[发明专利]高海拔高寒地区隧道通风升温系统及通风升温施工方法

说明书

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。