一种施工隧道增压通风系统

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种施工隧道增压通风系统。

背景技术

施工隧道通风对于保证隧道施工人员安全及排除污染物意义重大。特别是，高海拔地区特有的低压稀氧环境，常规风机通风在隧道内难以形成常压状态，氧气分压力低，不能满足作业人员作业时的正常氧需求。此外，在长大隧道中，随着隧道掘进的深入，风管的距离不断拉长，导致长距离通风的风压损失较大，往往到达掌子面的风量风压不足以满足施工要求，且隧道空气中氧含量也会下降。

但是现有的通风系统较为复杂，且仅能弥补长距离通风的风压损失，随能增大掌子面送风量，却难以在高海拔环境应用时将掌子面维持在常压通风状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种施工隧道增压通风系统，解决了高海拔地区低压稀氧环境下掌子面不能达到常压及长大隧道中通风系统风量不足的问题。

本发明采用以下技术方案：一种施工隧道增压通风系统，包括：第一道自动风门、第二道风门、硬质风管和排风管；当用于施工隧道压入式增压通风时：

第一道自动风门和第二道风门，均用于设置于隧道洞内，各左右走向设置，与隧道洞内壁紧密贴合；其中，第一道自动风门位于前端靠近隧道洞口，第二道风门位于后端，第一道自动风门和第二道风门与隧道掌子面间形成相对独立的封闭空间；

硬质风管，位于隧道洞内的顶部的一侧，且沿隧道走向设置，其前端位于隧道洞外，与鼓风机相连接，后端依次穿过第一道自动风门和第二道风门，且后端部连接软质风管，且软质风管位于第二道风门与掌子面之间，软质风管后端延伸至靠近掌子面，用于将隧道洞外气体输送至隧道掌子面处的封闭空间内；

排风管，用于设置于隧道洞内的顶部，位于硬质风管的对侧，且沿隧道走向设置，其前端位于隧道洞外，其后端依次穿过第一道自动风门和第二道风门，后端直至延伸至第二道风门的后端，排风管用于将掌子面处封闭空间内的多余的气体排出隧道洞外，直至隧道掌子面处的压力达到并保持在设定压力值。

进一步地，当用于施工隧道巷道式增压通风时：

第一道自动风门和第二道风门用于设置于隧道左线内，各左右走向设置，与隧道洞内壁紧密贴合；其中，第一道自动风门位于前端靠近隧道洞口，第二道风门位于后端，第一道自动风门和第二道风门与隧道掌子面间形成相对独立的封闭空间；

硬质风管，为两根，均用于设置于右线隧道内的顶部，并列排布，且沿隧道走向设置；右线隧道内设置有一风机处风墙，风机处风墙左右走向设置，与隧道内壁及顶部紧密贴合，与掌子面间形成相对独立的封闭空间；

两个硬质风管的前端均连接有一鼓风机，后端均穿过风机处风墙，各后端均连接有一软质风管，一个软质风管的后端穿过巷道延伸至左线隧道掌子面处，另一个软质风管的后端延伸至右线隧道掌子面处，用于将气体输送至隧道掌子面处的封闭空间内；

排风管，用于设置于左线隧道内的顶部，依次穿过第一道自动风门和第二道风门，其后端位于第二道风门后。

进一步地，第一道自动风门和第二道风门均为门中门结构，包括：上密封板、左密封板和右密封板，上密封板位于隧道洞内上部，且上端的形状与隧道洞顶横切面的形状相一致，与隧道洞顶紧密贴合，左密封板和右密封板位于上密封板下方，且上端与上密封板的下端紧密贴合，下端延伸至隧道洞内地面，左密封板和右密封板左右设置，且与各所在侧的隧道洞内壁形状一致，且紧密贴合；两者间形成一通道，在左密封板和右密封板的靠近通道侧均铰接一对开门板，两个对开门板17开合时，用于打开或封闭通道。

进一步地，在左密封板上开设有一人行通道，在左密封板上，且位于人行通道的左或右端铰接一人行门板，人行门板用于实现人行通道的关闭或畅通。

进一步地，对开门板与电控系统相连；在第一道自动风门的前后对应设置有第一道风门前红外激光感应器和第一道风门后红外激光感应器，两者均与电控系统相连；第二道风门前后对应设置有第二道风门前红外激光感应器和第二道风门后红外激光感应器。

进一步地，在各软质风管的后端靠近出口处设置有压差传感器。

进一步地，在各排风管上均前后间隔安装有两个自动调节风阀，自动调节风用于调节排风管内的通风面积大小。

进一步地，排风管的前端与风力发电机相连接。

本发明还公开了上述一种施工隧道增压通风系统的增压通风方法，该增压通风方法如下：

鼓风机启动，第一道自动风门和第二道风门同时处于全开状态，鼓风机低频率启动，吸入高海拔隧道外低压气体，依次经硬质风管和软质风管送至掌子面；

压差传感器12测得软质风管内外压差满足安全限值时，第二道风门和第一道自动风门依次或者同时关闭，增大鼓风机的频率，直至满足工作面风量需求；在该频率下，鼓风机持续工作，当掌子面处压力增大至设计压力值时，多余的风量由排风管排出，并输送至风力发电机。

施工期间，作业车辆进入隧道洞内，当第一道风门前红外激光感应器识别到有作业车辆时，信号传递给电控系统，电控系统控制第一道自动风门自动打开；当第一道风门后红外激光感应器识别到作业车辆完全通过后，信号反馈给电控系统，控制第一道自动风门自动关闭。第二道风门在此过程中处于闭锁状态；

当作业车辆运行到第二道风门前，第二道风门前红外激光感应器识别到有作业车辆时，信号传递给电控系统，电控系统控制第二道风门自动打开，当第二道风门后红外激光感应器识别到作业车辆完全通过后，信号反馈给电控系统，控制第二道风门关闭；第一道自动风门在此过程中处于闭锁状态。

本发明的有益效果是：1.在隧道洞内设置第一道自动风门和第二道风门，且两者不同时开闭，保证了其与掌子面形成一个相对独立的密闭空间，然后采用送风管路将隧道洞外气体输送至掌子面，在掌子面处压力达到设计压力时，排风管将多余的气体排出，且根据掌子面处的气压的高低，调整排出气体的量，保证掌子面处的独立空间内的压力始终保持在设计压力值，且无需单设供氧模块，自动满足氧气供应。2.隧道掌子面处形成相对独立的密闭空间，使掌子面附近气压增大，氧气浓度自然上升，保证了施工作业人员的供养需求，突破了现有隧道施工3km左右极限通风距离，减少了辅助风井的设置，且随着掌子面的不断推进，改变排风管内通风面积大小易于维持掌子面的气压稳定。3.第一道自动风门和第二道风门的设置对作业车辆的运行没有影响，不影响正常工期；且与掌子面间形成相对独立的密闭空间，供气后，掌子面附近气压增大，有利于工作面附近有害气体及粉尘等污染物的排出，从一定程度上缩短工期。4.采用小型风力发电机及冷量回收装置可回收部分能量，弥补洞口鼓风机等部分设备的用电需求，达到节能的目的。

附图说明

图1为施工隧道压入式增压通风时的示意图；

图2为施工隧道巷道式增压通风时的示意图；

图3为施工隧道风门装置横向截面图；

图4为排风管外接小型风力发电机示意图；

其中：1、鼓风机；2、作业车辆；3、第一道风门前红外激光感应器；4、第一道自动风门；5、第一道风门后红外激光感应器；6、第二道风门前红外激光感应器；7、第二道风门；8、第二道风门后红外激光感应器；9、压力传感器；10、硬质风管或带骨架风管；11、软质风管；12、压差传感器；13、旁通阀；14、旁通管；15、排风管；16、小型风力发电机；17对开门板；18上密封板；19、左密封板；20、右密封板；21人行门板；22、自动调节风阀；23风机处风墙；24横通道处风墙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种施工隧道增压通风系统，如图1和2所示，包括：第一道自动风门4、第二道风门7、硬质风管10和排风管15；当用于施工隧道压入式增压通风时：

鼓风机1，设置于隧道洞口外；

第一道自动风门4和第二道风门7，均设置于隧道洞内，各左右走向设置，与隧道洞内壁紧密贴合；其中，第一道自动风门4位于前端靠近隧道洞口，第二道风门7位于后端，第一道自动风门4和第二道风门7不同时开合，且在闭合时，各与隧道掌子面间形成相对独立的封闭空间；

第二道风门7和第一道自动风门4之间的设计距离如下：第一道自动风门4关闭时间*车辆车速+车长+第二道风门7开启时间*车辆车速+刹车距离。

硬质风管10，也可采用带骨架风管，位于隧道洞内的顶部的一侧，且沿隧道走向设置，其前端位于隧道洞外，与鼓风机1相连接，后端依次穿过第一道自动风门4和第二道风门7，且后端部连接软质风管11，且软质风管11位于第二道风门7与掌子面之间，其后端延伸至靠近掌子面，且与掌子面面保留一定的距离。在软质风管11的后端靠近出口处设置有压差传感器12；

在用于施工隧道压入式增压通风时，在硬质风管10上，且靠近其位于隧道洞外的前端连接有一与其相连通的旁通管14，在旁通管14内设置有旁通阀13；

排风管15，用于设置于隧道洞内的顶部，位于硬质风管10的对侧，且沿隧道走向设置，其前端位于隧道洞外，其后端依次穿过第一道自动风门4和第二道风门7，后端直至延伸至第二道风门7的后端，排风管15用于将掌子面处封闭空间内的多余的气体排出隧道洞外，直至隧道掌子面处的压力达到并保持在设定压力值。

当用于施工隧道巷道式增压通风时：

第一道自动风门4和第二道风门7用于设置于隧道左线内，各左右走向设置，与隧道洞内壁紧密贴合；其中，第一道自动风门4位于前端靠近隧道洞口，第二道风门7位于后端，第一道自动风门4和第二道风门7与隧道掌子面间形成相对独立的封闭空间；

硬质风管10，为两根，均用于设置于右线隧道内的顶部，并列排布，且沿隧道走向设置；右线隧道内设置有一风机处风墙23，风机处风墙23左右走向设置，与隧道内壁及顶部紧密贴合，与掌子面间形成相对独立的封闭空间；

两个硬质风管10的前端均连接有一鼓风机1，鼓风机1进风侧的所有横通道内均有风墙24。后端均穿过风机处风墙23，各后端均连接有一软质风管11，一个软质风管11的后端穿过巷道延伸至左线隧道掌子面处，另一个软质风管11的后端延伸至右线隧道掌子面处，用于将气体输送至隧道掌子面处的封闭空间内；各掌子面处均设置有压力传感器9。位于掌子面附近的压力传感器9实时测定隧道内的气压，当气压超过或不满足设计要求时，即反馈信息给自动调节风阀22，通过自动调节风阀22的通风面积大小以维持掌子面附近气压稳定。

排风管15，用于设置于左线隧道内的顶部，依次穿过第一道自动风门4和第二道风门7，其后端位于第二道风门7后。排风管15的前端与风力发电机16相连接。

如图3所示，上述的第一道自动风门4和第二道风门7均为门中门结构，包括：上密封板18、左密封板19和右密封板20，上密封板18位于隧道洞内上部，且上端的形状与隧道洞顶横切面的形状相一致，与隧道洞顶紧密贴合，左密封板19和右密封板20位于上密封板18下方，且上端与上密封板18的下端紧密贴合，下端延伸至隧道洞内地面，左密封板19和右密封板20左右设置，且与各所在侧的隧道洞内壁形状一致，且紧密贴合；两者间形成一通道，在左密封板19和右密封板20的靠近通道侧均铰接一对开门板17，两个对开门板17开合时，用于打开或封闭通道。

在左密封板19上开设有一人行通道，在左密封板19上，且位于人行通道的左或右端铰接一人行门板21，人行门板21用于实现人行通道的关闭或畅通。

对开门板17与电控系统相连；在第一道自动风门4的前后对应设置有第一道风门前红外激光感应器3和第一道风门后红外激光感应器5，两者均与电控系统相连。第二道风门7前后对应设置有第二道风门前红外激光感应器6和第二道风门后红外激光感应器8；

施工期间将有作业车辆2经过，当第一道风门前红外激光感应器3识别到有作业车辆2时，信号传递给电控系统，电控系统控制第一道自动风门4自动打开；当第一道风门后红外激光感应器5识别到作业车辆2完全通过后，信号反馈给电控系统，控制第一道自动风门4自动关闭。第二道风门7在此过程中处于闭锁状态。

当作业车辆2运行到第二道风门7前，第二道风门前红外激光感应器6识别到有作业车辆2时，信号传递给电控系统，电控系统控制第二道风门7自动打开，当第二道风门后红外激光感应器8识别到作业车辆2完全通过后，信号反馈给电控系统，控制第二道风门7关闭；第一道自动风门4在此过程中处于闭锁状态。第一道自动风门4和第二道风门7不能同时开启。

当行人通过第一道自动风门4和第二道风门7时，手动或自动控制人行门板21的开关。

在排风管15上前后间隔安装有两个自动调节风阀22，自动调节风阀22用于调节排风管15内的通风面积大小。

如图4所示，选用小型的风力发电机16，由排风管15排出的气体，用于风力发电机16发电，其发出的电能可以弥补部分用电设备的用电需求，如采用冷量回收装置，其回收的冷量可用于设备冷却。具体型号的选择，是根据排出风量的大小来定，并没有严格限制。

具体实施时：鼓风机1可选用后倾离心式鼓风机，在鼓风机1启动时，第一道自动风门4和第二道风门7同时处于全开状态，为避免软质风管11内外压差过大造成风管破裂，鼓风机1低频率启动，吸入高海拔隧道外低压气体，经硬质风管10、软质风管11送至掌子面。当压差传感器12测得软质风管11内外压差小于安全限值时，第二道风门7和第一道自动风门4依次或者同时关闭，逐步增加鼓风机1频率，直至满足工作面风量需求。在该频率下，鼓风机1持续工作。当掌子面处压力增大至设计压力值时，多余的风量由排风管15排出。

具体实施时：在关停鼓风机1之前，为保护软质风管11，将鼓风机1的运行频率逐渐降低确保软质风管11的内外压差在安全限值内，最后关停鼓风机1。

在压入式增压通风时，若改变频率仍不能确保软质风管11内外压差在安全限值之内，则需要缓慢开启旁通阀13，通过旁通管14排出部分风量。在此过程中，压差传感器12实时测定软质风管11内外压差，直至其保持在一个安全压差范围内。

本发明还公开了上述一种施工隧道增压通风系统的增压通风方法，该增压通风方法如下：

鼓风机1启动，第一道自动风门4和第二道风门7同时处于全开状态，鼓风机1低频率启动，吸入高海拔隧道外低压气体，依次经硬质风管10和软质风管11送至掌子面；

压差传感器12测得软质风管11内外压差满足安全限值时，第二道风门7和第一道自动风门4依次或者同时关闭，增大鼓风机1的频率，直至满足工作面风量需求；在该频率下，鼓风机1持续工作，当掌子面处压力增大至设计压力值时，多余的风量由排风管15排出，并输送至风力发电机16。

本发明中，利用鼓风机、硬质风管、软质风管、两道自动风门、排风管15等实现施工隧道的增压通风。在高海拔地区的低压稀氧环境下，维持施工隧道内的气压处于常压状态，解决施工隧道内的低压问题，自动满足供氧需求。同时适用于山岭长大隧道施工通风设计，有望突破现有隧道施工3km左右极限通风距离，减少辅助风井的设置。相比于传统的高压通风系统，免除了气闸的设置，避免了作业人员患高压病的风险。两道自动风门在保证良好的密封性前提下，几乎不影响作业车辆的运行，不影响施工工期。