[发明专利]基于相变蓄冷的隧道冷风系统

说明书

本发明提供一种基于相变蓄冷的隧道冷风系统，包括蓄冷段和冷风段，蓄冷段是由隧道地温能换热器、水泵、分水管、集水管和蓄冷硐室内的相变蓄冷板组成的封闭循环系统；相变蓄冷板先在蓄冷硐室内完成蓄冷，沿隧道运输到靠近隧道施工面的冷风段，由隔热层与移动式屏蔽门在隧道开挖掌子面后方形成封闭隔热空间，内部的冷却管路、水泵和相变蓄冷板组成的封闭循环降温系统，利用送风管和内循环通风对施工人员进行降温。本发明相比既有的人工制冰降温方式，具备施工便捷、能效高、可再生、运行成本低等显著的进步。

技术领域

本发明涉及一种隧道施工的安全保障系统，具体涉及一种利用相变材料为隧道施工提供冷风的系统。

背景技术

以川藏铁路桑珠岭隧道为例，该隧道全长16449m，最大埋深约1347m，是目前中国铁路隧道修建中遇到的最高岩温隧道，隧道内岩温达到81.9℃。《铁路隧道施工规范》TB10120-2002规定隧道洞内气温不得大于28℃，隧道高地温热灾导致施工人员劳动能力降低，机械设备故障率显著升高，严重降低施工工效；对施工人员健康影响较大，高原病发病率大增，危及施工人员生命安全。高地温隧道施工降温主要采用加强通风、隔热、冷水（冰块）降温和机械制冷通风等。桑珠岭隧道采用气泡混凝土+冰块+喷雾+加强通风综合降温技术，隧道洞内环境温度下降了10-20℃，环境温度控制在45℃以内，但仍未达到规范规定的28℃以内的要求。 分析其原因如下：（1）超长隧道的风机冷量损耗大，能耗大，且运行成本高；（2）冰块周围3m范围内降温3-5℃，降温效率不高；（3）添加引气剂的喷射混凝土将洞内温度降低2-3℃，隔热效果有限。

经检索，中国专利文献CN109209466A公开了一种盾构隧道施工降温装置及降温方法，在隧道内布置制冷系统和空气冷却系统，并在隧道外布置盾构循环水系统；将制冷系统与空气冷却系统相连，为空气冷却系统提供冷源；空气冷却系统与地面送入的自然风进行冷热交换，对自然风进行冷却降温；盾构循环水系统与制冷系统相连，用于对制冷系统进行散热降温。

隧道为线型结构，穿越不同埋深的地层和地质构造带，隧道埋深变化和地温异常地质构造带会导致隧道内存在显著的“地温差”，如何将其用于寒区隧道防冻加热，同时用于高地温隧道降温，提升效率+增强隔热+节能环保，就成为解决超长隧道高地温热灾的突破口。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明利用隧道地温能换热器将低地温区段的围岩地温能存储于相变板内，替代传统的人工制冰，用于高地温区段的洞内空气降温，达到降温效率高、绿色环保和成本低等目的。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于相变蓄冷的隧道冷风系统，包括蓄冷段和冷风段。

其中，蓄冷段是由隧道地温能换热器、水泵、分水管、集水管和蓄冷硐室内的相变蓄冷板组成的封闭循环系统；所述相变蓄冷板先在蓄冷硐室内完成蓄冷，沿隧道运输到降温系统并与之连接。

冷风段靠近隧道施工面布置，由隔热层与移动式屏蔽门在隧道开挖掌子面后方形成封闭隔热空间，内部的冷却管路、水泵和相变蓄冷板组成的封闭循环降温系统，利用送风管和内循环通风对施工人员进行降温。

具体地，所述隧道地温能换热器包括若干组热交换管路，所述热交换管路布设于初衬与防水板之间、中空锚杆内和隧道仰拱上方。

具体地，所述环境智能监控系统由温度传感器、风速传感器、湿度传感器、数据采集器和分析处理系统，根据施工环境监测数据，控制外循环通风和内循环通风的工作状态。

本发明同时提供利用上述系统为隧道施工面降温的作业方法，包括以下步骤：

步骤1，在施做二衬之前，在隧道初衬表面、中空锚杆内和仰拱上方等位置铺设热交换管路，在浇筑二衬混凝土时，将热交换管路经由纵向排水管下方穿出二衬混凝土边墙；