會(huì)對(duì)隧道內(nèi)施工生產(chǎn)人員身體健康造成極大的傷害；第四、高原低缺氧、低氣壓造成影響:在高原低氧環(huán)境下，人體為保持正?；顒?dòng)和作業(yè)，首先發(fā)生功能的適應(yīng)性變化，逐漸過渡到穩(wěn)定的適應(yīng)，約需I?3個(gè)月；人對(duì)缺氧的適應(yīng)個(gè)體差異很大，一般在海拔3000米以內(nèi)，能較快適應(yīng)；3000米以上，部分人需較長時(shí)間適應(yīng)；人員施工工效僅為平原地區(qū)等工作量的50%左右，經(jīng)對(duì)比測算噴射砼作業(yè)工效僅為平原隧道工效的44.8%，鉆孔工效僅為平原隧道工效的34.7%，施工人工成本是平原隧道施工的兩倍左右，嚴(yán)重增加了施工成本投入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且安裝布設(shè)及使用操作簡便、使用效果好，能解決現(xiàn)有隧道環(huán)境升溫方法存在的易被碰撞影響隧道施工、供暖效果較差、不能滿足低溫環(huán)境下的供暖需求等問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)，其特征在于:包括一個(gè)向所施工隧道的隧道洞內(nèi)送風(fēng)的軸流式通風(fēng)機(jī)、布設(shè)于所施工隧道的隧道洞內(nèi)的風(fēng)管和對(duì)通過軸流式通風(fēng)機(jī)送入所施工隧道內(nèi)的冷風(fēng)進(jìn)行加熱的通風(fēng)加熱管，所述風(fēng)管位于軸流式通風(fēng)機(jī)前側(cè)；所述通風(fēng)加熱管安裝在風(fēng)管上且其與風(fēng)管連接組成與軸流式通風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口相接的通風(fēng)管道；
[0009]所述通風(fēng)加熱管包括圓形加熱管以及分別安裝在圓形加熱管前后端的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口 ；所述圓形加熱管包括外鋼管、同軸套裝在外鋼管內(nèi)的內(nèi)鋼管和安裝在內(nèi)鋼管內(nèi)的通風(fēng)加熱裝置，所述外鋼管和內(nèi)鋼管均為圓形鋼管且二者之間設(shè)置有保溫隔熱層；所述內(nèi)鋼管為通風(fēng)管道，所述出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口均與內(nèi)鋼管內(nèi)部相通；所述通風(fēng)加熱裝置包括支撐架和多排由前至后布設(shè)在支撐架上的電熱管，所述支撐架為圓柱形且其同軸安裝在內(nèi)鋼管內(nèi)，每排所述電熱管均包括多個(gè)沿圓周方向布設(shè)的電熱管。
[0010]上述高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)，其特征是:所述軸流式通風(fēng)機(jī)布設(shè)于所施工隧道的隧道洞口外側(cè)或布設(shè)于所施工隧道的隧道洞內(nèi)，所述內(nèi)鋼管的內(nèi)徑與風(fēng)管的內(nèi)徑相同或比所述風(fēng)管的內(nèi)徑大0.05m?0.15m。
[0011]上述高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)，其特征是:所述通風(fēng)加熱管安裝在風(fēng)管的起始?而、中部或末?而；安裝在風(fēng)官起始?而的通風(fēng)加熱官為起始?而加熱官，所述起始?而加熱管位于軸流式通風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口前側(cè)且其位于軸流式通風(fēng)機(jī)的送風(fēng)口與風(fēng)管的起始端之間；安裝在風(fēng)管中部的通風(fēng)加熱管為中部加熱管，所述風(fēng)管通過所述中部加熱管分為前后兩個(gè)風(fēng)管節(jié)段，所述中部加熱管安裝于前后兩個(gè)所述風(fēng)管節(jié)段之間；安裝在風(fēng)管末端的通風(fēng)加熱管為末端加熱管，所述末端加熱管位于風(fēng)管的末端前側(cè)。
[0012]上述高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)，其特征是:所述通風(fēng)加熱管與所施工隧道的掌子面之間的間距不大于300m且其位于對(duì)所施工隧道的二次襯砌進(jìn)行施工的隧道襯砌模板臺(tái)車后方。
[0013]上述高海拔高寒地區(qū)隧道通風(fēng)升溫系統(tǒng)，其特征是:所述外鋼管和內(nèi)鋼管均由矩