一种高地温隧道降低环境温度的方法及降温装置

摘要

本发明公开了一种高地温隧道降低环境温度的方法及降温装置，其中降温方法包括以下步骤：根据隧道施工环境的参数，在隧道内部沿隧道纵向等间距放置洞内冰块进行降温；计算隧道内每小时洞内冰块的融化体积，并每隔一小时增加与融化体积相一致的洞内冰块；在隧道洞口外设置冰块放置笼，在冰块放置笼内部放置洞外冰块，将冰块放置笼通过柔性管与通风机相连接，再将通风机与通向隧道内的通风管相连接，从而对隧道进行通风降温。其中降温装置包括在隧道内部沿隧道纵向等间距设有的洞内冰块，以及在隧道洞口外设有的冰块放置笼，冰块放置笼内部放置有洞外冰块，且冰块放置笼通过柔性管与通风机相连接，通风机连接有通向隧道内的通风管。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种高地温隧道降低环境温度的方法及降温装置。

背景技术

隧道施工时，其隧道内的温度具有统一的规定，才能保证施工人员的安全作业，如铁道部规定，隧道内气温不得超过28℃；交通部规定，隧道内气温不宜高于30℃。但是，在高地温隧道中因存在地热问题，施工时环境温度高(如岩土局部高达70℃，环境温度高达35℃以上)，工作人员长期在高温环境中作业，不仅影响身心健康，且作业效率低，对工程施工造成了很大的影响，致使产生一系列施工难题。目前虽然一般通过通风的方式来进行热交换降温，但是降温效率较低，隧道各处温度还是分布不均，因此有必要针对高地温隧道的降温方法进行研究，并根据研究结果制定施工技术措施，将有效的技术措施应用于现场，以解决施工难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的高地温隧道环境温度高，影响工作人员身心健康，降低作业效率的不足，提供一种高地温隧道降低环境温度的方法及降温装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高地温隧道降低环境温度的方法，包括以下步骤：

A：根据隧道施工环境的参数，在隧道内部放置洞内冰块进行降温，其中，所述洞内冰块指的是安装在隧道内部的冰块，对冰块的形状、体积等参数没有特别要求；

A1：获取计算参数，所述参数为隧道施工环境的参数，包括已开挖的隧道长度L，隧道断面周长S，隧道断面面积A，隧道内部温度δ，空气的比热容γ_空，围岩散热速率V_岩，汽油热值q_油，汽油密度ρ_油，自卸车每小时耗油量M_卸，装载机每小时耗油量M_装，挖掘机每小时耗油量M_挖，冰的溶解热q_冰，冰的密度ρ_冰，单位体积冰在30℃空气中的溶解速度V_冰；

A2：根据计算参数，计算得到隧道内每小时的散热量Q₁：

Q₁＝Q_1a+Q_1b

Q_1a＝SLV_岩

Q_1b＝q_油ρ_油(M_卸+M_装+M_挖)

式中，Q_1a为围岩每小时的散热量，Q_1b为隧道内工作设备每小时的散热量；

A3：计算隧道内空气每下降1℃所需的热量Q₂：

Q₂＝γ_空AL

A4：计算单位体积洞内冰块每小时的吸热量Q₃：

Q₃＝q_冰V_冰

A5：计算隧道内部温度在2小时内下降至28℃所需的洞内冰块总体积N：

A6：在隧道内部沿隧道纵向等间距放置洞内冰块，其中，所有所述洞内冰块的体积之和为N；

B：计算隧道内每小时洞内冰块的融化体积N_融，并每隔一小时增加与融化体积N_融相一致的洞内冰块：

C：通过隧道洞口外的通风机对洞内进行通风降温，具体的，在隧道洞口外设置冰块放置笼，在所述冰块放置笼内部放置洞外冰块，将所述冰块放置笼通过柔性管与通风机相连接，再将通风机与通向隧道内的通风管相连接，从而对隧道进行通风降温。所述洞外冰块指的是安装在隧道外部的冰块，对冰块的形状、体积等参数没有特别要求。

采用本发明所述的降温方法，通过洞内冰块和通风机通风降温，可以有效降低隧道内的温度，并通过适时增添洞内冰块，使隧道温度始终保持在30℃以下，避免了工人在高温环境下持续工作对健康的影响，且提高了施工效率，加快了隧道施工进度。另一方面，本方法采用简单易得的冰块和通风机进行洞内降温，材料成本低，准备时间短，且能源消耗小，满足隧道施工的实际需求。

优选的，所述洞内冰块采用若干个相同体积大小的冰块砖叠加而成。通过已知每块冰块砖的体积大小，可以直接推算出所需使用的冰块砖数量，便于冰块的搬运和增添。

优选的，所述步骤A5中，根据计算得到的洞内冰块总体积N，进一步计算得到所需的冰块砖的数量n，

式中，V₀为每个冰块砖的体积。

优选的，所述步骤B中，根据计算得到的洞内冰块融化体积N_融，进一步计算得到每隔一小时所需增加的冰块砖的数量n_融，其中，

优选的，所述步骤C中，计算冰块放置笼内的洞外冰块每小时的融化体积，并每隔几小时增加与融化体积相一致的洞外冰块，从而使得洞内温度能始终保持在30℃以下。

本发明还公开了一种高地温隧道降低环境温度的降温装置，包括在隧道内沿隧道纵向等间距设有的洞内冰块，以及在隧道洞口外设有的冰块放置笼，所述冰块放置笼内部放置有洞外冰块，且所述冰块放置笼通过柔性管与通风机相连接，所述通风机连接有通向隧道内的通风管。

本发明所述的降温装置，通过洞内冰块和设有洞外冰块的通风机的结合使用，来共同降低洞内温度，结构简单，不仅安装方便，且材料易得，材料成本低，能耗小，特别适用于高地温隧道降温。

优选的，所述洞内冰块设置在隧道的两侧岩墙附近，且两排所述洞内冰块交错设置。隧道两侧岩墙的温度较高，冰块靠近岩墙，能较好的起到降温效果，且不阻碍行车通道，便于隧道施工，交错设置则更有利于扩大洞内冰块的作用范围，提高降温效果。

优选的，所述冰块放置笼的侧面设有便于放置洞外冰块的方孔，方孔的大小优选为2m×1.5m。通过该方孔，工作人员可以方便进入冰块放置笼内增添冰块。

优选的，所述冰块放置笼为钢筋笼，钢筋笼不仅加工安装，且满足设计的使用需要。

优选的，所述钢筋笼为圆柱体结构，且钢筋笼通过紧固件与所述柔性管可拆卸式连接，所述柔性管配有弹簧钢圈和耐磨胶条，方便安装拆卸和维修。

与现有技术相比，本发明所述的降温方法的有益效果：

采用本发明所述的降温方法，通过洞内冰块和通风机通风降温，可以有效降低隧道内的温度，并通过适时增添洞内冰块，使隧道温度始终保持在30℃以下，避免了工人在高温环境下持续工作对健康的影响，且提高了施工效率，加快了隧道施工进度。另一方面，本方法采用简单易得的冰块和通风机进行洞内降温，材料成本低，准备时间短，且能源消耗小，满足隧道施工的实际需求。

与现有技术相比，本发明所述的降温装置的有益效果：

本发明所述的降温装置，通过洞内冰块和设有洞外冰块的通风机的结合使用，来共同降低洞内温度，结构简单，不仅安装方便，且材料易得，材料成本低，能耗小，特别适用于高地温隧道降温。

附图说明：

图1是本发明所述的降温装置的结构示意图。

图中标记：1-隧道，2-掌子面，3-洞内冰块，4-冰块放置笼，5-紧固件，6-通风机，7-柔性管，8-洞外冰块，9-通风管。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种高地温隧道降低环境温度的方法，包括以下步骤：

A：根据隧道施工环境的参数，在隧道1内部放置洞内冰块3进行降温；

A1：获取计算参数，所述参数为隧道施工环境的参数，包括已开挖的隧道长度L＝100m，隧道断面周长S＝41m，隧道断面面积A＝129.3m²，隧道内部温度δ＝43℃，空气的比热容γ_空＝1.0×10³J/(m³·℃)，围岩散热速率V_岩＝30J/(s·m²)，汽油热值q_油＝4.5×10⁷J/kg，汽油密度ρ_油＝0.72kg/L，自卸车每小时耗油量M_卸＝0.01L，装载机每小时耗油量M_装＝2L，挖掘机每小时耗油量M_挖＝3.7L，冰的溶解热q_冰＝3.36×10⁵J/kg，冰的密度ρ_冰＝0.9×10³kg/m³，单位体积冰在30℃空气中的溶解速度V_冰＝60kg/(h·m³)；

A2：根据计算参数，计算得到隧道1内每小时的散热量Q₁：

Q_1a＝SLV_岩＝41m×100m×30J/(s·m²)×3600s＝4.428×10⁸J

Q_1b＝q_油ρ_油(M_卸+M_装+M_挖)

＝4.5×10⁷J/kg×0.72kg/L×(0.01L+2L+3.7L)

＝1.85×10⁸J

Q₁＝Q_1a+Q_1b＝4.428×10⁸J+1.85×10⁸J＝6.278×10⁸J

式中，Q_1a为围岩每小时的散热量，Q_1b为隧道内工作设备每小时的散热量；

A3：计算隧道1内空气每下降1℃所需的热量Q₂：

Q₂＝γ_空AL＝1.0×10³J/(m³·℃)×129.3m²×100m＝1.29×10⁷J/℃

A4：计算单位体积洞内冰块3每小时的吸热量Q₃：

Q₃＝q_冰V_冰＝3.36×10⁵J/kg×60kg/(h·m³)×1h＝20.19×10⁶J/m³

A5：计算隧道1内部温度在2小时内下降至28℃所需的洞内冰块3总体积N：

所述洞内冰块3采用若干个相同体积大小的100cm×100cm×50cm冰块砖叠加而成，根据计算得到的洞内冰块总体积N，进一步计算得到所需的100cm×100cm×50cm冰块砖的数量n，

式中，V₀为每个冰块砖的体积。

A6：在隧道1内部沿隧道纵向等间距交错放置72块100cm×100cm×50cm冰块砖，相邻冰块砖的间距D为30m；

B：计算隧道1内每小时洞内冰块3的融化体积N_融，并每隔一小时增加与融化体积N_融相一致的洞内冰块3：

根据计算得到的洞内冰块融化体积N_融，进一步计算得到每隔一小时所需增加的冰块砖的数量n_融，其中，

C：通过隧道1洞口外的通风机6对洞内进行通风降温，具体的，在隧道1内设置冰块放置笼4，所述冰块放置笼4侧面设有若干个开孔，在所述冰块放置笼4内部放置3块洞外冰块8，每块洞外冰块8为100cm×100cm×50cm冰块砖，将所述冰块放置笼4通过柔性管7与通风机6相连接，再将通风机6与通向隧道1内的通风管9相连接，从而对隧道1进行通风降温。

计算冰块放置笼4内的洞外冰块8每小时的融化体积并每隔五小时增加与融化体积相一致的洞外冰块8，

实施例2

如图1所示，以100m长的高地温隧道为例，一种高地温隧道降低环境温度的降温装置，包括在隧道1内沿隧道1纵向等间距设有的洞内冰块3，所述洞内冰块3设置在隧道1的两侧岩墙附近，且两排所述洞内冰块3交错设置。相邻的洞内冰块3的间距D为30m，且距掌子面2的距离分别为20m、50m和80m。

还包括在隧道1洞口外设有的冰块放置笼4，所述冰块放置笼4为钢筋笼，所述钢筋笼为圆柱体结构，且通过紧固件5与配有弹簧钢圈、耐磨胶条的柔性管7可拆卸式连接。所述冰块放置笼4内部放置有洞外冰块8，所述冰块放置笼4的侧面设有便于放置洞外冰块8的方孔，方便增添洞外冰块8。且所述冰块放置笼4通过柔性管7与通风机6相连接，所述通风机6与隧道1同口的距离L大于30m，所述通风机6连接有通向隧道1内的通风管9

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。