CN105134278A - 高海拔高寒地区隧道通风升温系统及通风升温施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔高寒地区隧道通风升温系统及通风升温施工方法，其通风升温系统包括轴流式通风机、风管和对送入隧道内的冷风进行加热的通风加热管；通风加热管安装在风管上且其包括圆形加热管、出风口和进风口，圆形加热管包括外钢管、内钢管和安装在内钢管内的通风加热装置；其通风升温施工方法包括步骤：一、轴流式通风机安装；二、隧道开挖及升温通风施工：隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机进行压入式通风，并采用通风加热管对通过轴流式通风机送入的冷风进行加热。本发明设计合理、施工方便且使用效果好，能解决现有隧道环境升温方法存在的易被碰撞影响隧道施工、供暖效果较差、不能满足低温环境下的供暖需求等问题。

Description

高海拔高寒地区隧道通风升温系统及通风升温施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种高海拔高寒地区隧道通风升温系统及通风升温施工方法。

背景技术

在低温地区或平均海拔2600米以上的高海拔高寒地区(也称高原高寒地区)隧道施工过程中，低温造成的施工影响较为显著，直接影响到施工安全、质量及进度。其中，高寒地区指海拔高、常年低温且冻土常年不化的地区。目前，隧道施工过程中普遍采用的隧道环境升温方法主要有以下三种：第一、锅炉供暖空气加热技术，其原理是利用锅炉升温提供热源(蒸汽或热水)，厂家购置SRL型或SRZ空气加热器(原理同暖气片供暖)，为隧道内区域环境空气供暖升温；第二、暖风机供暖技术，热媒采用饱和蒸汽或电热，为隧道内区域环境空气供暖升温；第三、通风空气预加热技术，利用洞口锅炉房蒸汽锅炉产生蒸汽，调节送入暖风机，暖风机产生的热风送达轴流风机进风口，达到进洞空气加热的目的。

上述三种现有的隧道环境升温技术及相应设备均不同程度地存在缺陷和不足，其中前两种类升温方法只能对洞内局部区域进行升温，不能满足低温环境下的供暖需求，并且在洞内狭小空间里设备易被碰撞影响施工；第三种升温方法采用锅炉房洞外提供热源，污染较大，配置人员多，因热能输送距离过大，过程散热损失大，隧道掘进深度较大后掌子面施工区域供暖效果较差。

针对上述三种现有的隧道环境升温技术及相应设备存在的缺陷和不足，高海拔高寒地区隧道施工过程中针对低温造成的施工影响，需解决以下问题：第一、高原高寒地区在低温环境下，隧道压入式通风供入洞内的空气低温，造成洞内掌子面及之后的衬砌施工区域环境温度下降，影响初期支护喷射砼、衬砌砼、仰拱及仰拱填充砼的强度上升，影响施工进度及洞内施工人员身体健康；第二、在未进行通风升温情况下，洞外环境温度降低于0℃时，冷空气经过风机及风管压入洞内，如低温空气进入造成通风管前端洞内环境温度下降，初期支护完成后，地下水渗透过喷射砼形成冰凌，围岩与喷射砼间极易造成冻胀、造成初期支护变形开裂，形成安全隐患；第三、现有隧道内环境升温方法，所采用方法步骤及设备复杂，洞内污染大，设备配套人员多，在洞内占用施工面积太大，在隧道内狭小空间里设备易被碰撞影响施工；第四、现有洞口供风升温方法，所采用洞外锅炉升温污染大，热能供应不稳定，设备配套人员多；洞口供风升温后通过风管运输距离长，通过风管运输过程中热能大量散失，采用隧道独头压入式通风时，经洞口升温的热风经过长距离运输后，热能就已经丧失殆尽。

我国国土面积分布着广阔的高海拔高寒地区，这些地区由于其地域的特点，铁路及公路施工有着与平原施工诸多不同，因其地域海拔高、冰川及多年积雪等因素使该地区气候寒冷，且持续时间长。在高海拔、高寒地区修建铁路及公路隧道，由于高原特有的环境，低气压、低含氧量、低气温造成的施工影响大，洞内外施工人员及机械设备工效严重下降，隧道内环境温度直接影响到混凝土圬工质量，造成施工进度缓慢，施工人员洞内工作环境恶劣，如何克服高原高寒地区环境造成的影响，提高洞内圬工施工质量，提高施工进度，改善施工人员洞内工作环境，是重中之重要做的事。如对国道317线雀儿山段(以下简称雀儿山隧道)进行隧道施工时，该路段处于高海拔地区地形地质复杂，地势险峻、气候恶劣、地质复杂且海拔高(主峰海拔6168米，公路通过垭口海拔5050米)，致使该路段道路崎岖狭窄、技术等级低、交通状况和通行能力差，灾难性的交通事故和非交通事故时有发生。雀儿山隧道的正洞长7079m，平行导洞(简称平导)布设于正洞左侧约33m，与正洞大致平行，平导的长度7108米。该路段的地貌属高山-极高山冰川地貌，气候属高原山岭高寒气候，具有海拔高、地应力高、低气温、地含氧量、低气压的特点。隧道围岩主要以燕山期的花岗岩体为主，出口为厚度较大的冰积块碎石土层，隧道围岩级别以Ⅲ、Ⅳ级为主，出口段以及断层破碎带为Ⅴ级围岩。隧道深埋段处于高应力-极高应力区，开挖过程中可能伴随岩爆现象发生。地下水类型主要为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。植被稀少，分布在山体坡面，以低矮灌木和杂草为主。区内有冻土、涎流水、崩塌、滑坡、泥石流、积雪、雪崩等不良地质发育。

目前，对如国道317线雀儿山段的高海拔高寒地区山岭隧道进行施工时，主要存在以下难题：第一、同条件隧道施工通风经验缺乏：目前国内乃至世界上无同条件施工通风成功经验；施工中需要现场施工技术人员对洞内环境监测、分析、动态调整通风施工方案，合理增加配置施工通风设备；第二、适用高海拔高寒地区隧道的通风设备缺乏：受到高原低气压、低含氧量影响，施工机械设备功效下降40％左右，由于气压低空气稀薄，含氧量夏季仅为平原地区的60％，冬季仅为55％；柴油机设备在这样的环境下工效低、耗油量大、尾气排放严重；电动设备在这种环境下工效低、耗电量大、电器故障频发；国产众多工程机械适用于高原施工的并不多，虽然也有高原型机械设备，但是使用工效下降、通风距离大打折扣的问题仍然较为显著；第三、高海拔高寒地区低温造成影响：在长期严寒低温环境下，隧道施工通风又面临新的难题，隧道采用压入式通风供入洞内的空气低温，造成洞内掌子面及之后的衬砌施工区域环境温度下降，影响初期支护喷射砼施工，喷射砼回弹率高达30％～40％，造成极大的成本浪费，由于低温造成隧道初期支护喷射砼强度上升缓慢，延缓了初期支护整体受力作用时间，给施工造成了安全隐患；由于低温造成衬砌砼、仰拱及仰拱填充砼的强度上升缓慢，降低了衬砌模板台车及其他周转材料的使用周期，加大了施工成本投入，直接影响到了施工进度。洞内施工人员长时间在低温环境下生产劳动，极易诱发疾病，加之高原特有的缺氧因素，会对隧道内施工生产人员身体健康造成极大的伤害；第四、高原低缺氧、低气压造成影响：在高原低氧环境下，人体为保持正常活动和作业，首先发生功能的适应性变化，逐渐过渡到稳定的适应，约需1～3个月；人对缺氧的适应个体差异很大，一般在海拔3000米以内，能较快适应；3000米以上，部分人需较长时间适应；人员施工工效仅为平原地区等工作量的50％左右，经对比测算喷射砼作业工效仅为平原隧道工效的44.8％，钻孔工效仅为平原隧道工效的34.7％，施工人工成本是平原隧道施工的两倍左右，严重增加了施工成本投入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其结构简单、设计合理且安装布设及使用操作简便、使用效果好，能解决现有隧道环境升温方法存在的易被碰撞影响隧道施工、供暖效果较差、不能满足低温环境下的供暖需求等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：包括一个向所施工隧道的隧道洞内送风的轴流式通风机、布设于所施工隧道的隧道洞内的风管和对通过轴流式通风机送入所施工隧道内的冷风进行加热的通风加热管，所述风管位于轴流式通风机前侧；所述通风加热管安装在风管上且其与风管连接组成与轴流式通风机的送风口相接的通风管道；

所述通风加热管包括圆形加热管以及分别安装在圆形加热管前后端的出风口和进风口；所述圆形加热管包括外钢管、同轴套装在外钢管内的内钢管和安装在内钢管内的通风加热装置，所述外钢管和内钢管均为圆形钢管且二者之间设置有保温隔热层；所述内钢管为通风管道，所述出风口和进风口均与内钢管内部相通；所述通风加热装置包括支撑架和多排由前至后布设在支撑架上的电热管，所述支撑架为圆柱形且其同轴安装在内钢管内，每排所述电热管均包括多个沿圆周方向布设的电热管。

上述高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征是：所述轴流式通风机布设于所施工隧道的隧道洞口外侧或布设于所施工隧道的隧道洞内，所述内钢管的内径与风管的内径相同或比所述风管的内径大0.05m～0.15m。

上述高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征是：所述通风加热管安装在风管的起始端、中部或末端；安装在风管起始端的通风加热管为起始端加热管，所述起始端加热管位于轴流式通风机的送风口前侧且其位于轴流式通风机的送风口与风管的起始端之间；安装在风管中部的通风加热管为中部加热管，所述风管通过所述中部加热管分为前后两个风管节段，所述中部加热管安装于前后两个所述风管节段之间；安装在风管末端的通风加热管为末端加热管，所述末端加热管位于风管的末端前侧。

上述高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征是：所述通风加热管与所施工隧道的掌子面之间的间距不大于300m且其位于对所施工隧道的二次衬砌进行施工的隧道衬砌模板台车后方。

上述高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征是：所述外钢管和内钢管均由矩形钢板弯曲而成；所述外钢管和内钢管的长度相同且二者的前后前端均相平齐，所述外钢管和内钢管的长度均为5m～7m；所述出风口和进风口均与外钢管呈同轴布设且二者的长度均为0.8m～1.2m。

上述高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征是：所述支撑架为钢筋支架，所述钢筋支架由多根沿圆周方向布设的纵向钢筋和多道由前至后布设在多根所述纵向钢筋外侧的圆形箍筋组成，多根所述纵向钢筋通过多道所述圆形箍筋紧固连接为一体；所述电热管的排数为四排，四排所述电热管包括两排位于支撑架前侧的前侧电热管和两排位于支撑架后侧的后侧电热管，两排所述前侧电热管与两排所述后侧电热管呈对称布设；所述电热管为U形电热管；

所述外钢管的壁厚不大于内钢管的壁厚，所述外钢管的壁厚为3mm～5mm，所述内钢管的壁厚为5mm～6mm。

上述高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征是：所述内钢管的内侧壁上由前至后设置有多排绝缘件，每排所述绝缘件均包括多个沿圆周方向布设的所述绝缘件，所述绝缘件为瓷管或瓷条；所述外钢管和内钢管之间通过多排由前至后布设的第一瓷瓶进行支撑，每排所述第一瓷瓶均包括多个沿圆周方向布设的所述第一瓷瓶；所述内钢管与支撑架之间通过多排由前至后布设的第二瓷瓶进行支撑，每排所述第二瓷瓶均包括多个沿圆周方向布设的所述第二瓷瓶；每个所述电热管与支撑架之间均垫装有瓷垫片；所述圆形加热管的外侧套装有加固框架，所述加固框架为由多根型钢焊接而成的圆柱形框架。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的高海拔高寒地区隧道通风升温施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、轴流式通风机安装：对所施工隧道进行开挖之前，在隧道洞口外侧安装一个轴流式通风机；

步骤二、隧道开挖及升温通风施工：沿所施工隧道的延伸方向，由后至前进行隧道开挖施工；

隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机进行压入式通风，且通过由风管和通风加热管组成的通风管道向所施工隧道内送风，并采用通风加热管对通过轴流式通风机送入的冷风进行加热；所述风管位于已施工成型的隧道洞内。

上述方法，其特征是：步骤一中所施工隧道的长度大于3000m，所施工隧道由初始施工段和位于所述初始施工段后侧的后续施工段组成，所述初始施工段的长度不小于1500m；

步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工时，包括以下步骤：

步骤201、隧道初始施工段开挖及升温通风施工：由后至前对所述初始施工段进行开挖施工；隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机进行压入式通风；

步骤202、通风升温系统前移：将轴流式通风机向前移至步骤201中已施工完成的所述初始施工段的后部，并将由风管和通风加热管组成的通风管道同步向前移动；

步骤203、后续施工段开挖施工：由后至前对所述后续施工段进行开挖施工，且开挖施工过程中，采用轴流式通风机进行压入式通风的同时，通过射流风机持续向所施工隧道的隧道洞外侧吹风；

所述射流风机的数量为一个或多个，多个所述射流风机沿所施工隧道的纵向延伸方向由前至后进行布设；对所述后续施工段进行开挖施工过程中，所述轴流式通风机和射流风机均处于工作状态。

上述方法，其特征是：步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工之前，还需在所施工隧道的隧道洞口外侧挂保温帘；步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工过程中，由后向前在已施工成型的隧道洞内布设多组电加热装置。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的通风升温系统结构简单、设计合理且加工制作及安装布设简便，投入成本较低。

2、所采用的通风升温系统主要包括一个向所施工隧道的隧道洞内送风的轴流式通风机、布设于所施工隧道的隧道洞内的风管和对通过轴流式通风机送入所施工隧道内的冷风进行加热的通风加热管，风管位于轴流式通风机前侧，通风加热管安装在风管上且其与风管连接组成与轴流式通风机的送风口相接的通风管道。实际使用时，通风加热管在风管上的安装位置调整简便，能满足不同掘进位置的通风升温需求。

3、所采用的通风升温系统使用操作简便、使用效果好且实用价值高，实际使用过程中，通过轴流式通风机供入冷风，所供入冷风通过通风加热管进行加热后得到有效的升温，达到供风升温提高洞内环境温度的效果，满足高海拔高寒地区隧道的施工需求。

4、所采用的通风加热管结构简单、设计合理且加工制作简便，投入成本较低。

5、所采用的通风加热管安装布设方便，安装在风管上且与风管组成通风管道。

6、所采用的通风加热管体积小、重量轻且吊装移动简便，安装位置调整方便。

7、所采用的通风加热管结构设计合理，主要包括圆形加热管以及分别安装在圆形加热管前后端的出风口和进风口，圆形加热管内部的过风面积与隧道通风风管相同且其包括内外钢管，内外钢管之间设置保温隔热层，内钢管内部设置通风加热装置，通风加热装置产生热源。

8、采用通风加热装置对洞内进行通风电热升温，热能供应稳定。并且，根据需要，能对通风加热管在风管的安装位置进行简便调整且距离掌子面最大距离不超过300米，洞口供风经通风加热管升温后通过风管运输距离在300米以内，通过风管运输热能即便散失，也在设计升温施工区域内，有效保证了隧道掌子面及其后方300米范围内施工区域的环境温度。

9、施工简便、实现方便、使用效果好且实用价值高，根据隧道压入式通风技术及电热升温物理原理设计，在高海拔高寒地区隧道施工时采用本发明能有效地将洞外低温环境下供入洞内的冷风进行升温，确保了洞内掌子面及后侧的衬砌施工区域施工环境温度，为初期支护喷射砼、衬砌砼、仰拱及仰拱填充砼的强度上升，营造了良好的施工温度环境，避免因低温造成地下水结冰使初期支护冻胀、造成初期支护变形开裂，形成安全隐患。因而，本发明能满足低温环境下的供暖需求，克服了现有供暖技术仅能对洞内局部区域进行升温、不能满足低温环境下的供暖需求的缺陷，并且能有效保证施工进度及洞内施工人员身体健康。同时，采用本发明在洞内不会造成污染，设备配套人员少，本发明在洞内的安装位置与通风管位置相同，不占用施工面积，在隧道内狭小空间内本发明不影响洞内正常施工。另外，由于本发明中通风加热管的安装位置调整简便，因而能避免出现因热能输送距离过大且长距离输送过程中散热损失大、隧道掘进深度较大后掌子面施工区域供暖效果较差的问题。

综上所述，本发明设计合理、施工方便且使用效果好，能解决现有隧道环境升温方法存在的易被碰撞影响隧道施工、供暖效果较差、不能满足低温环境下的供暖需求等问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明通风升温系统的结构示意图。

图2为本发明通风加热管的结构示意图。

图3为本发明圆形加热管、出风口和进风口的结构示意图。

图4为本发明通风加热管的内部结构示意图。

图5为本发明圆形加热管的结构示意图。

图6为本发明通风加热装置的结构示意图。

图7为本发明加固框架的结构示意图。

图8-1为采用本发明对初始施工段进行施工时的施工状态示意图。

图8-2为采用本发明对中部施工段进行施工时的施工状态示意图。

图8-3为采用本发明对后侧施工段进行施工时的施工状态示意图。

附图标记说明:

1—轴流式通风机；2—风管；3—通风加热管；

3-1—圆形加热管；3-1-1—外钢管；3-1-2—内钢管；

3-1-3—通风加热装置；3-1-31—支撑架；3-1-32—电热管；

3-1-4—保温隔热层；3-2—进风口；3-3—出风口；

3-4—加固框架；4—射流风机；5—正洞；

6—平行导洞；7—第一横通道；8—第一风门；

9—第二风门；10—第二横通道；11—第三横通道；

12—第三风门；13—隧道洞。

具体实施方式

如图1所示的一种高海拔高寒地区隧道通风升温系统，包括一个向所施工隧道的隧道洞13内送风的轴流式通风机1、布设于所施工隧道的隧道洞13内的风管2和对通过轴流式通风机1送入所施工隧道内的冷风进行加热的通风加热管3，所述风管2位于轴流式通风机1前侧。所述通风加热管3安装在风管2上且其与风管2连接组成与轴流式通风机1的送风口相接的通风管道。

如图2、图3、图4、图5及图6所示，所述通风加热管3包括圆形加热管3-1以及分别安装在圆形加热管3-1前后端的出风口3-3和进风口3-2；所述圆形加热管3-1包括外钢管3-1-1、同轴套装在外钢管3-1-1内的内钢管3-1-2和安装在内钢管3-1-2内的通风加热装置3-1-3，所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2均为圆形钢管且二者之间设置有保温隔热层3-1-4。所述内钢管3-1-2为通风管道，所述出风口3-3和进风口3-2均与内钢管3-1-2内部相通。所述通风加热装置3-1-3包括支撑架3-1-31和多排由前至后布设在支撑架3-1-31上的电热管3-1-32，所述支撑架3-1-31为圆柱形且其同轴安装在内钢管3-1-2内，每排所述电热管3-1-32均包括多个沿圆周方向布设的电热管3-1-32。

本实施例中，所述轴流式通风机1布设于所施工隧道的隧道洞口外侧或布设于所施工隧道的隧道洞13内，所述内钢管3-1-2的内径与风管2的内径相同或比所述风管2的内径大0.05m～0.15m。

本实施例中，所述风管2的内径为Φ1.8m，所述内钢管3-1-2的内径为Φ1.9m。

实际使用时，可根据所述风管2的内径，对内钢管3-1-2和外钢管3-1-1的内径进行相应调整。

并且，所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间的间隙宽度为8cm～15mm。

本实施例中，所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间的间隙宽度为10cm。实际加工时，可根据具体需要，对外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间的间隙宽度进行相应调整。

实际加工时，所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2均由矩形钢板弯曲而成。

并且，所述外钢管3-1-1的壁厚不大于内钢管3-1-2的壁厚，所述外钢管3-1-1的壁厚为3mm～5mm，所述内钢管3-1-2的壁厚为5mm～6mm。

所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2的长度相同且二者的前后前端均相平齐，所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2的长度均为5m～7m；所述出风口3-3和进风口3-2均与外钢管3-1-1呈同轴布设且二者的长度均为0.8m～1.2m。

本实施例中，所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2的长度均为6m，所述出风口3-3和进风口3-2的长度均为1m。

本实施例中，所述外钢管3-1-1的壁厚为3mm，所述内钢管3-1-2的壁厚为5mm。

实际使用时，可根据具体需要，对外钢管3-1-1、内钢管3-1-2、出风口3-3和进风口3-2的长度以及外钢管3-1-1和内钢管3-1-2的壁厚进行相应调整。

为确保所述圆形加热管3-1的热能尽可能减少损失，需要在外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间填充保温、绝缘、阻燃、耐火和耐高温的材料。所述保温隔热层3-1-4的作用在于有效减少圆形加热管1的热能损失。

本实施例中，所述保温隔热层3-1-4由耐高温石棉布、矽胶布、铝箔玻纤布和高铝硅酸铝棉由内至外或由外至内铺装而成组成，其中耐高温石棉布起隔热作用，矽胶布起绝缘作用，铝箔玻纤布起阻燃作用，高铝硅酸铝棉起保温作用。

本实施例中，所述电热管3-1-32为U形电热管。

并且，所述电热管3-1-32的长度为1m。每个所述电热管3-1-32均沿圆形加热管3-1的纵向轴线方向布设。

本实施例中，每排所述电热管3-1-32中的多个所述电热管3-1-32均呈均匀布设且其均布设在圆形加热管3-1的同一个横断面上。

本实施例中，所述出风口3-3和进风口3-2的结构和尺寸均相同且二者呈对称布设，所述出风口3-3和进风口3-2均为由钢板弯曲形成的通风口。所述通风口由与外钢管3-1-1连接的第一连接口和位于所述第一连接口外侧的第二连接口组成，所述第一连接口为由内至外口径逐渐缩小的锥形风口，所述第二连接口为由内至外口径逐渐增大的锥形风口，所述第一连接口的内端口径与外钢管3-1-1的内径相同，所述第一连接口的外端口径和所述第二连接口的内端口径均与内钢管3-1-2的内径相同。

并且，所述通风口的壁厚与外钢管3-1-1的壁厚相同。

本实施例中，所述支撑架3-1-31为钢筋支架，所述钢筋支架由多根沿圆周方向布设的纵向钢筋和多道由前至后布设在多根所述纵向钢筋外侧的圆形箍筋组成，多根所述纵向钢筋通过多道所述圆形箍筋紧固连接为一体。

如图7所示，所述圆形加热管3-1的外侧套装有加固框架3-4，所述加固框架3-4为由多根型钢焊接而成的圆柱形框架。

本实施例中，所述型钢为工字钢。

并且，所述圆柱形框架包括多个由前至后布设的圆形框架和多道连接于多个所述圆形框架之间的纵向连接杆。多个所述圆形框架的结构和尺寸均相同且其由前至后套装于所述圆形加热管3-1外侧。实际加工时，多个所述圆形框架呈均匀布设，且多个所述纵向连接杆呈均匀布设。

本实施例中，所述圆形框架的数量为三个，三个所述圆形框架均由工字钢弯曲而成。所述纵向连接杆的数量为两个且二者均为工字钢。

实际加工时，可根据具体需要，对所述圆形框架和所述纵向连接杆的数量进行相应调整。并且，所述圆形框架和所述纵向连接杆也可以采用其它类型的型钢。

实际使用时，设置所述加固框架3-4后，不仅能有效防止圆形加热管3-1在吊装运输过程中受冲击挤压发生变形，有效提高圆形加热管3-1的整体刚度，并且便于吊装转运。

本实施例中，所述电热管3-1-32的排数为四排，四排所述电热管3-1-32包括两排位于支撑架3-1-31前侧的前侧电热管和两排位于支撑架3-1-31后侧的后侧电热管，两排所述前侧电热管与两排所述后侧电热管呈对称布设。

并且，每排所述电热管3-1-32均包括8个沿圆周方向布设的电热管3-1-32。因而，所述通风加热装置3-1-3中所包括电热管3-1-32的总数量为32个。

本实施例中，所述电热管3-1-32为U形不锈钢加热管，每个所述电热管3-1-32的功率为10kw，每排所述电热管3-1-32的总功率为80kw，且32个所述电热管3-1-32的总功率为320kw，采用控制柜主开关下设4个分别对4排所述电热管3-1-32分别进行控制的电控开关，施工运行时根据需要分级控制升温。

本实施例中，所述内钢管3-1-2的内侧壁上由前至后设置有多排绝缘件，每排所述绝缘件均包括多个沿圆周方向布设的所述绝缘件，所述绝缘件为瓷管或瓷条；所述外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间通过多排由前至后布设的第一瓷瓶进行支撑，每排所述第一瓷瓶均包括多个沿圆周方向布设的所述第一瓷瓶；所述内钢管3-1-2与支撑架3-1-31之间通过多排由前至后布设的第二瓷瓶进行支撑，每排所述第二瓷瓶均包括多个沿圆周方向布设的所述第二瓷瓶；每个所述电热管3-1-32与支撑架3-1-31之间均垫装有瓷垫片。

实际加工时，所述瓷管的直径为Φ2cm，所述瓷条的横截面为矩形且其尺寸为2cm×2cm。所述第一瓷瓶的高度与外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间的间隙宽度相同且其高度为10cm。本实施例中，所述第二瓷瓶的高度为5cm。所述瓷垫片的厚度为5mm，所述瓷垫片为方形垫片且其长和宽均为5cm。

实际使用时，所述绝缘件的作用在于对内钢管3-1-2的内侧壁进行绝缘；所述第一瓷瓶的作用在于对外钢管3-1-1和内钢管3-1-2进行绝缘，断绝外钢管3-1-1和内钢管3-1-2之间联电通路；所述第二瓷瓶的作用在于对内钢管3-1-2和支撑架3-1-31进行绝缘，断绝内钢管3-1-2和支撑架3-1-31之间联电通路，同时能有效增加圆形加热管3-1的整体刚度；所述瓷垫片的作用在于对电热管3-1-32和支撑架3-1-31进行绝缘，断绝电热管3-1-32和支撑架3-1-31之间联电通路。

实际使用过程中，所述通风加热管3安装在风管2上，并且通风加热管3与风管2连接组成与所述轴流式通风机1的送风口相接的通风管道。由后向前对所施工隧道进行开挖施工过程中，采用轴流式通风机1进行压入式通风，且通过由风管2和通风加热管3组成的通风管道向所施工隧道内送风，并采用通风加热管3对通过轴流式通风机1送入的冷风进行加热。

实际安装时，所述通风加热管3安装在所述风管的起始端、中部或末端，可根据具体需要，对通风加热管3在风管2上的安装位置进行相应调整。其中，安装在风管2起始端的通风加热管3为起始端加热管，所述起始端加热管位于轴流式通风机1的送风口前侧且其位于轴流式通风机1的送风口与风管2的起始端之间，通风加热管3的进风口3-2与轴流式通风机1的送风口连接且其出风口3-3与所述风管2的起始端连接；安装在风管2中部的通风加热管3为中部加热管，所述风管2通过所述中部加热管分为前后两个风管节段，所述中部加热管安装于前后两个所述风管节段之间，通风加热管3的进风口3-2和出风口3-3分别与前后两个所述风管节段连接，可根据具体需要对通风加热管3的安装位置进行前后调整；安装在风管2末端的通风加热管3为末端加热管，所述末端加热管位于风管2的末端前侧，且通风加热管3的进风口3-2与风管2的末端连接。

本实施例中，所述通风加热管3与所施工隧道的掌子面之间的间距不大于300m且其位于对所施工隧道的二次衬砌进行施工的隧道衬砌模板台车后方。所述风管2通过通风加热管3分为前后两个风管节段，通风加热管3的进风口3-2和出风口3-3分别与前后两个所述风管节段连接，可根据具体需要对通风加热管3的安装位置进行前后调整。

采用如图1所示的通风升温系统对高海拔高寒地区隧道进行通风升温施工的方法，包括以下步骤：

步骤一、轴流式通风机安装：对所施工隧道进行开挖之前，在隧道洞口外侧安装一个轴流式通风机1；

步骤二、隧道开挖及升温通风施工：沿所施工隧道的延伸方向，由后至前进行隧道开挖施工；

隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机1进行压入式通风，且通过由风管2和通风加热管3组成的通风管道向所施工隧道内送风，并采用通风加热管3对通过轴流式通风机1送入的冷风进行加热；所述风管2位于已施工成型的隧道洞13内。

本实施例中，步骤一中所施工隧道的长度大于3000m，所施工隧道由初始施工段和位于所述初始施工段后侧的后续施工段组成，所述初始施工段的长度不小于1500m；

步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工时，包括以下步骤：

步骤201、隧道初始施工段开挖及升温通风施工：由后至前对所述初始施工段进行开挖施工；隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机1进行压入式通风；

步骤202、通风升温系统前移：将轴流式通风机1向前移至步骤201中已施工完成的所述初始施工段的后部，并将由风管2和通风加热管3组成的通风管道同步向前移动；

步骤203、后续施工段开挖施工：由后至前对所述后续施工段进行开挖施工，且开挖施工过程中，采用轴流式通风机1进行压入式通风的同时，通过射流风机4持续向所施工隧道的隧道洞13外侧吹风；

所述射流风机4的数量为一个或多个，多个所述射流风机4沿所施工隧道的纵向延伸方向由前至后进行布设；对所述后续施工段进行开挖施工过程中，所述轴流式通风机1和射流风机4均处于工作状态。

实际布设安装时，多个所述射流风机4均布设在已施工成型的隧道洞13内。

本实施例中，步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工之前，还需在所施工隧道的隧道洞口外侧挂保温帘；步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工过程中，由后向前在已施工成型的隧道洞13内布设多组电加热装置。

为了确保所施工隧道的洞口段喷射砼及衬砌仰拱砼质量，在隧道洞口外侧挂保温帘(具体是棉布帘)，有效减少洞内空气与外界空气的接触面积。所述电加热装置为碘钨灯或加热电炉，通过多组所述电加热装置作为热源为隧道洞13内升温，保证洞内温度为5℃以上。

本实施例中，所施工隧道包括正洞5和与正洞5呈平行布设的平行导洞6，所述平行导洞6位于正洞5的一侧，所述正洞5和平行导洞6的长度均不小于3500m～3600m，对正洞5和平行导洞6同步进行开挖。并且，所述正洞5和平行导洞6的后续施工段均分为中部施工段和位于所述中部施工段后侧的后侧施工段两个施工段，其中所述中部施工段连接于所述初始施工段与所述后侧施工段之间。

本实施例中，所述正洞5和平行导洞6的初始施工段的长度均为1500m且二者的中部施工段的长度均为1000m。实际施工时，可根据具体需要，所述正洞5和平行导洞6的初始施工段、中部施工段和后侧施工段的长度分别进行相应调整。

实际施工时，所述正洞5和平行导洞6分别采用一个如图1所示的通风升温系统进行通风升温施工。

如图8-1所示，对正洞5和平行导洞6的初始施工段进行施工时，先在正洞5和平行导洞6的隧道洞口外侧分别布设一个轴流式通风机1进行独头压入式通风。并且，与轴流式通风机1的送风口相接的风管2上安装有通风加热管3。

如图8-2所示，对正洞5和平行导洞6的中部施工段进行施工时，采用压入式及巷道式混合通风方式。其中，平行导洞6作为进风巷，正洞5作为污风巷，运输车辆走正洞4通过第一横通道7进入平行导洞6施工。所述第一横通道7连接于正洞5和平行导洞6之间且其距离隧道洞口的间距为1020米。所述平行导洞6的通风升温系统向前移至步骤201中已施工完成的所述初始施工段的后部，且移动到位后所述轴流式通风机1与平行导洞6的隧道洞口之间的间距为1000米，所述轴流式通风机1前侧设置第一风门8进行封闭，所述第一风门8位于平行导洞6内；所述平行导洞6内设置有射流风机4且该射流风机4位于轴流式通风机1后侧，为轴流式通风机1输送新鲜空气；所述第一风门8前侧的第一横通道7的通道口设置射流风机4，用于将平行导洞6内的污浊空气诱导引入正洞5内。所述正洞5采用位于洞口外侧的轴流式通风机1压入式通风，正洞5内由前至后设置有多个用于辅助排风的射流风机4。

如图8-3所示，对正洞5和平行导洞6的后侧施工段进行施工时，采用巷道式及压入式综合通风方式。所述正洞5和平行导洞6的通风升温系统均向前移动，移动到位后两个所述通风升温系统的轴流式通风机1均位于平行导洞6内，且两个所述通风升温系统的轴流式通风机1与平行导洞6的隧道洞口之间的间距均为2050米，两个所述通风升温系统的轴流式通风机1前侧设置第二风门9，第二横通道10连接于正洞5和平行导洞6之间且其与平行导洞6的隧道洞口之间的间距为2010米；所述平行导洞6内设置有射流风机4且该射流风机4位于轴流式通风机1后侧，为轴流式通风机1输送新鲜空气。所述平行导洞6内设置的所述通风升温系统的轴流式通风机1直通向平导导洞6的掌子面压入式通风；所述第二横通道10内设置有用于引导平行导洞6内的污风进入正洞5的射流风机4；所述平行导洞6内的运输车辆通过第二横通道10进出正洞5；所述正洞5内设置有射流风机4且该射流风机4位于第二横通道10后侧20米处，用于引导正洞5与平行导洞6内的污风沿正洞5排出。所述正洞5内设置的所述通风升温系统的轴流式通风机1前行至位于第二横通道10前方250米处的第三横通道11，经由第三横通道11进入正洞5，再前行至正洞5的掌子面进行压入式通风，第三横通道11的前后两侧均设置有用于阻挡污风通过的第三风门12，并且所述正洞5内每隔500米加设射流风机4用于辅助排风。

本实施例中，所述正洞5和平行导洞6内设置的所述通风升温系统的轴流式通风机1均为洛阳市高林隧道环境控制技术有限公司生产的双速高效隧道节能风机，所采用的风管2为该双速高效隧道节能风机配套使用的PVC高气密螺旋软风管，该风机使用效果好，性能稳定可靠。其中，所述正洞5内设置的所述通风升温系统的轴流式通风机1的型号为SDZ-125，且与该轴流式通风机1相接的风管2的直径为Φ1.8m。所述平行导洞6内设置的所述通风升温系统的轴流式通风机1的型号为SDZ-10，且与该轴流式通风机1相接的风管2的直径为Φ1.4m

同时，对正洞5和平行导洞6进行施工时，还需采用供氧措施。目前，在高原隧道施工中，供氧方式主要有携氧方式供氧、全富氧供氧和综合供氧三种方式。本实施例中，在生活区采取携氧方式供氧、弥散式供氧和氧气罐装方式，在正洞5和平行导洞6的洞内采取弥散式供氧和中心供氧方式。其中，对于弥散式供氧而言，由于掌子面是隧道施工的主要工作区，隧道开挖过程中施工人员主要集中在该区域，隧道掌子面位于隧道最深处，需要大量通风，以有效清理粉尘、置换废气，保证人员安全工作；在通风量很大的情况下，如果整个工作面空间供氧，浪费很大，因此隧道掌子面采用局部喷射式供氧，在人员活动区域形成氧帘，增加该工作区域的局部氧气浓度。隧道掌子面弥散式供氧系统主要由输氧管道、阀门、弥散供氧装置等组成，弥散供氧装置由两组对称组装的氧气分布器及其连接软管组成，氧气分布器一侧均布数个小孔，氧气以射流雾化的方式从小孔中喷出，并与从其它小孔出来的射流相互扰动，形成氧帘；两组氧气分布器相向布置，使两组氧帘构成氧气浓度较高的局部富氧区域。对于中心供氧方式而言，在正洞5和平行导洞6的洞口之间修建一间吸氧室，里面铺设中心供氧管道，并建立20个吸氧终端，可同时满足20人吸医用级别纯氧。保障工人的身体健康。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：包括一个向所施工隧道的隧道洞(13)内送风的轴流式通风机(1)、布设于所施工隧道的隧道洞(13)内的风管(2)和对通过轴流式通风机(1)送入所施工隧道内的冷风进行加热的通风加热管(3)，所述风管(2)位于轴流式通风机(1)前侧；所述通风加热管(3)安装在风管(2)上且其与风管(2)连接组成与轴流式通风机(1)的送风口相接的通风管道；

所述通风加热管(3)包括圆形加热管(3-1)以及分别安装在圆形加热管(3-1)前后端的出风口(3-3)和进风口(3-2)；所述圆形加热管(3-1)包括外钢管(3-1-1)、同轴套装在外钢管(3-1-1)内的内钢管(3-1-2)和安装在内钢管(3-1-2)内的通风加热装置(3-1-3)，所述外钢管(3-1-1)和内钢管(3-1-2)均为圆形钢管且二者之间设置有保温隔热层(3-1-4)；所述内钢管(3-1-2)为通风管道，所述出风口(3-3)和进风口(3-2)均与内钢管(3-1-2)内部相通；所述通风加热装置(3-1-3)包括支撑架(3-1-31)和多排由前至后布设在支撑架(3-1-31)上的电热管(3-1-32)，所述支撑架(3-1-31)为圆柱形且其同轴安装在内钢管(3-1-2)内，每排所述电热管(3-1-32)均包括多个沿圆周方向布设的电热管(3-1-32)。

2.按照权利要求1所述的高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：所述轴流式通风机(1)布设于所施工隧道的隧道洞口外侧或布设于所施工隧道的隧道洞(13)内，所述内钢管(3-1-2)的内径与风管(2)的内径相同或比所述风管(2)的内径大0.05m～0.15m。

3.按照权利要求1或2所述的高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：所述通风加热管(3)安装在风管(2)的起始端、中部或末端；安装在风管(2)起始端的通风加热管(3)为起始端加热管，所述起始端加热管位于轴流式通风机(1)的送风口前侧且其位于轴流式通风机(1)的送风口与风管(2)的起始端之间；安装在风管(2)中部的通风加热管(3)为中部加热管，所述风管(2)通过所述中部加热管分为前后两个风管节段，所述中部加热管安装于前后两个所述风管节段之间；安装在风管(2)末端的通风加热管(3)为末端加热管，所述末端加热管位于风管(2)的末端前侧。

4.按照权利要求1或2所述的高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：所述通风加热管(3)与所施工隧道的掌子面之间的间距不大于300m且其位于对所施工隧道的二次衬砌进行施工的隧道衬砌模板台车后方。

5.按照权利要求1或2所述的高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：所述外钢管(3-1-1)和内钢管(3-1-2)均由矩形钢板弯曲而成；所述外钢管(3-1-1)和内钢管(3-1-2)的长度相同且二者的前后前端均相平齐，所述外钢管(3-1-1)和内钢管(3-1-2)的长度均为5m～7m；所述出风口(3-3)和进风口(3-2)均与外钢管(3-1-1)呈同轴布设且二者的长度均为0.8m～1.2m。

6.按照权利要求1或2所述的高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：所述支撑架(3-1-31)为钢筋支架，所述钢筋支架由多根沿圆周方向布设的纵向钢筋和多道由前至后布设在多根所述纵向钢筋外侧的圆形箍筋组成，多根所述纵向钢筋通过多道所述圆形箍筋紧固连接为一体；所述电热管(3-1-32)的排数为四排，四排所述电热管(3-1-32)包括两排位于支撑架(3-1-31)前侧的前侧电热管和两排位于支撑架(3-1-31)后侧的后侧电热管，两排所述前侧电热管与两排所述后侧电热管呈对称布设；所述电热管(3-1-32)为U形电热管；

所述外钢管(3-1-1)的壁厚不大于内钢管(3-1-2)的壁厚，所述外钢管(3-1-1)的壁厚为3mm～5mm，所述内钢管(3-1-2)的壁厚为5mm～6mm。

7.按照权利要求1或2所述的高海拔高寒地区隧道通风升温系统，其特征在于：所述内钢管(3-1-2)的内侧壁上由前至后设置有多排绝缘件，每排所述绝缘件均包括多个沿圆周方向布设的所述绝缘件，所述绝缘件为瓷管或瓷条；所述外钢管(3-1-1)和内钢管(3-1-2)之间通过多排由前至后布设的第一瓷瓶进行支撑，每排所述第一瓷瓶均包括多个沿圆周方向布设的所述第一瓷瓶；所述内钢管(3-1-2)与支撑架(3-1-31)之间通过多排由前至后布设的第二瓷瓶进行支撑，每排所述第二瓷瓶均包括多个沿圆周方向布设的所述第二瓷瓶；每个所述电热管(3-1-32)与支撑架(1-31)之间均垫装有瓷垫片；所述圆形加热管(3-1)的外侧套装有加固框架(3-4)，所述加固框架(3-4)为由多根型钢焊接而成的圆柱形框架。

8.一种利用如权利要求1所述通风升温系统对高海拔高寒地区隧道进行通风升温施工的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、轴流式通风机安装：对所施工隧道进行开挖之前，在隧道洞口外侧安装一个轴流式通风机(1)；

步骤二、隧道开挖及升温通风施工：沿所施工隧道的延伸方向，由后至前进行隧道开挖施工；

隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机(1)进行压入式通风，且通过由风管(2)和通风加热管(3)组成的通风管道向所施工隧道内送风，并采用通风加热管(3)对通过轴流式通风机(1)送入的冷风进行加热；所述风管(2)位于已施工成型的隧道洞(13)内。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤一中所施工隧道的长度大于3000m，所施工隧道由初始施工段和位于所述初始施工段后侧的后续施工段组成，所述初始施工段的长度不小于1500m；

步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工时，包括以下步骤：

步骤201、隧道初始施工段开挖及升温通风施工：由后至前对所述初始施工段进行开挖施工；隧道开挖施工过程中，采用轴流式通风机(1)进行压入式通风；

步骤202、通风升温系统前移：将轴流式通风机(1)向前移至步骤201中已施工完成的所述初始施工段的后部，并将由风管(2)和通风加热管(3)组成的通风管道同步向前移动；

步骤203、后续施工段开挖施工：由后至前对所述后续施工段进行开挖施工，且开挖施工过程中，采用轴流式通风机(1)进行压入式通风的同时，通过射流风机(4)持续向所施工隧道的隧道洞(13)外侧吹风；

所述射流风机(4)的数量为一个或多个，多个所述射流风机(4)沿所施工隧道的纵向延伸方向由前至后进行布设；对所述后续施工段进行开挖施工过程中，所述轴流式通风机(1)和射流风机(4)均处于工作状态。

10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于：步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工之前，还需在所施工隧道的隧道洞口外侧挂保温帘；步骤二中进行隧道开挖及升温通风施工过程中，由后向前在已施工成型的隧道洞内布设多组电加热装置。