一种高海拔隧道通风降尘一体化管道装置及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道通风降尘技术领域。更具体地说，本发明涉及一种高海拔隧道通风降尘一体化管道装置及施工方法。

背景技术

在隧道开挖施工过程中，受施工方式、海拔高度、管道连接方式等因素的影响，常常出现通风管道在掌子面风压较小，降尘速度慢的问题，严重影响了施工进程。为了解决高海拔条件下，隧道通风降尘速度慢的问题，现有技术中提出了在原有通风降尘的基础上，在临隧道内出风口增加雾化装置，以达到增加送入掌子面的风中水分含量，加强降尘效果的目的。这种方法虽然能够在一定程度上提高降尘效果，但在实际应用中仍存在以下缺陷：首先在临近掌子面的有限施工空间内额外增设雾化装置，占用了原本的隧道施工作业空间，容易影响隧道施工的正常、顺利进行；其次，雾化装置与通风系统配合时需要掌子面处具有足够强度的风压，才能够顺利将雾化水压入掌子面，从而达到良好的降尘效果，而目前通风管道在隧道施工台车处受结构影响存在较大角度的转弯，转弯处的风阻较大，容易在风管内造成较大的风压损耗，导致到达掌子面的风压不足，进而影响降尘效果。

为解决上述问题，需要设计一种高海拔隧道通风降尘一体化管道装置及施工方法，在节省隧道施工空间的同时提高高海拔地区隧道通风管道的通风降尘效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种高海拔隧道通风降尘一体化管道装置及施工方法，将雾化装置设置在风筒内部以节省施工空间，并通过大弧度转弯风筒和伸缩式直风筒配合有效降低了施工过程中通风管道内的风阻，能够更好的适应高海拔地区的隧道施工，提高通风降尘效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，包括：

主风筒，其沿隧道长度方向布置在已施工完成的隧道内；

风筒组件，其包括两个直风筒，其在同一水平面上平行间隔错位设置，靠近进风侧的直风筒为进风筒，其通过伸缩风筒与所述主风筒可拆卸连接并与其同轴连通，靠近出风侧的直风筒为出风筒，其固定在施工台车内侧且出风口正对隧道掌子面设置；转弯风筒，其为弧形管道结构且沿水平方向配合连通所述两个直风筒相邻的端部；

雾化装置，其包括水管，其通过挂环沿所述风筒组件的长度方向支撑在其正上方且进水口与外部水源连通；雾化器，其固定在所述出风筒内部并与其出风口间隔设置，所述雾化器的进水口竖直向上穿出所述出风筒并与所述水管的出水口配合连通。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述伸缩风筒为套筒式伸缩组件，其包括主套筒，其与所述主风筒的出风端可拆卸连接并同轴连通，所述主套筒的外直径与所述主风筒的内直径相适应；移动套筒，其同轴内套在所述进风筒的进风端并与其滑动连接，所述移动套筒的直径小于所述主套筒的直径，所述移动套筒与所述主套筒通过喇叭形结构配合连通并一体成型。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述主套筒的外侧壁顶部间隔设有多个吊环，任一吊环通过挂钩与上方的主风筒固定支架连接。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述出风筒上间隔设有多个扣件，任一扣件包括两个弧形扣板，其位于所述出风筒的上下两侧且内弧面相对设置形成封闭的环形结构，所述环形结构配合套设在所述出风筒的外侧，任一弧形扣板的端部向外侧水平延伸形成连接平面；

施工台车上预留的风筒安装位置的两侧分别设有多个连接件，其与所述多个扣件一一对应，任一连接件的一端固定在施工台车上，另一端沿水平方向向所述出风筒延伸并在端部形成竖向连接孔，同一扣件中相互贴合的两个连接平面通过螺栓与对应的连接件上同侧的竖向连接孔固定连接。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，还包括辅助支撑装置，其包括底板，其一端固定在施工台车的外侧壁上，另一端沿水平方向向进风侧延伸并支撑在所述进风筒的底部；限位块，其固定在所述底板上并形成与所述进风筒的下部结构相适应的弧形凹槽；限位板，其为与所述进风筒的上部结构相适应的弧形板，所述限位板与所述限位块的内弧面相对设置并与所述进风筒配合卡接，所述限位板的两端分别通过固定件与所述限位块固定连接。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述转弯风筒的内弧面朝向同侧的隧道侧壁设置，所述转弯风筒的长度和弧度根据所述主风筒与施工台车上预留的风筒安装位置的间距确定。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述雾化器包括横管，其水平固定在所述出风筒的上部且与其轴线方向垂直；竖管，其一端与所述横管中部连通，另一端竖直向上穿出所述出风筒并与所述水管的出水口配合连通；多个雾化喷头，其沿所述横管的长度方向间隔设置，任一雾化喷头与所述横管的出水口连通；多个电磁阀，其与所述多个雾化喷头一一对应，任一电磁阀设置为用于控制对应的雾化喷头的工作状态。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述雾化装置还包括弯接头，其配合连通所述水管的出水口与所述雾化器的进水口，所述弯接头的一端与所述水管的出水口螺纹连接，另一端向下弯折后与所述竖管的顶端固定连接并配合连通。

优选的是，所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，还包括控制系统，其与隧道监控系统、所述多个电磁阀均电连接，所述控制系统用于读取粉尘浓度数据并以此控制各电磁阀的工作状态。

本发明还提供了一种采用所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置的施工方法，包括：

S1、在施工台车上安装风筒组件，在已施工完成的隧道节段内通过固定支架安装主风筒，所述主风筒的一端与洞口通风机连通，另一端与所述风筒组件通过伸缩风筒对接连通，然后在所述主风筒、所述风筒组件上通过挂环沿线分段安装水管，所述水管的一端与外部水源连通，另一端与固定在出风筒处的雾化器进水口连通；

S2、施工台车在设定的隧道节段内连续前移施工时，所述伸缩风筒与施工台车同步动作伸缩，使所述风筒组件在随施工台车同步前移的同时与所述主风筒的出风端固定连接；

S3、当前隧道节段施工完成后，解除所述伸缩风筒与所述主风筒的连接，解除所述主风筒与所述风筒组件连接处水管的连接，施工台车前移至下一隧道节段的初始施工位置；

S4、在新施工完成的隧道节段内通过固定支架安装主风筒接长节段，在所述伸缩风筒回缩至初始位置后，通过所述主风筒接长节段连通原有的主风筒与所述伸缩风筒；在所述主风筒接长节段上通过挂环安装水管接长节段，使用所述水管接长节段将所述主风筒和所述风筒组件上的水管重新连通；

S5、重复S2-S4的步骤进行后续隧道节段的施工，直至完成隧道全长度节段的施工。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明在采用风筒与雾化装置配合进行通风除尘的基础上，将风筒组件安装在施工台车上，将雾化装置设置在风筒内部以节省施工空间，通过伸缩风筒使风筒组件随台车移动时能够在一定范围内沿移动方向自动接长，避免施工过程中风筒在前移时产生过度弯折而变形，配合大弧度转弯风筒有效降低了通风管道全长度范围内的风阻，提高掌子面风速，能够更好的适应高海拔地区的隧道施工，提高通风管道的通风降尘速度和通风降尘效果；

2、本发明采用分段式风筒结构，位于两端的直风筒节段分别通过扣件和辅助支撑装置固定在施工台车的既有结构上，大幅度提高了管道装置与台车的连接稳定性，使台车在同步带动风筒组件前移进行掌子面实时通风降尘施工的同时也能够为转弯风筒节段提供稳定、可靠的支撑，进一步防止风筒在施工过程中发生不可控的弯折、变形，保证通风除尘效果；

3、本发明利用隧道自有监控平台获取粉尘浓度信号，并通过PLC控制系统根据实时粉尘浓度自动控制各部件的工作状态，省去人工判断和操作装置启停的步骤，可实现通风降尘施工的高精确度、自动化控制，有利于减少人工操作误差，提高隧道施工智能化水平。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种高海拔隧道通风降尘一体化智能管道装置的平面结构示意图；

图2为上述实施例中所述高海拔隧道通风降尘一体化智能管道装置在雾化装置处的侧立面结构示意图；

图3为上述实施例中所述弯接头的连接结构示意图；

图4为上述实施例中所述伸缩风筒的正立面结构示意图；

图5为上述实施例中所述扣件的侧立面结构示意图；

图6为上述实施例中所述连接件的平面结构示意图；

图7为上述实施例中所述辅助支撑装置的侧立面结构示意图。

附图标记说明：

1、挂环；2、水管；3、雾化装置；4、进风筒；5、转弯风筒；6、出风筒；7、扣件；8、螺栓；9、弧形扣板；10、弯接头；11、连接件；12、雾化喷头；13、伸缩风筒；14、吊环；15、辅助支撑装置；16、底板；17、限位板；18、限位块；19、固定件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-7所示，本发明提供一种高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，包括：

主风筒，其沿隧道长度方向布置在已施工完成的隧道内；

风筒组件，其包括两个直风筒，其在同一水平面上平行间隔错位设置，靠近进风侧的直风筒为进风筒4，其通过伸缩风筒13与所述主风筒可拆卸连接并与其同轴连通，靠近出风侧的直风筒为出风筒6，其固定在施工台车内侧且出风口正对隧道掌子面设置；转弯风筒5，其为弧形管道结构且沿水平方向配合连通所述两个直风筒相邻的端部；

雾化装置3，其包括水管2，其通过挂环1沿所述风筒组件的长度方向支撑在其正上方且进水口与外部水源连通；雾化器，其固定在所述出风筒内部并与其出风口间隔设置，所述雾化器的进水口竖直向上穿出所述出风筒并与所述水管的出水口配合连通。

上述技术方案中，主风筒通过已施工完成的隧道内沿线设置的主风筒固定支架进行安装，该固定支架通常固定在隧道两侧侧壁上。施工台车可以是隧道初支施工或二衬施工时使用的移动施工平台，受到台车本身的结构影响，当通风管道(风筒组件)需要穿过施工台车靠近掌子面时，只能安装在不与台车结构、靠近隧道轮廓线的混凝土施工干涉的台车内侧空间中，这就导致通风管道在穿入台车时必定发生一定角度的弯折。因此，将风筒组件分段连续设置，其中进风筒与主风筒(弯折前的通风管道)相对应，出风筒与受台车结构影响弯折后通风管道相对应，进风筒与出风筒均沿隧道长度方向设置，两者在隧道长度方向上间隔设置且在隧道宽度方向上错位设置，然后采用弧形的转弯风筒对应连接上述两个直风筒，与现有的直线转弯风筒相比，改变了原本的小角度、大风阻转弯的情况，在保证两侧进风筒、出风筒稳定对接连通的同时大幅度降低了风筒转弯处的风阻；同时，在进风筒与主风筒连接处设有伸缩风筒，其能够随施工台车与(位置固定的)主风筒的相对移动进行适应性伸缩，即施工台车每前移设定距离，伸缩风筒对应伸长相同的距离，使风筒组件在随台车移动时能够在一定范围内沿移动方向自动接长，避免施工过程中风筒在前移时产生过度弯折而变形，也避免了隧道施工中随台车前移需要频繁更换/调整风筒长度导致影响施工效率的问题。当施工台车在当前隧道节段的施工完成后，解除风筒组件(伸缩风筒)与主风筒的连接并驱动施工台车前移，此时可利用下一隧道节段施工准备的时间在新施工完成的隧道节段内进行主风筒、水管等结构的接长，其中，伸缩风筒需先回到初始位置(未伸缩状态)，再与接长后的主风筒进行对接连通。上述伸缩风筒与转弯风筒结构配合，共同保证了隧道施工中的通风降尘速度，提高了通风降尘效果。另外，雾化装置由水管从洞外(外部水源)接入，水管通过挂环悬于风筒上方并为雾化器供水；所述挂环可以固定在既有隧道结构上，也可以安装在风筒组件的顶部，挂环的内径大于水管外径，用于对水管进行灵活支撑；雾化器固定在出风筒内部并与其出风口间隔一段距离设置，雾化器的进水口通过在出风筒处开孔与上方水管连通，在保证雾化效果的同时也避免了雾化器外置导致占用外部施工空间，影响隧道施工的正常进行。

在本实施例中，根据施工进度和实际施工情况开启所述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，通风机通过主风筒、风筒组件将外部风力传输至掌子面，同时水管通过水泵向位于出风筒内部的雾化器供水，雾化器将水雾化喷出后随出风筒内部风压一并输出至掌子面，在不占用外部施工空间的同时大幅度提高了出风筒中喷出的风中的含水量，使其能够均匀的扩散至更大范围的隧道施工空间内，避免雾化的水因风压不足的原因在喷出后无法得到充分扩散，影响通风降尘效果(即在保证雾化除尘效果的条件下，降低了对出风筒的出风口处的风压需求)。同时，通过伸缩风筒与转弯风筒配合，最大限度上减少了风力在通过风管传输过程中的压力损耗并提高掌子面风速，从而，进一步提高了雾化装置与风筒组件配合实现的通风降尘效果。另外，风筒组件整体固定安装在施工台车上，不需要增设其他用于风筒固定的组件，与现有技术相比进一步避免了在掌子面有限空间内增加机械装置，保证了隧道内作业空间的充裕。水管采用洞外给水的方式，避免了人工对雾化器加水的步骤，有利于隧道内连续施工作业的进行；此水管供水还可作为混凝土施工养护用水使用，节省了施工成本。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述伸缩风筒13为套筒式伸缩组件，其包括主套筒，其与所述主风筒的出风端可拆卸连接并同轴连通，所述主套筒的外直径与所述主风筒的内直径相适应；移动套筒，其同轴内套在所述进风筒的进风端并与其滑动连接，所述移动套筒的直径小于所述主套筒的直径，所述移动套筒与所述主套筒通过喇叭形结构配合连通并一体成型。其中，伸缩套筒采用一端大一端小的变直径结构，主套筒套接在主风筒外侧，进风筒套接在移动套筒外侧，形成管径逐级减小的多级连通管道，在有效避免传输过程中风压损耗的同时，通过管径的缩小进一步增大出风筒处的风压，提高雾化和通风除尘的效果。主套筒与主风筒相邻的端部可通过卡箍等装置可拆卸连接，在保证两者密封连接稳定性的同时实现便捷拆装。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述主套筒的外侧壁顶部间隔设有多个吊环14，任一吊环通过挂钩与上方的主风筒固定支架连接。上述技术方案中，伸缩套筒处于已施工完成的隧道节段内，但该段主风筒尚未安装，因此上方有空置的主风筒固定支架，在风筒组件安装时，可利用既有主风筒固定支架对伸缩风筒进行固定吊装，该连接方式一方面实现了为伸缩套筒提供竖向的稳定拉力(支撑力)，使其能够稳定与主风筒、进风筒处于同一高度位置，避免了承托力不足导致伸缩过程中套筒变形等问题；另一方面，吊环安装在主套筒上，主套筒本身固定在主风筒的出风端，不会随施工台车前移发生移动，从而，在保证伸缩套筒受力结构稳定的同时，也不会影响移动套筒节段随台车的顺利同步前移，进一步保证了多段式风筒组件的各风筒节段在工作中的整体性和稳定性。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述出风筒上间隔设有多个扣件7，任一扣件7包括两个弧形扣板9，其位于所述出风筒6的上下两侧且内弧面相对设置形成封闭的环形结构，所述环形结构配合套设在所述出风筒6的外侧，任一弧形扣板9的端部向外侧水平延伸形成连接平面；

施工台车上预留的风筒安装位置的两侧分别设有多个连接件11，其与所述多个扣件7一一对应，任一连接件11的一端固定在施工台车上，另一端沿水平方向向所述出风筒延伸并在端部形成竖向连接孔，同一扣件7中相互贴合的两个连接平面通过螺栓8与对应的连接件11上同侧的竖向连接孔固定连接。

上述技术方案中，施工台车上预留的风筒安装位置一般位于台车内侧的桁架处，风筒组件能够从桁架中空位置穿出。为实现出风筒与施工台车的稳定连接，本实施例中，在桁架与出风筒间设置多个连接点，任一连接点两侧分别安装连接件，出风筒在连接点处对应设置环形扣件，扣件两侧的连接平面与同一连接点处的两个连接件相对应，任一连接件从底部水平支撑同侧的连接平面，螺栓沿竖向依次穿过两个连接平面和连接件上的竖向连接孔对连接件和扣件进行锁紧，从而，将出风筒稳定安装在施工台车上，上述扣件与连接件配合的连接结构能够保证出风筒的设置方向精确符合设计要求，同时避免了施工、移动过程中的晃动，有效避免了风筒组件弯折、变形等问题，保证了出风筒的出风口处的风速和风压。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，还包括辅助支撑装置15，其包括底板16，其一端固定在施工台车的外侧壁上，另一端沿水平方向向进风侧延伸并支撑在所述进风筒4的底部；限位块18，其固定在所述底板16上并形成与所述进风筒4的下部结构相适应的弧形凹槽；限位板17，其为与所述进风筒4的上部结构相适应的弧形板，所述限位板17与所述限位块18的内弧面相对设置并与所述进风筒4配合卡接，所述限位板17的两端分别通过固定件19与所述限位块18固定连接。其中，对于风筒组件来说，出风筒、转弯风筒均位于施工台车内侧，而进风筒已伸出施工台车外侧，无法与施工台车的既有结构进行连接固定。为保证风筒组件的整体稳定性，需要分别从头尾两端进行固定和支撑，采用上述辅助支撑装置即可实现对风筒组件伸出施工台车的端部(进风筒)的固定支撑。具体的，底板固定在施工台车的外侧壁上并与进风筒的横向位置相对应，水平延伸后可自然支撑在进风筒底部；同时，在底板上设置用于限位的限位块，进风筒的下部可配合卡设在所述弧形凹槽内，然后通过限位板从上方配合压紧进风筒的上部结构，并采用固定件将限位板和限位块锁紧，从而，实现对进风筒安装位置和安装方向的稳定、精确限位，避免了施工、移动过程中进风筒与施工台车的相对晃动，保证了风筒组件的整体稳定性。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述转弯风筒5的内弧面朝向同侧的隧道侧壁设置，所述转弯风筒的长度和弧度根据所述主风筒与施工台车上预留的风筒安装位置的间距确定。其中，转弯风筒的内弧面朝向同侧的隧道侧壁设置，即转弯风筒的弧形管道结构在与出风筒连通后沿顺时针方向向外侧转弯并与进风筒连通，从而，避免转弯结构在未完全伸出台车范围时与台车固有结构发生干涉。

另外，在对转弯风筒的长度和弧度进行设计时，先根据隧道结构和施工台车布置结构确定主风筒与施工台车上预留的风筒安装位置的水平横向(隧道宽度方向)间距，并选择合适的水平纵向间距(即进风筒的出风口与出风筒的进风口沿隧道长度方向的间距)，此时，即可确定转弯风筒两个端点的位置和间距(弦长为L)。

风筒内的局部通风阻力计算公式为：

当转弯风筒设置为弧形结构时，其转弯半径R与转弯角度α存在关系式：

表1弧形转弯风筒局部阻力系数表

其中，d为转弯风筒半径，在实际设计中取设定的固定值。

由此可知，在设定转弯角度范围内，局部阻力系数随R增大而减小、随转角α减小而减小，而在弦长L固定的情况下R与α成反比例关系，因此，当设计的转弯风筒中R越大时，α越小，对应的局部阻力系数也越小。因此，在确定转弯风筒两个端点的位置和间距后，在可选的弧形管道型号中，选择转弯半径最大的一款，并进一步计算得到转弯角度α，即可对所需的转弯风筒进行制作，转弯风筒的两端分别与进风筒、出风筒配合焊接并形成整体连通管道结构。

对于传统的直线型转弯风筒结构，其转弯角度与局部风阻系数的关系固定，随转弯角度的增大，局部风阻系数明显增大，直线转弯风筒内的局部阻力系数与转弯角度的关系如下表所示。

表2直线转弯风筒局部阻力系数表

查表可知，在相同的转弯角度下(如α为120°时)，直线型转弯风筒的局部阻力系数为2.620，明显大于弧形转弯风筒在常规转弯半径下的局部阻力系数。因此，采用弧形转弯风筒结构能够有效降低风筒转弯处的风阻，大幅度提高出风筒处的风速，从而提高通风降尘效果。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述雾化器包括横管，其水平固定在所述出风筒的上部且与其轴线方向垂直；竖管，其一端与所述横管中部连通，另一端竖直向上穿出所述出风筒并与所述水管的出水口配合连通；多个雾化喷头12，其沿所述横管的长度方向间隔设置，任一雾化喷头12与所述横管的出水口连通；多个电磁阀，其与所述多个雾化喷头一一对应，任一电磁阀设置为用于控制对应的雾化喷头的工作状态。具体的，所述雾化器采用常规的多喷头雾化结构，其横管和竖管均焊接固定在出风筒的内侧壁上，以保证风压作用下雾化器的安装稳定性；同时，各雾化喷头处对应设有电磁阀，其与整套管道装置的控制系统相连，方便施工人员从外部根据实际施工情况控制雾化装置的工作状态(启停)。在本实施例中，所述雾化器设有三个雾化喷头，用于喷洒水雾。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，所述雾化装置还包括弯接头10，其配合连通所述水管的出水口与所述雾化器的进水口，所述弯接头10的一端与所述水管2的出水口螺纹连接，另一端向下弯折后与所述竖管的顶端固定连接并配合连通。具体的，所述弯接头底端开口处设有密封塞，其底端与出风筒的外侧壁抵接，密封塞中部设有竖直穿孔，竖直穿孔的内直径等于竖管的外直径，所述竖管的顶端依次穿过出风筒和密封塞后与弯接头(水管)内部连通。竖管的直径小于弯接头直径，便于进行雾化处理。竖管相当于弯接头的固定装置，将其锁定在出风筒上的设定位置处并保持稳定连接，以便雾化装置随施工台车同步移动，保证雾化装置的随时、顺利、可靠工作。上述弯接头结构能够使水管与雾化器稳定、可靠、密封连接，水管与外部水源的连通可采用较长的柔性组件(软管等)，在风筒组件随施工台车移动时，水管能够在雾化器连接作用下被带动同步前移，在一定的施工范围内不需要重新安装；弯接头可选用硬质材料进行制作，移动过程中不会影响水管内水流的畅通，保证了高压水流速，进而保证雾化效果符合降尘要求。

在另一技术方案中，所述的高海拔隧道通风降尘一体化管道装置，还包括控制系统，其与隧道监控系统、所述多个电磁阀均电连接，所述控制系统用于读取粉尘浓度数据并以此控制各电磁阀的工作状态。上述技术方案中，所述控制系统利用隧道施工原有的监控平台(监控系统)获取掌子面处的实时粉尘浓度信号，从而自动控制雾化装置启动，不必单独设置粉尘浓度检测装置。本实施例中，主风筒的进风端安装有通风机，水管与外部水源间安装有水泵，用于将外部风力/水增压后沿对应管道(风筒、水管)输入至隧道施工位置，伸缩风筒采用电动伸缩结构，所述控制系统采用PLC控制器，其与上述通风机、水泵、伸缩风筒、雾化器均电连接，便于根据实时反馈信号(粉尘浓度)调整各电子组件的工作状态，使其符合当前施工需要，从而，实现各电子组件的自动启动/关闭，省去人工开启关闭环节；控制系统同时还可接入隧道信息监控平台获取粉尘浓度控制指标，根据指标要求和实时粉尘浓度自动控制通风降尘过程，大幅度提高了通风降尘系统的自动化、智能化水平。

本发明还提供了一种采用上述高海拔隧道通风降尘一体化管道装置的施工方法，包括：

S1、在施工台车上安装风筒组件，在已施工完成的隧道节段内通过固定支架安装主风筒，所述主风筒的一端与洞口通风机连通，另一端与所述风筒组件通过伸缩风筒13对接连通，然后在所述主风筒、所述风筒组件上通过挂环1沿线分段安装水管2，所述水管2的一端与外部水源连通，另一端与固定在出风筒6处的雾化器进水口连通；伸缩风筒13的主套筒通过吊环14固定在原有的主风筒固定支架上。

S2、施工台车在设定的隧道节段内连续前移施工时，所述伸缩风筒13与施工台车同步动作伸缩，使所述风筒组件在随施工台车同步前移的同时与所述主风筒的出风端固定连接；

其中，水管与外部水源间可通过柔性管件连通，在接长前可随风筒组件适应性前移一段距离，避免发生水管变形；施工台车前移过程中，进风筒4、转弯风筒5、出风筒6、移动套筒的滑动端均随施工台车同步前移，主套筒和移动套筒的固定端固定在主风筒的出风端，实现风筒结构的稳定、自动接长。

S3、当前隧道节段施工完成后，解除所述伸缩风筒13与所述主风筒的连接，解除主套筒上的吊环14与上方固定支架的连接，解除所述主风筒与所述风筒组件连接处水管的连接，然后驱动施工台车前移至下一隧道节段的初始施工位置；

S4、在新施工完成的隧道节段内通过固定支架安装主风筒接长节段，在所述伸缩风筒13回缩至初始位置后，通过所述主风筒接长节段连通原有的主风筒与所述伸缩风筒；在所述主风筒接长节段上通过挂环安装水管接长节段，使用所述水管接长节段将所述主风筒和所述风筒组件上的水管重新连通；

其中，主风筒接长节段与原有的主风筒连接后形成新的主风筒；伸缩风筒在与新的主风筒对接前需要先回缩至初始位置(移动套筒完全内套在进风筒内，未发生伸长的状态)，为主风筒接长节段提供安装空间，也为下一隧道节段的施工提供风筒组件自动接长的空间；水管接长节段也可采用柔性管件，在接长后可随风筒组件适应性前移一段距离，避免发生水管变形；上述接长、连接操作均可在施工台车对下一隧道节段进行施工准备的同时完成，不需要单独等待管道装置进行调整的时间，以免影响隧道施工效率。

S5、重复S2-S4的步骤，直至完成隧道全长度节段的施工。

值得注意的是，在隧道初始节段施工时，没有已施工完成的隧道节段可用于安装主风筒等结构，此时，此时可先在施工台车上安装风筒组件，在所述风筒组件上通过挂环安装水管并将其与固定在出风筒处的雾化器进水口连通后，直接将进风筒与洞口通风机连通，水管与外部水源连通；

在利用施工台车完成隧道初始节段施工后，解除进风筒与通风机的连接、水管与外部水源的连接，然后驱动施工台车前移至下一隧道节段，此时，即可正常在已施工完成的隧道节段中通过固定支架安装主风筒，并在所述主风筒上通过挂环安装水管接长节段，所述主风筒一端与洞口通风机连通，另一端通过伸缩风筒与所述进风筒对接连通，水管通过所述水管接长节段与外部水源连通。

另外，引入控制系统对通风降尘过程进行自动化控制的原理如下：当隧道监控平台监测到隧道内粉尘浓度超标时，传输电信号至控制系统，控制系统向雾化装置发出控制信号使其自启动，电磁阀开启，雾化器所需水流沿水管、弯接头进入雾化器；同时，启动通风机，将洞外风力沿风筒传输至出风筒处并通过风压将雾化装置喷射的水雾一并压入掌子面，达到自动通风降尘的效果。当控制系统识别到隧道内粉尘含量达标时控制各组件自动关闭。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。