一种高海拔隧道梯级供氧系统及其使用方法与流程

本发明涉及隧道工程领域，特别是一种高海拔隧道梯级供氧系统及其使用方法。

背景技术：

高海拔地区空气稀薄，缺氧严重，空气中的含氧量仅有海平面的50％。稀薄的空气使人头痛目眩，心悸发慌，胸闷气短，鼻子出血，出现呕吐。如果在高海拔的环境条件下进行施工作业，施工人员不仅要忍受这些强烈高原反应的折磨与痛苦，面临着健康损害和生命安全的威胁，而且劳动效率极低，施工进度和质量无法保证。为此采取安全、可靠、经济、科学的有效措施进行高海拔地区施工场所供氧，对于保障施工人员健康和生命安全、提高工作效率等具有重要意义。

现有技术中，国内外在高海拔地区隧道施工的特殊环境下主要采用个人携氧的方式补充施工人员所需的氧气。施工人员将氧气瓶背在背上，用鼻吸管吸氧。该方法设备简单，容易操作，在短时间或某些紧急情况下比较适用。但这种供氧方式不能连续供氧，每隔一定时间需要更换氧气瓶，影响连续施工作业，并且长时间背负氧气瓶增加了施工人员的劳动强度，尤其是高海拔地区的隧道施工人员，极大地降低了工效。

高海拔地区隧道洞内施工通风技术还没有较成熟的经验，一般较为普遍的通风供氧技术措施是采用加大风机功率、风管直径等来增加洞内通风量，从而改善洞内空气质量，提高洞内的氧含量和空气质量。但对于高海拔地区的特长隧道内，单纯采用加大通风量来实现洞内供氧的措施成本较高，也未能有效解决洞内低气压、缺氧的问题。

对于特长隧道，由于洞内施工条件差，风管的损失率较大，由于通风管路径太长，当到达掌子面时，风管的风量会损失很大，供氧效果会受到影响。也有采用弥散式供氧技术，将预先制备好的氧气预先储存并放在洞内，通过供氧管连续不断的将氧气送至掌子面，然后在掌子面一定区域内供氧，但这种方法供氧成本较高。

因此，需要提出一种更加高效可靠的隧道供氧系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的隧道内供氧成本高、效果差的问题，提供一种高海拔隧道梯级供氧系统及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种高海拔隧道梯级供氧系统，包括：第一封隔件，与所述隧道内壁适配，用于与掌子面间隔设置，所述第一封隔件与所述掌子面之间形成可开合的第一封隔空间；第二封隔件，与所述隧道内壁适配，与所述第一封隔件间隔设置，位于所述第一封隔件远离掌子面的一侧，所述第一封隔件与所述第二封隔件之间形成可开合的第二封隔空间；第一供氧装置，用于向所述第一封隔空间中供氧。本发明提供的上述高海拔隧道梯级供氧系统，施工时，施工人员在第一封隔空间中进行隧道施工，通过第一供氧装置向第一封隔空间中供氧，即可保证第一封隔空间内的气压和氧气含量，保证施工顺利进行。在施工机械需要进出第一封隔空间等情况下、需要开启第一封隔空间时，使第二封隔空间处于封闭状态，打开第一封隔件，此时，只在第一封隔空间和第二封隔空间的范围内产生气体交换，减小第一封隔空间内的气压和氧气降低的幅度。在施工机械进入到第二封隔空间内时，再关闭第一封隔件、打开第二封隔件，使施工机械驶出第二封隔空间即可。

本发明提供的上述高海拔隧道梯级供氧系统，通过设置两级封隔空间，能够保证掌子面附近的施工人员的氧气供应，有利于提高工作效率，在保障施工机械顺利通过的同时，能够降低氧气损耗，节约成本。

术语“与隧道内壁适配”，是指第一封隔件和第二封隔件的形状能够与隧道内壁贴合或基本贴合，从而起到封隔作用。实际施工时，在满足第一封隔空间和第二封隔空间的气压和氧含量能够维持在适当水平、使得施工人员能够保持正常工作的前提下，第一封隔件或第二封隔件与所述隧道内壁可以存在一定的间隙，而无需实现完全的气密。

作为本发明的一种可选的方案，高海拔隧道梯级供氧系统还包括与所述隧道内壁适配的第三封隔件，所述第三封隔件设于所述第二封隔件远离所述第一封隔件的一侧。所述第三封隔件与所述第二封隔件间隔设置，二者之间形成可开合的第三封隔空间。通过设置第三封隔件，能够进一步降低氧气的损耗量。

作为本发明的一种可选的方案，所述第一封隔件和所述第二封隔件设置为气囊，在充气状态下，所述第一封隔件和所述第二封隔件能够与所述隧道内壁适配。通过上述结构，第一封隔件和第二封隔件充气时，体积增大，能够与隧道内壁适配；在需要打开第一封隔空间或第二封隔空间时，对气囊进行放气，气囊体积减小，从而允许施工器械通过。

作为本发明的一种可选的方案，所述第一封隔件和所述第二封隔件上均设有缝隙，在充气状态下，所述第一封隔件表面在所述缝隙处贴合，所述第二封隔件表面在所述缝隙处贴合。通过上述结构，由于气囊存在弹性，施工人员需要从第一封隔件和第二封隔件上进出时，无需对气囊进行充放气，只需要挤过缝隙即可。减小了气囊充放气的频率，有利于保证施工效率。

作为本发明的一种可选的方案，所述第三封隔件设置为气囊，在充气状态下，所述第三封隔件能够与所述隧道内壁适配；所述第三封隔件上设有缝隙，在充气状态下，所述第三封隔件表面在所述缝隙处贴合。

作为本发明的一种可选的方案，所述第一供氧装置包括氧气站，所述第一供氧装置设置于所述第一封隔空间内。

作为本发明的一种可选的方案，高海拔隧道梯级供氧系统还包括设置于所述第二封隔空间内的第二供氧装置、以及设置于所述第三封隔空间内的第三供氧装置，所述第二供氧装置和所述第三供氧装置均包括氧气站。通过上述结构，第一供氧装置、第二供氧装置和第三供氧装置分别为各个封隔空间提供氧气，对各个封隔空间的氧气含量可以实现独立控制。

作为本发明的一种可选的方案，所述第一供氧装置包括通风设备和通风管，所述通风管一端与所述第一封隔空间相连，另一端与所述通风设备相连；所述第一封隔件、所述第二封隔件和所述第三封隔件上均设有与所述通风管匹配的通孔，所述通风管上设有用于为第一封隔空间供氧的供氧孔。通过上述结构，装置结构更加简单。

作为本发明的一种可选的方案，可沿所述隧道开挖方向移动。

作为本发明的一种可选的方案，高海拔隧道梯级供氧系统还包括滚轮，所述第一封隔件和所述第二封隔件上均连接有滚轮。通过上述结构，在隧道掘进过程中，移动滚轮，带动第一封隔件和第二封隔件移动，从而使得封隔空间的位置可以随隧道掘进过程的进行不断移动，灵活性高。

第二方面，本发明还提供了一种高海拔隧道梯级供氧系统的使用方法，其基于上述的高海拔隧道梯级供氧系统，其中，第一封隔空间作为隧道的施工区域，在进入第一封隔空间时，包括以下步骤：

打开第二封隔件，所述第一封隔件保持封闭，进入第二封隔空间中；

使所述第二封隔件封闭，打开所述第一封隔件，进入所述第一封隔空间中；

使所述第一封隔件封闭。

第三方面，本发明还提供了一种高海拔隧道梯级供氧装置的使用方法，其基于上述的高海拔隧道梯级供氧系统，其中，第一封隔空间作为隧道的施工区域，在退出第一封隔空间时，包括以下步骤：

打开第二封隔件，所述第一封隔件保持封闭，进入第二封隔空间中；

使所述第二封隔件封闭，打开所述第一封隔件，进入所述第一封隔空间中；

使所述第一封隔件封闭。

具体的，当如前述结构所示，第一封隔件和第二封隔件采用气囊时，通过对气囊的充气和放气，可以实现打开或封闭第一封隔件或第二封隔件。本发明提供的上述使用方法，能够保证施工区域(即：第一封隔空间)中维持适宜水平氧气浓度和气压，从而保证施工人员的舒适性和工作效率。且在需要打开第一封隔空间时，由于第二封隔件封闭，因此，第一封隔空间只与第二封隔空间产生气体交换，避免第一封隔空间中的氧气浓度和气压在短时间内大幅度降低，节约成本。

前述两种使用方法能够提供面积较大的通道，尤其适应施工机械需要进出第一封隔空间的场景使用。

第四方面，本发明还提供了一种高海拔隧道梯级供氧系统的使用方法，基于上述的高海拔隧道梯级供氧系统，且：第一封隔件被设置为气囊，第一封隔件上具有缝隙，第一封隔件在充气状态下，第一封隔件的表面在缝隙处贴合。其中，第一封隔空间作为隧道的施工区域，在进入或退出所述第一封隔空间时，包括以下步骤：在所述第一封隔件的充气状态下，打开所述第一封隔件上的缝隙，穿过所述第一封隔件。本发明提供的上述使用方法，能够保证施工区域(即：第一封隔空间)中维持适宜水平氧气浓度和气压，从而保证施工人员的舒适性和工作效率。由于气囊具有弹性，在需要进出第一封隔空间时，直接从缝隙处挤过即可穿过第一封隔件，从而能够进出第一封隔空间，且不会导致第一封隔空间与外界产生大量的气体交换，有利于维持第一封隔空间中的氧气浓度和气压。采用该使用方法，能够快速灵活地通过缝隙进出第一封隔空间，无需对气囊进行反复充放气，尤其适应于施工人员需要进出第一封隔空间的场景使用。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的上述高海拔隧道梯级供氧系统及其使用方法，通过设置两级封隔空间，能够保证掌子面附近的施工人员的氧气供应，有利于提高工作效率，在保障施工机械顺利通过的同时，能够降低氧气损耗，节约成本。

2.利用气囊形成封隔空间，允许施工人员穿过气囊进出封隔空间，在器械需要进出封隔空间时，对气囊进行充放气即可。

3.在隧道掘进过程中，通过移动滚轮，带动第一封隔件和第二封隔件移动，从而使得封隔空间的位置可以随隧道掘进过程的进行不断移动，灵活性高。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的高海拔隧道梯级供氧系统的结构示意图。

图2是本发明实施例1提供的第一封隔件的结构示意图。

图3是本发明实施例1提供的高海拔隧道梯级供氧系统在工作中，第一封隔件打开第一封隔空间、施工机械进入第二封隔空间时的示意图。

图4是本发明实施例1提供的高海拔隧道梯级供氧系统在工作中，第二封隔件打开第二封隔空间时的示意图。

图5是本发明实施例2提供的高海拔隧道梯级供氧系统的结构示意图。

图6是本发明实施例3提供的高海拔隧道梯级供氧系统的结构示意图。

图标：1-隧道；21-通风管；21a-供氧孔；22-通风设备；3-掌子面；41-第一封隔件；411-缝隙；412-通孔；42-第二封隔件；43-第三封隔件；51-第一封隔空间；52-第二封隔空间；53-第三封隔空间；6a-第一供氧装置；6b-第二供氧装置；6c-第三供氧装置；82-滚轮；7-施工机械。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1-图4，本发明实施例提供了一种高海拔隧道1梯级供氧系统，其包括第一封隔件41、第二封隔件42、第一供氧装置6a、第二供氧装置6b和滚轮82。

第一封隔件41设置为气囊。第一封隔件41在充气状态下能够与所述隧道1内壁适配，即：在充气状态下，第一封隔件41能够与隧道1内壁贴合或基本贴合，从而在第一封隔件41和隧道1掌子面3之间形成第一封隔空间51。第一封隔空间51中设有第一供氧装置6a，本实施例中，第一供氧装置6a为氧气站。

第一封隔件41上还设有缝隙411，第一封隔件41在充气状态下，第一封隔件41表面在缝隙411处封闭，即：缝隙411的两侧相贴合，从而避免第一封隔空间51中的空气在缝隙411处发生泄漏。由于气囊具有弹性，在外力作用下，缝隙411可以被打开，从而允许施工人员从缝隙411处挤过，以进出第一封隔空间51。第一封隔件41上的缝隙411的下端连通至第一封隔件41的下边缘，便于施工人员进出。

第二封隔件42与第一封隔件41间隔设置。第二封隔件42也设置为气囊。第二封隔件42在充气状态下能够与所述隧道1内壁适配，即：在充气状态下，第二封隔件42能够与隧道1内壁贴合或基本贴合，从而在第二封隔件42和第一封隔件41之间形成第二封隔空间52。第二封隔空间52中设有第二供氧装置6b，本实施例中，第二供氧装置6b为氧气站。

第二封隔件42上设有缝隙411，第二封隔件42在充气状态下，第二封隔件42表面在缝隙411处封闭，即：缝隙411的两侧相贴合，从而避免第二封隔空间52中的空气在缝隙411处发生泄漏。由于气囊具有弹性，在外力作用下，缝隙411可以被打开，从而允许施工人员从缝隙411处挤过，以进出第二封隔空间52。第二封隔件42上的缝隙411的下端连通至第二封隔件42的下边缘。

第一封隔件41和第二封隔件42上均设有滚轮82，使得滚轮82的转动可以带动第一封隔件41和第二封隔件42移动。

本发明提供的上述高海拔隧道1梯级供氧系统，其工作原理及有益效果在于：

施工时，施工人员在第一封隔空间51中进行隧道1施工，通过第一供氧装置6a向第一封隔空间51中供氧，即可保证第一封隔空间51内的气压和氧气含量，保证施工顺利进行。在施工机械7需要进出第一封隔空间51等情况下、需要开启第一封隔空间51时，使第二封隔空间52处于封闭状态，打开第一封隔件41，此时，只在第一封隔空间51和第二封隔空间52的范围内产生气体交换，从而将第一封隔空间51内的气压和氧气降低的幅度控制在较小的范围内。在施工机械7进入到第二封隔空间52内时，再关闭第一封隔件41、打开第二封隔件42，使施工机械7驶出第二封隔空间52即可。

第二供氧装置6b可以向第二封隔空间52中提供氧气，使第二封隔空间52中的氧气含量和气压水平与第一封隔空间51中的接近，进一步减小第一封隔空间51打开的过程中产生的气压和氧气损失。

人员需要进出第一封隔空间51或第二封隔空间52时，用力挤过第一封隔件41和第二封隔件42上的缝隙411即可，从而能够降低气囊充放气的频率，有利于保证施工效率。

设置了滚轮82，使得该高海拔隧道1梯级供氧系统能够随隧道1的掘进而移动，灵活性高。

实施例2

请参阅图5，本发明实施例提供了一种高海拔隧道1梯级供氧系统，在实施例1提供的高海拔隧道1梯级供氧系统的基础上，其还包括：第三封隔件43和第三供氧装置6c。第三封隔件43设置于第二封隔件42上远离第一封隔件41的一侧。即：第二封隔件42位于第一封隔件41与第三封隔件43之间。

第三封隔件43设置为气囊。第三封隔件43在充气状态下能够与所述隧道1内壁适配，即：在充气状态下，第三封隔件43能够与隧道1内壁贴合或基本贴合，从而在第三封隔件43和第二封隔件42之间形成第三封隔空间53。第三封隔空间53中设有第三供氧装置6c，本实施例中，第三供氧装置6c为氧气站。

第三封隔件43上还设有缝隙411，第三封隔件43在充气状态下，第三封隔件43表面在缝隙411处封闭，即：缝隙411的两侧相贴合，从而避免第三封隔空间53中的空气在缝隙411处发生泄漏。由于气囊具有弹性，在外力作用下，缝隙411可以被打开，从而允许施工人员从缝隙411处挤过，以进出第三封隔空间53。第三封隔件43上的缝隙411的下端连通至第三封隔件43的下边缘。

第三封隔件43上也设有滚轮82。

实施例3

请参阅图6。本发明实施例提供了高海拔隧道1梯级供氧系统，其与实施例2中的高海拔隧道1梯级供氧系统的区别在于：供氧的实现方式不同。

本实施例中，高海拔隧道1梯级供氧系统包括第一封隔件41、第二封隔件42、第三封隔件43、第一供氧装置6a和滚轮82。其中第一封隔件41、第二封隔件42、第三封隔件43和滚轮82的结构与实施例2中的基本相同，在此不予赘述。

第一供氧装置6a包括通风设备22和通风管21，通风管21一端与第一封隔空间51相连，另一端与通风设备22相连。通风设备22设置于各个封隔空间之外，使得通风管21能够依次穿过第三封隔空间53、第二封隔空间52和第一封隔空间51。与之相适应的，在第一封隔件41、第二封隔件42和第三封隔件43上均设有用于供通风管21穿过的通孔412。通风管21上设有用于为第一封隔空间51供氧的供氧孔21a。

在实施例2提供的高海拔隧道1梯级供氧系统的基础上，本发明实施例提供的高海拔隧道1梯级供氧系统还具有以下有益效果：

结构更加简单系统成本更低。

具体的，通风设备22可设置为氧气站。

实施例4

本发明实施例提供了一种高海拔隧道梯级供氧系统的使用方法，其基于上述实施例1、实施例2或实施例3中任意一项提供的高海拔隧道1梯级供氧系统，其中，第一封隔空间51作为隧道1的施工区域；

在施工机械7需要进入第一封隔空间51中时，包括以下步骤：

a1.打开第二封隔件42，所述第一封隔件41保持封闭，进入第二封隔空间52中；

具体的，请参阅图4，对第二封隔件42放气，使第一封隔件41保持充气状态，使得第二封隔空间52与外界连通，第一封隔空间51与第二封隔空间52互相隔开，施工机械7从外界进入到第二封隔空间52中；

a2.使所述第二封隔件42封闭，打开所述第一封隔件41，进入所述第一封隔空间51中；

具体的，请参阅图3，对第二封隔件42充气，对第一封隔件41放气，使得第一封隔空间51与第二封隔空间52互相连通，第二封隔空间52与外界互相隔开，施工机械7从第二封隔空间52进入到第一封隔空间51中；

a3.使所述第一封隔件41封闭；

具体的，对第一封隔件41充气，使得第一封隔空间51与第二封隔空间52互相隔开。

在施工机械7需要退出第一封隔空间51中时，操作流程与上述进入第一封隔空间51中的流程相反，具体的，包括以下步骤：

b1.打开第一封隔件41，所述第二封隔件42保持封闭，进入第二封隔空间52中；

具体的，请参阅图3，对第一封隔件41放气，使第二封隔件42保持充气状态，使得第二封隔空间52与外界互相隔开，第一封隔空间51与第二封隔空间52互相连通，施工机械7由第一封隔空间51进入第二封隔空间52中；

b2.使所述第一封隔件41封闭，打开所述第二封隔件42，退出所述第二封隔空间52；

具体的，请参阅图3，对第一封隔件41进行充气，对第二封隔件42进行放气，使第二封隔空间52与外界连通，第一封隔空间51与第二封隔空间52互相隔开，施工机械7由第二封隔空间52退出到外界。

b3.使所述第二封隔件42封闭。

在施工人员需要进出第一封隔空间51中时，包括以下步骤：

在所述第一封隔件41的充气状态下，打开所述第一封隔件41上的缝隙411，穿过所述第一封隔件41。

具体的，由于气囊具有弹性，在外力作用下，第一封隔件41上的缝隙411可以被打开，从而使得施工人员可以通过缝隙411穿过所述第一封隔件41，进出第一封隔空间51。进一步的，施工人员可以以同样的方式穿过第二封隔件42上的缝隙411，以进入或退出第二封隔空间52。

基于上述内容，本领域技术人员知晓，若在高海拔隧道1梯级供氧系统中设置了数量大于两个的封隔件、并形成数量大于两个的封隔空间时，只需要依次进行各个封隔件的打开与封闭，施工机械7即可依次进入各个封隔空间中，避免作为施工区域的第一封隔空间51与外界在整个隧道断面上完全连通并产生大量气体交换即可。

上述的使用方法，既可以在施工机械7需要进出第一封隔空间51时，提供面积较大的通道，且同时避免第一封隔空间51内的氧气浓度和气压水平大幅度降低；又可以允许施工人员快速灵活的进出第一封隔空间51中，避免对各个封隔件频繁充放气，保证施工效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。