CN110617099A - 隧道降温系统及降温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道降温系统及降温方法。隧道降温系统包括：输送部件，沿隧道长度方向设置，用于输送冷却介质；增压部件，与所述输送部件连接且设于所述隧道内，用于为冷却介质增压并将冷却介质输出；喷出部件，分布于所述隧道的施工段，所述喷出部件与所述增压部件的出口连接，用于将所述增压部件输出的冷却介质喷出以使所述隧道的施工段温度下降。本发明将冷却介质从外部通过输送部件输送至隧道施工段，集中对隧道施工段降温，改变了传统方法中直接从隧道口通风对隧道施工段实施降温的思路，降低了降温难度。可以直接对隧道的施工段降温，不会受隧道长度影响，即使隧道长度很长也能够保持良好的降温效果，特别适用于高地温围岩长隧道掘进。

Description

隧道降温系统及降温方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，特别是涉及隧道降温系统及降温方法。

背景技术

近年来，我国西部的建设正如火如荼的进行，由于我国西部地形复杂，隧道建设在西部正朝着更深，更长的趋势发展。

TBM(全断面隧道掘进机)因其在长隧道掘进中的优越性，在隧道掘进的建设中备受青睐。TBM在掘进埋深较大的隧道的过程中很可能遇到高温围岩，高温围岩会使隧道内的工作人员及设备处于高温的工作环境中，不利于人员健康以及工作效率。传统的TBM隧道采用的通风方式是将隧道口的新鲜空气直接输送进入隧道直至TBM掘进的掌子面附近为隧道降温，然而当隧道过长时，空气在高温环境中经长距离输送后会被围岩的高温辐射加热至较高温度，还没到达掌子面附近时温度已升高至基本与隧道原始温度一致，降温作用很小。因此，如何能够在施工过程中高效经济的降低深长隧道内的高温，改善工作环境，是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对高地温长隧道掘进过程中环境温度过高且难以调节的问题，提供一种隧道降温系统及降温方法。

一种隧道降温系统，包括：

输送部件，沿隧道长度方向设置，用于输送冷却介质；

增压部件，与所述输送部件连接且设于所述隧道内，用于为冷却介质增压并将冷却介质输出；

喷出部件，分布于所述隧道的施工段，所述喷出部件与所述增压部件的出口连接，用于将所述增压部件输出的冷却介质喷出以使所述隧道的施工段温度下降。

上述隧道降温系统，至少具有以下有益的技术效果：

(1)将冷却介质从外部通过输送部件输送至隧道施工段，集中对隧道施工段降温，改变了传统方法中从隧道口通风对隧道施工段实施降温的思路，有效降低了降温难度。可以直接集中对隧道的施工段降温，降温操作不会受隧道长度影响，即使隧道长度很长也能够保持良好的降温效果，特别适用于高地温围岩长隧道掘进。

(2)本发明可以有效降低隧道内的工作人员及设备所处的环境温度，温度降低后深隧道掘进工作环境得到了很大程度的改善，有利于人员健康及工作效率的提升，隧道内的机械设备能够持久正常运行，延长了使用寿命。

(3)本实施例直接针对施工段降温，施工所需设备及部件较少，工程量及投入成本低；且我国西部地区的隧道一般所处山区，气温较低，地表水更多为雪山融水，温度更低，可以不经低温处理直接随取随用，进一步降低了成本消耗，且水相比空气具有更高的比热容以及具有蒸发吸热的性质，是降低隧道施工段高温的较佳选择。

(4)本实施例在运行时不仅能够起到降温作用，喷出部件喷出的冷却介质还有明显的除尘效果。

在其中一个实施例中，所述喷出部件包括多个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴沿隧道延伸方向分布设于所述隧道内，且每两个相邻所述雾化喷嘴的连线与两个所述雾化喷嘴所在的隧道部分的延伸方向不平行。

在其中一个实施例中，所述喷出部件设于掘进设备上。

在其中一个实施例中，还包括制冷组件，所述制冷组件包括：

制冷部件，设于所述隧道中，包括输入端和输出端，所述输入端与所述输送部件连接；

冷气输送管路，沿所述隧道的延伸方向通至所述隧道的掌子面，且所述冷气输送管路与所述制冷部件的输出端连通，用于将所述制冷部件输出的冷气输送至所述掌子面。

在其中一个实施例中，所述制冷部件包括空冷机或风冷机。

在其中一个实施例中，还包括储存容器，分别与所述制冷部件的输入端与所述输送部件连接，用于临时储存所述输送部件向所述制冷部件输入的冷却介质。

在其中一个实施例中，所述增压部件为调压水泵，所述调压水泵包括输入口和输出口，所述输入口通过引导管与所述输送部件连接，所述输出口通过压力管与所述喷出部件连接。

在其中一个实施例中，输送部件包括输送管道。

在其中一个实施例中，还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括：

温度检测单元，用于检测隧道中的温度数据；

控制单元，分别与所述增压部件、所述制冷部件和所述温度检测单元通讯连接，用于接收所述温度检测单元检测得到的温度数据并控制驱动所述增压部件和所述制冷部件。

在其中一个实施例中，所述控制单元为控制柜，所述控制柜中设有控制器，所述控制器分别与所述增压部件、所述制冷部件和所述温度检测单元电连接。

在其中一个实施例中，温度检测单元为温度传感器，沿隧道延伸方向间隔布置。

一种隧道降温方法，包括：

基于温度检测单元检测隧道中的温度数据；

当判断隧道施工段的温度高于预设温度时，控制单元控制启动增压部件将来自输送部件的冷却介质加压后通过布设于隧道内的喷出部件喷出；

若增压部件运行预设时间后隧道内温度仍未降至预设温度以下时，控制单元启动制冷部件，所述制冷部件制成的冷气通过冷气输送管路输送至隧道的掌子面为所述掌子面附近的空间降温，同时冷气到达所述掌子面后被所述掌子面阻挡反弹，并沿隧道延伸方向朝隧道入口流动，从而降低隧道施工段的温度；

当控制单元判断隧道施工段的温度降至预设温度以下时，控制单元控制关闭制冷部件。

上述隧道降温方法，至少具有以下有益的技术效果：

通过自动控制实现隧道施工段的降温，不需要人为操作控制，节约了人力成本；调控过程精确及时，可以时刻保证隧道施工段温度在预设温度以下，温度降低后深隧道掘进工作环境得到了很大程度的改善，有利于人员健康及工作效率的提升，隧道内的机械设备能够持久正常运行，延长了使用寿命。

在其中一个实施例中，所述喷出部件设于所述掘进设备上。

附图说明

图1为本发明一实施例隧道降温系统的示意图；

图2为本发明一实施例隧道降温系统中的自动控制装置的连接示意图。

图中：110、输送部件，111、输送管道，

120、增压部件，121、引导管，122、压力管，

130、喷出部件，131、雾化喷嘴，

200、制冷组件，210、制冷部件，211、连接风管，220、冷气输送管路，230、储存容器，

300、温度检测单元，

400、隧道，

500、台车。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例作出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

应当理解的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例中，提供一种隧道降温系统，包括：

输送部件110，沿隧道400长度方向设置，用于输送冷却介质；

增压部件120，与输送部件110连接且设于隧道400内，用于为冷却介质增压并将冷却介质输出；

喷出部件130，分布于隧道400的施工段，喷出部件130与增压部件120的出口连接，用于将增压部件120输出的冷却介质喷出以使隧道400的施工段温度下降。

本实施例所用的冷却介质可选用低温(如10℃以下)的蒸馏水、无水乙醇等，此处不作限制。

按照本实施例将各部件设置到对应的位置后，启动增压部件120，增压部件120将输送部件110输送来的冷却介质加压后通过布设于隧道400内的喷出部件130喷出，冷却介质被加压后喷出与隧道400施工段的高温空气接触，通过热交换吸热作用使隧道400内的温度快速下降。具体操作时可通过调节增压部件120的功率增大喷出量，直至隧道400施工段内的温度降至预期水平如28℃以下。

将冷却介质如低温冷水从外部通过输送部件110输送至隧道400的施工段，集中对隧道400的施工段降温，改变了传统方法中直接从隧道口通风对深长隧道400的施工段实施降温的思路，有效降低了降温难度。

由于本实施例可以直接对隧道的施工段降温，降温操作不会受隧道长度影响，即使隧道长度很长也能够保持良好的降温效果，特别适用于高地温围岩长隧道掘进；隧道内的工作人员及设备所处的环境温度降低后深隧道掘进工作环境得到了很大程度的改善，有利于人员健康及工作效率的提升，隧道内的机械设备能够持久正常运行，延长了使用寿命。

参考图1，在一些实施例中，喷出部件130包括多个雾化喷嘴131，雾化喷嘴131沿隧道400延伸方向分布设于隧道400内，且每两个相邻雾化喷嘴131的连线与两个雾化喷嘴131所在的隧道400部分的延伸方向不平行。具体的，每两个相邻雾化喷嘴131的连线与两个雾化喷嘴131所处的隧道400部分的延伸方向不平行可以是：相邻的雾化喷嘴131可分别设在全断面隧道掘进机的两侧，或设在全断面隧道掘进机的同侧但处于不同的高度。由于喷出的雾滴容易随着隧道400内空气的流动方向运动，而隧道400内空气的流动方向是与隧道400延伸方向一致的，如果各雾化喷嘴131的连线与隧道400的延伸方向完全平行，雾滴喷出后在受热蒸发之前就会沿空气的流动方向运动至下一个雾化喷嘴131并有可能与下一个雾化喷嘴131喷出的雾滴混合，一方面雾滴混合后粒径变大，吸热蒸发和发生相变的难度增大，降温的效果难以达到预期；另一方面混合的雾滴不能及时蒸发会影响隧道400内的视野，不利于施工操作的正常进行。采用本实施例的设置方式后，相邻的雾化喷嘴131在沿隧道400延伸方向上错开设置，喷出的雾滴沿空气的流动方向向前运动时，不会有机会与下一个雾化喷嘴131喷出的雾滴混合，从而可以正常吸热并快速蒸发成气相，保证良好的吸热和降温效果，同时也不会影响隧道400内的视野。优选的，相邻雾化喷嘴131的间隔为5-8m，采用该间距设置后，能够达到良好的降温效果，且能够避免布置密度过大增大施工投入成本。

在其他一些实施例中，喷出部件130可以是莲蓬头或喷头，此处不作限制。

在一些实施例中，喷出部件130设于掘进设备上。具体的，喷出部件130可以设在全断面隧道掘进机的机体上，喷出部件130的喷出方向朝向隧道400内壁为隧道400围岩降温。本实施例中，将喷出部件130设置于掘进设备上，降温系统可以随着掘进设备向掘进方向实时移动，从而实时对掘进设备所处的隧道400施工段降温，避免了随掘进的持续深入以及施工段的不断前移同步跟随调整喷出部件130安装位置的问题，只需保证输送部件110如输送管道111具有足够的长度即可，很大程度上减轻了施工操作的工作量，也可以保证实时降温的效果。

当然，在其他一些实施例中，喷出部件130可以设于隧道400施工段的内壁或直接置于隧道400中，不会影响本发明的正常实施，此处不作限制。

参考图1，在一些实施例中，还包括制冷组件200，制冷组件200包括：

制冷部件210，设于隧道400中，包括输入端和输出端，输入端与输送部件110连接，用于从输送部件110获得冷却介质；

冷气输送管路220，沿隧道400延伸方向通至隧道400的掌子面，且冷气输送管路220与制冷部件210的输出端通过连接风管211连通，用于将制冷部件210输出的冷气输送至掌子面。

制冷部件210制成的冷气直接排进冷气输送管路220，通过冷气输送管路220输送至隧道400的掌子面为掌子面附近的空间降温；同时冷气到达掌子面后可被掌子面阻挡并反弹、沿隧道400延伸方向反向向隧道400入口流动，伴随着冷气的流动从而降低隧道400施工段的温度。

本实施例中，冷气输送管路220中的冷气首先输送至掘进方向最前端的掌子面直接为待开掘的掌子面降温，相较于将隧道400口的新鲜空气直接沿隧道400延伸方向输送至掌子面的降温方法，本实施例制冷组件200产生的冷气直接到达掌子面附近，几乎不会受隧道400沿线的高温围岩辐射影响，冷气可以直接对掌子面降温，能够在第一时间将最迫切需要降温的待开掘端面岩石的温度降至较低的水平，降温效果更好更明显。根据降温需求还可自由调节制冷部件210输出的冷气流量，从而达到最佳的降温效果。优选的，制冷部件210包括空冷机或风冷机，冷却后风温为22℃，出风量为15m³/s。本实施例的制冷组件200直接采用输送部件110中的冷却介质作为冷媒，与增压部件120共用冷却介质，不需要单独提供冷媒供给系统，为隧道400的降温提供了第二种选择方案，可在增压部件120达到满载仍不能将温度降至预期数值时与增压部件120配合增强降温效果；也能够作为备用方案，在增压部件120出故障时启动降温，提升了设备运行的可靠性和稳定性。

在一些实施例中，还包括储存容器230，设于制冷部件210的输入端与输送部件110之间且分别与制冷部件210的输入端与输送部件110连接，用于临时储存输送部件110输入的冷却介质并将冷却介质注入制冷部件210，保证制冷部件210的冷媒充足。优选的，储存容器230为冷却水箱，保证其中储存水的温度满足制冷部件210的制冷要求。

继续参考图1，在一些实施例中，输送部件110、增压部件120、喷出部件130设于台车500上，台车500设于隧道400内，且可沿隧道400延伸方向往复移动。随着施工段的推进，可利用台车500将输送部件110、增压部件120、喷出部件130沿施工段的推进方向平移，从而避免了随施工段的移动人工操作移动输送部件110、增压部件120、喷出部件130的麻烦，方便了施工操作。

在一些实施例中，增压部件120为调压泵，调压泵包括输入口和输出口，输入口通过引导管121与输送部件110连接，且输出口通过压力管122与喷出部件130连接。调压泵压力可自由调节，当调节至不同的压力时可以将冷却介质加压至不同的压力水平，从而改变从喷出部件130喷出的冷却介质的速度和流量，继而改变降温速度。

在一些实施例中，输送部件110包括输送管道111，利用输送管道111直接快速输送冷却介质。进一步的，输送管道111外包覆隔热材料如石棉等，可以最大程度上避免其中输送的冷却介质温度上升。

在其他一些实施例中，输送部件110可以是输送水槽或间隔布设且依次连通的储存容器230，此处不作限制。

参考图1和图2，在一些实施例中，还包括自动控制装置，自动控制装置包括：

温度检测单元300，用于检测隧道400中的温度数据；

控制单元600，分别与增压部件120、制冷部件210和温度检测单元300通讯连接，用于接收温度检测单元300检测得到的温度数据并控制驱动增压部件120和制冷部件210。

温度检测单元300检测到隧道400中的温度数据并传至控制单元600，控制单元600判断出隧道400施工段的温度高于预设温度如28℃时，控制启动增压部件120，增压部件120将输送部件110输送来的冷却介质加压后通过布设于隧道400内的喷出部件130喷出，冷却介质被加压后喷出并与隧道400施工段的高温空气接触，通过热交换吸热作用使隧道400内的温度快速下降；当增压部件120运行预设时间后温度仍未降至预设温度以下时，说明降温系统发生部分故障或达到满载，控制单元600启动制冷部件210，制冷部件210制成的冷气直接排进冷气输送管路220，通过冷气输送管路220输送至隧道400的掌子面为掌子面附近的空间降温，同时冷气到达掌子面后可被掌子面阻挡并反弹、沿隧道400延伸方向反向向隧道400入口流动，伴随着冷气的流动从而降低隧道400施工段的温度，当温度降至预设温度以下时控制单元600控制关闭制冷部件210。

具体操作时控制单元600可根据温度高低的程度调节增压部件120的功率从而改变喷出量，使隧道400施工段内的温度尽快降至预期水平如28℃以下。

优选的，喷出部件130设于掘进设备上。本实施例中，将喷出部件130设置于掘进设备上，降温系统可以随着掘进设备向掘进方向实时移动，从而实时对掘进设备所处的隧道400施工段降温，避免了掘进过程中随掘进的持续深入以及施工段的不断前移同步跟随调整喷出部件130安装位置的问题，只需保证输送部件110如输送管道111具有足够的长度即可，很大程度减轻了施工操作的工作量，也可以保证实时降温的效果，在掘进过程中完全不需要施工人员进入隧道400内部，特别适用于高地温围岩长隧道掘进。

优选的，控制单元600为控制柜，控制柜中设有控制器，控制器分别与增压部件120、制冷部件210和温度检测单元300电连接。

优选的，温度检测单元300为温度传感器，沿隧道400延伸方向间隔布置。间隔布置的多个温度传感器可分别检测温度数据，传至控制单元600后由控制单元600计算得出各温度数据的平均值即可得出隧道内的温度。更优选的，温度传感器沿隧道400延伸方向每隔10-12m设置一个。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种隧道降温系统，其特征在于，包括：

输送部件，沿隧道长度方向设置，用于输送冷却介质；

增压部件，与所述输送部件连接且设于所述隧道内，用于为冷却介质增压并将冷却介质输出；

喷出部件，分布于所述隧道的施工段，所述喷出部件与所述增压部件的出口连接，用于将所述增压部件输出的冷却介质喷出以使所述隧道的施工段温度下降。

2.根据权利要求1所述的隧道降温系统，其特征在于，所述喷出部件包括多个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴沿隧道延伸方向分布设于所述隧道内，且每两个相邻所述雾化喷嘴的连线与两个所述雾化喷嘴所在的隧道部分的延伸方向不平行。

3.根据权利要求1所述的隧道降温系统，其特征在于，所述喷出部件设于掘进设备上。

4.根据权利要求1所述的隧道降温系统，其特征在于，还包括制冷组件，所述制冷组件包括：

制冷部件，设于所述隧道中，包括输入端和输出端，所述输入端与所述输送部件连接；

冷气输送管路，沿所述隧道的延伸方向通至所述隧道的掌子面，且所述冷气输送管路与所述制冷部件的输出端连通，用于将所述制冷部件输出的冷气输送至所述掌子面。

5.根据权利要求4所述的隧道降温系统，其特征在于，所述制冷部件包括空冷机或风冷机。

6.根据权利要求4所述的隧道降温系统，其特征在于，还包括储存容器，分别与所述制冷部件的输入端与所述输送部件连接，用于临时储存所述输送部件向所述制冷部件输入的冷却介质。

7.根据权利要求1所述的隧道降温系统，其特征在于，所述增压部件为调压水泵，所述调压水泵包括输入口和输出口，所述输入口通过引导管与所述输送部件连接，所述输出口通过压力管与所述喷出部件连接。

8.根据权利要求1所述的隧道降温系统，其特征在于，输送部件包括输送管道。

9.根据权利要求4所述的隧道降温系统，其特征在于，还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括：

温度检测单元，用于检测隧道中的温度数据；

控制单元，分别与所述增压部件、所述制冷部件和所述温度检测单元通讯连接，用于接收所述温度检测单元检测得到的温度数据并控制驱动所述增压部件和所述制冷部件。

10.根据权利要求9所述的隧道降温系统，其特征在于，所述控制单元为控制柜，所述控制柜中设有控制器，所述控制器分别与所述增压部件、所述制冷部件和所述温度检测单元电连接。

11.根据权利要求9所述的隧道降温系统，其特征在于，温度检测单元为温度传感器，沿隧道延伸方向间隔布置。

12.一种隧道降温方法，其特征在于，包括：

基于温度检测单元检测隧道中的温度数据；

当判断隧道施工段的温度高于预设温度时，控制单元控制启动增压部件将来自输送部件的冷却介质加压后通过布设于隧道内的喷出部件喷出；

若增压部件运行预设时间后隧道内温度仍未降至预设温度以下时，控制单元启动制冷部件，所述制冷部件制成的冷气通过冷气输送管路输送至隧道的掌子面为所述掌子面附近的空间降温，同时冷气到达所述掌子面后被所述掌子面阻挡反弹，并沿隧道延伸方向朝隧道入口流动，从而降低隧道施工段的温度；

当控制单元判断隧道施工段的温度降至预设温度以下时，控制单元控制关闭制冷部件。

13.根据权利要求12所述的隧道降温方法，其特征在于，所述喷出部件设于所述掘进设备上。