一种高海拔地区长大隧道施工智能通风系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工通风技术领域，更具体涉及一种高海拔地区长大隧道施工智能通风系统。


背景技术：

2.随着国家“西部大开发”战略的推进，我国西部地区的高速公路、高速铁路迎来了大发展，此类项目通常具有较大的桥隧比，使得隧道工程不断创造新的施工长度和海拔高度记录。施工通风的目的是为隧道内人员和内燃机械设备提供新鲜的空气，同时降低钻眼、爆破、出碴、衬砌和运输等作业工序中产生粉尘和有害气体浓度，使洞内环境的空气质量满足环境卫生标准，因此对保证人员安全和工程进度具有重要的作用。高原地区隧道施工往往面临低温、低气压、地质灾害频发、生态环境脆弱、隧道截面大、长度长等难点。传统的施工通风系统主要存在以下不足：传统施工风机一般按照平原地区的使用工况设计，高海拔地区低气压、大温差环境导致电机散热能力下降、绝缘强度降低以及易凝露等不利因素，增加了维护成本，缩短了风机使用寿命，而长大隧道施工周期往往长达8～10年甚至更长，使用传统风机中途更换的可能性较大；对高海拔长大隧道，为降低施工难度，保证人员安全和施工工期，通常采用多辅助坑道、多工作面的“长隧短打”方式施工，这就要求独头压入式、巷道式、多路送风等通风方式同时存在，系统复杂度大幅增加，依靠通风班组人员施工经验的传统管理方式需要增加较多的人力，且难以较精准的满足送风要求；传统的施工通风风机一般使用双速风机且通过人工切换档位，其输出功率无法根据隧道作业工种进行实时按需调节，使得其送风量要么较小不满足隧道通风设计要求，造成洞内施工环境恶劣，影响人员健康和安全；要么输出功率过大造成能源的浪费。这对于长大隧道的施工成本控制造成困难；传统的施工通风系统只能凭感觉和经验去验证施工现场的风机出风量、掌子面送风量等参数，无法掌握各作业工况下风机的真实性能参数和风管的真实漏风率，因此其优化调节也缺乏准确的依据。既不利于业主方对产品进行合格验收，也不利于供应商依据施工实测数据对产品进行改进优化。有鉴于此，本实用新型应运而生。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高海拔地区长大隧道施工智能通风系统，以改善传统施工风机送风距离短、风量小的缺点，能够实现隧道环境空气质量实时监测和风机风量自动控制，最大限度节约风机能耗。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种高海拔地区长大隧道施工智能通风系统，包括隧道主体，所述隧道主体的入口设置有施工风机，所述隧道主体内设置有柔性风管，所述柔性风管与所述施工风机的出风端连接，所述隧道主体内关键节点设置有用于监测内部环境空气质量数据的监测装置，所述监测装置和所述施工风机均与控制系统连接，所述监测装置将监测数据传输给所述控制系统，所述控制系统根据监测数据自动控制所述施工风机的送风量。
5.施工风机通过支架安装在在隧道主体的入口端即洞口，通过柔性风管向开挖掌子面送风以提供新鲜空气供人员、设备使用，同时排除洞内粉尘和污染气体。在隧道关键节点（掌子面附近或横通道附近）布置监测装置对粉尘、有害气体和氧气浓度等参数进行实时监测，将实时监测数据通过有线网络或wifi传输给控制系统。控制系统根据实时监测值和系统设定上下限值的差值进行阶梯或pid算法自动控制施工风机运行（当粉尘和污染物浓度超限时增加风机转速，加大送风量；当粉尘和污染物浓度回归正常区间后以满足送风要求的最低功耗运行），达到高效节能的目的，同时也减少了对人工控制的经验依赖，降低了维护成本。本实用新型能够根据隧道主体的内部空气质量实现送风量的自动调整控制，人工干预少、自动化程度较高，能够满足大风量、长距离的送风需求。
6.进一步，所述施工风机采用高效轴流风机，所述高效轴流风机连接有控制柜，控制柜液晶面板可显示施工风机实时状态参数（如电压、电流、振动、轴承温度、电机线圈温升等），该数据可传输至控制系统的主机，可在液晶面板设置风机运行模式为自动或手动。
7.进一步，所述高效轴流风机的进口端设置有标准弧形或标准锥形进风口，所述标准进风口后端沿圆周方向设置有若干流量检测孔用于测量所述高效轴流风机的实时送风量，并将测量数据传输给控制系统。设置标准弧形或标准锥形进口能够改善风机的进风状态，有利于提高风机性能。
8.进一步，所述柔性风管的出口处设置有内插式风速仪或毕托管，实时监控掌子面送风量并反馈数据给所述控制系统以实现精确送风。控制系统可根据风机实时送风量和掌子面实时送风量计算出风管漏风率，当计算漏风率与风管漏风率材料参数偏差较大时说明风管局部出现破裂等影响漏风率的因素，提醒维护人员进行风管检查维护。
9.进一步，所述高效轴流风机的风筒材料使用q345d或q345e整体旋压成形，叶轮材料为高强铝合金zl114，可满足高海拔地区低温使用环境（-40℃）的强度和冲击韧性要求；采用专门的高原电机和专用润滑油，有效克服高海拔地区电机绝缘强度降低、散热能力下降等不利因素。
10.进一步，所述控制柜设置有加热除湿装置，可有效解决高海拔高寒地区控制柜凝露问题，增加施工风机在高海拔地区的使用寿命，能满足长大隧道较长的施工工期要求。
11.进一步，所述隧道主体可包含多个隧道（包括主洞、斜井、横洞、平导等），可采用多路送风，在各支路设置风量调节阀（或分风器），所述控制系统根据各支路空气质量或作业工种实时调节风量调节阀的开度，实现各支路按需送风。双路或多路送风可减少施工风机和柔性风管的数量，能有效节省投资和维护成本。
12.进一步，所述监测装置包括设置在所述隧道主体内关键位置的传感器，包括但不限于对粉尘、各类有害气体和氧气进行检测及反馈。在隧道关键位置（掌子面附近、交通节点）布置粉尘、有害气体（根据隧道类型确定）和氧气传感器，实时监测空气质量。并根据监测值和系统设定上下限值的差值进行阶梯或pid算法自动控制风机运行（当粉尘和污染物浓度超限时增加风机转速，加大送风量；当粉尘和污染物浓度回归正常区间后以满足送风要求的最低功耗运行），一方面达到高效节能的目的，同时也减少了对人工控制的经验依赖，降低了维护成本。
13.综上所述，本实用新型通过在隧道口设置高效轴流风机对隧道内送风，通过设置检测装置对隧道内的空气质量进行检测并反馈给控制系统，进而控制风机的送风量。本实
用新型能够根据隧道主体的内部空气质量自动实现送风量的调整控制，人工干预少、自动化程度较高，节能高效，能够满足大风量、长距离送风需求。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例整体结构示意图；
15.图2为本实用新型实施例中施工风机的结构示意图。
16.标注说明：1、施工风机；2、控制柜；3、柔性风管；4、风量调节阀；5、监测装置；6、内插式风速仪；7、控制系统；8、支架；9、隧道主体；10、标准弧形进口；11、流量测孔。
具体实施方式
17.参照图1至图2对本实用新型一种高海拔地区长大隧道施工智能通风系统的具体实施方式作进一步的说明。
18.一种高海拔地区长大隧道施工智能通风系统，包括隧道主体9，所述隧道主体9的入口端设置有施工风机1，所述隧道主体9内设置有柔性风管3，所述柔性风管3与所述施工风机1的出风端连接，所述隧道主体9内设置有用于监测内部环境空气质量数据的监测装置5，所述监测装置5和所述施工风机1均与控制系统7连接，所述监测装置5将监测数据传输给所述控制系统7，所述控制系统7根据监测数据控制所述施工风机1的送风量。
19.施工风机1通过支架8安装在在隧道主体9的入口端即洞口，通过柔性风管3向开挖掌子面送风以提供新鲜空气供人员、设备使用，同时排除洞内粉尘和污染气体。在隧道关键位置（掌子面附近）布置监测装置5对粉尘、有害气体和氧气等进行实时监测，将实时监测数据通过有线网络或wifi传输给控制系统7。控制系统7根据实时监测值和系统设定上下限值的差值进行阶梯或pid算法自动控制施工风机1运行（当粉尘和污染物浓度超限时增加风机转速，加大送风量；当粉尘和污染物浓度回归正常区间后以满足送风要求的最低功耗运行），达到高效节能的目的，同时也减少了对人工控制的经验依赖，降低了维护成本。本实用新型能够根据隧道主体9的内部空气质量自动实现送风量的调整控制，人工干预少、自动化程度较高，节能高效，能够满足大风量、长距离的送风需求。
20.根据施工现场的空气密度、大气压、气温等参数针对性地进行气动设计并进行cfd仿真优化，提高风机效率。最大风量300000m3/h以上，最高适用海拔6000m，适用温度-40-50℃，一级能效，最高效率85%以上，可无级变速，2级或3级串联可实现7-10km的送风距离，可满足长大隧道大风量、长距离的送风要求。
21.本实施例优选地，所述施工风机1采用高效轴流风机，所述高效轴流风机连接有控制柜2，所述控制柜2的液晶面板可显示所述施工风机1的实时状态参数（如电压、电流、振动、轴承温度、电机线圈温升等），该数据可传输至所述控制系统7的主机，可在液晶面板设置风机运行模式为自动或手动。
22.本实施例优选地，所述施工风机1的进口端设置有标准弧形进口10或标准锥形进口。所述标准弧形进口10后端沿圆周方向设置有若干流量测孔11用于测量所述施工风机1的实时送风量，并将测量数据传输给所述控制系统7。设置标准弧形或标准锥形进口能够改善风机的进风状态，有利于提高风机性能。
23.本实施例优选地，所述柔性风管3的出口处设置有内插式风速仪6或毕托管，实时
监控掌子面送风量并将监控数据反馈给所述控制系统7以实现精确送风。所述控制系统7可根据所述施工风机1的实时送风量和掌子面实时送风量计算出所述柔性风管3的漏风率，当计算漏风率与风管漏风率材料参数偏差较大时说明风管局部出现破裂等影响漏风率的因素，提醒维护人员进行风管检查维护。
24.本实施例优选地，所述施工风机1的风筒材料使用q345d或q345e整体旋压成形，叶轮材料采用高强铝合金zl114，可满足高海拔地区低温使用环境（-40℃）的强度和冲击韧性要求。采用专门的高原电机和专用润滑油，有效克服高海拔地区电机绝缘强度降低、散热能力下降等不利因素。
25.本实施例优选地，所述控制柜2设置有加热除湿装置，可有效解决高海拔高寒地区控制柜凝露问题，增加施工风机1在高海拔地区的使用寿命，能满足长大隧道较长的施工工期要求。
26.本实施例优选地，所述隧道主体9可包含多个隧道，采用多路送风，在各支路设置风量调节阀4或分风器。所述控制系统7根据各支路空气质量或作业工种实时调节所述风量调节阀4的开度，实现各支路按需送风。双路或多路送风可减少所述施工风机1和所述柔性风管3的数量，能有效节省投资和维护成本。
27.本实施例优选地，所述监测装置5包括但不限于对粉尘、各类有害气体和氧气进行检测及反馈。在隧道关键位置（掌子面附近、交通节点）布置粉尘、有害气体（根据隧道类型确定）和氧气传感器，实时监测空气质量并根据监测值和系统设定上下限值的差值进行阶梯或pid算法自动控制风机运行（当粉尘和污染物浓度超限时增加风机转速，加大送风量；当粉尘和污染物浓度回归正常区间后以满足送风要求的最低功耗运行），一方面达到高效节能的目的，同时也减少了对人工控制的经验依赖，降低了维护成本。
28.所述控制系统7采用数字风机智能控制系统，可实现同一项目多台施工风机运行状态、不同作业工种、不同施工阶段洞内空气质量参数实时监测和数据可视化，提供施工风机故障早期预警和故障诊断及处理功能，降低了系统管理难度，可节省大量人力成本。
29.如图1所示，本实施例采用双路送风系统，在隧道左洞洞口布置施工风机1和就地控制柜2，通过柔性风管3向隧道主体9内送风，在支路配备风量调节阀4，实现一台风机双路送风，根据各支路空气质量或作业工种实时调节风量调节阀4的开度，实现各支路按需送风，节省投资和维护成本。
30.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。