(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111472828 A(43)申请公布日 2020.07.31
(21)申请号 201910853235.8(22)申请日 2019.09.10
(71)申请人 西南交通大学
地址 610000 四川省成都市二环路北一段 申请人 中国国家铁路集团有限公司
中国铁路青藏集团有限公司 西藏铁路建设有限公司
中铁二院工程集团有限责任公司(72)发明人 刘大刚 王勇 刘金松 王明年
胡云鹏 王奇灵 黄麟尧 郑宗溪 胖涛 曹彧 张维 (74)专利代理机构 北京兴智翔达知识产权代理
有限公司 11768
代理人 肖丛
权利要求书2页 说明书6页 附图3页
(51)Int.Cl.
E21F 1/00(2006.01)E21F 3/00(2006.01)
(54)发明名称
高地温隧道通风降温装置及超前降温方法(57)摘要
本发明提供了一种高地温隧道通风降温装置及超前降温方法，属于隧道施工技术领域。该高地温隧道通风降温装置，包括通风组件和第一制冷组件。在使用时，风机将隧道外的相对低温的空气通入第一通风管内并排入隧道内，以此提高隧道内的通风量，降低施工人员闷热感，改善工作环境。将多个第一制冷袋设置在连接套的表面，连接套套设在第一通风管本的外壁。制冷袋在低温环境下成为固态，将其套设在第一通风管的外壁，能够为进入第一通风管的空气降温，可以在一定程度上避免空气进入隧道内传播过程形成已形成热空气提高降温效果。CN 111472828 ACN 111472828 A
权 利 要 求 书
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1.一种高地温隧道通风降温装置，其特征在于：包括通风组件，所述通风组件包括第一通风管和风机，所述风机与所述第一通风管连接，所述风机能够将空气吹入所述第一通风管内；以及
第一制冷组件，所述第一制冷组件包括连接套和多个第一制冷袋，所述多个第一制冷袋分布于所述连接套的表面，所述连接套可拆卸地套设于所述第一通风管的外壁。
2.根据权利要求1所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于：所述第一制冷组件为多个，多个所述连接套沿所述第一通风管的长度方向间隔设置。
3.根据权利要求2所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于：多个所述连接套自所述第一通风管的进风端向所述第一通风管的出风端由疏向密间隔设置。
4.根据权利要求1所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于：所述通风组件还包括第二通风管，所述第二通风管与所述第一通风管可拆卸连接；
还包括第二制冷组件，所述第二制冷组件包括多个第二制冷袋和格栅架，所述格栅架与所述第二通风管连接形成用于容纳所述多个第二制冷袋的容纳空间。
5.根据权利要求4所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于：所述第二通风管靠近所述第一通风管的出风端的一端设置有燕尾槽，所述第一通风管的出风端设置由燕尾块，所述燕尾块能够嵌入所述燕尾槽以使得所述第二通风管与所述第一通风管连接。
6.根据权利要求1所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于：还包括隧道，所述隧道具有预设掌子面和调热圈，所述调热圈位于所述掌子面的外围，所述调热圈与所述预设掌子面具有间距；
降温孔，所述降温孔设置于隧道围岩内，所述降温孔的两端均位于所述调热圈与所述预设掌子面之间；
冷却组件，所述冷却组件包括水泵、压缩机、第一连接管以及第二连接管，所述水泵被配置成向所述压缩机内供水；以及
降温组件，所述降温组件包括注水管、引流管以及密封件，所述注水管和所述引流管设置于所述降温孔内，所述注水管通过所述第一连接管与所述压缩机连通，所述压缩机被配置成向所述注水管内提供冷水，所述引流管通过所述第二连接管与所述压缩机连通，所述引流管被配置成将所述降温孔内的热水引流至所述压缩机，所述密封件设置于所述降温孔的孔口且能够密封该孔口。
7.根据权利要求6所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于：所述降温孔水平设置，所述降温孔与所述隧道的轴向所成夹角在30～60°。
8.根据权利要求7所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于，所述降温孔与所述隧道的轴向所成夹角为45°。
9.根据权利要求6所述的高地温隧道通风降温装置，其特征在于，所述密封件由速凝剂构成，所述速凝剂封堵于所述降温孔的孔内并包裹所述注水管和所述引流管。
10.一种高地温隧道超前降温方法，其特征在于，其利用权利要求1-5任一项所述的高地温隧道通风降温装置进行，包括如下步骤：
在隧道的预设掌子面和调热圈之间通过机械成孔形成降温孔；在所述降温孔内放置注水管和引流管，并分别预留一段延伸至所述降温孔的孔口外部，采用密封件将降温孔的孔口封堵；
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将所述注水管、所述引流管与压缩机进行连接，并通过水泵向压缩机供水。
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高地温隧道通风降温装置及超前降温方法
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技术领域
[0001]本发明涉及隧道施工技术领域，具体而言，涉及一种高地温隧道通风降温装置及超前降温方法。
背景技术
[0002]国内出现大量高海拔、长距离且地质条件复杂的隧道。其中，高地温所引起的施工环境恶化，工作面温度较高，施工人员在高温高热的作业环境下导致体内水盐损失严重，如若不及时补充，施工人员容易出现热虚脱症，工作效率降低。另外，高地温环境致使锚杆抗拔力不足，甚至导致锚杆失效，无法锚固。高地温环境也会降低二次衬砌结构安全性。[0003]在相关技术中，高地温隧道内采取的降温措施主要是向隧道内增加通风量，并未起到很好起到降温的效果，高地温环境依旧存在。发明内容
[0004]本发明提供了一种高地温隧道通风降温装置，旨在改善高地温环境，降低高地温热害的不良影响。
[0005]本发明是这样实现的：
[0006]一种高地温隧道通风降温装置，包括通风组件和第一冷却组件。[0007]其中，所述通风组件包括第一通风管和风机，所述风机与所述第一通风管连接，所述风机能够将空气吹入所述第一通风管内。
[0008]所述第一冷却组件包括连接套和多个第一制冷袋，所述多个第一制冷袋设置于所述连接套的表面，所述连接套可拆卸地套设于所述第一通风管的外壁。[0009]在一个具体的实施方案中，所述第一冷却组件为多个，多个所述连接套间隔沿所述第一通风管的长度方向间隔设置。[0010]在一个具体的实施方案中，多个所述连接套自所述第一通风管的进风端向所述第一通风管的出风端由疏向密间隔设置。[0011]在一个具体的实施方案中，所述通风组件还包括第二通风管，所述第二通风管与所述第一通风管可拆卸连接。
[0012]所述高地温隧道通风降温装置还包括第二制冷组件，所述第二制冷组件包括多个第二制冷袋和格栅架，所述格栅架与所述第二通风管连接形成用于容纳所述多个第二制冷袋的容纳空间。
[0013]在一个具体的实施方案中，所述第二通风管靠近所述第一通风管的出风端的一端设置有燕尾槽，所述第一通风管的出风端设置由燕尾块，所述燕尾块能够嵌入所述燕尾槽以使得所述第二通风管与所述第一通风管连接。[0014]在一个具体的实施方案中，所述高地温隧道通风降温装置还包括隧道、降温孔、第二冷却组件以及降温组件。[0015]其中，所述隧道具有预设掌子面和调热圈，所述调热圈位于所述掌子面的外围，所
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述调热圈与所述预设掌子面具有间距。[0016]所述降温孔设置于隧道围岩内，所述降温孔的两端均位于所述调热圈与所述预设掌子面之间。
[0017]所述第二冷却组件包括水泵、压缩机、第一连接管以及第二连接管，所述水泵被配置成向所述压缩机内供水。
[0018]所述降温组件包括注水管、引流管以及密封件，所述注水管和所述引流管设置于所述降温孔内，所述注水管通过所述第一连接管与所述压缩机连通，所述压缩机被配置成向所述注水管内提供冷水，所述引流管通过所述第二连接管与所述压缩机连通，所述引流管被配置成将所述降温孔内的热水引流至所述压缩机，所述密封件设置于所述降温孔的孔口且能够密封该孔口。
[0019]在一个具体的实施方案中，所述降温孔水平设置，所述降温孔与所述隧道的轴向所成夹角在30～60°。
[0020]在一个具体的实施方案中，所述降温孔与所述隧道的轴向所成夹角为45°。[0021]在一个具体的实施方案中，所述密封件由速凝剂构成，所述速凝剂封堵于所述降温孔的孔内并包裹所述注水管和所述引流管。
[0022]本发明还提供了一种高地温隧道超前降温方法，包括如下步骤：[0023]在隧道的预设掌子面和调热圈之间通过机械成孔形成降温孔；[0024]在所述降温孔内放置注水管和引流管，并分别预留一段延伸至所述降温孔的孔口外部，采用密封件将降温孔的孔口封堵；[0025]将所述注水管、引流管与压缩机进行连接，并通过水泵向压缩机供水。[0026]在一个具体的实施方案中，所述降温孔沿水平方向钻进形成，且所述降温孔与隧道的轴向所成的夹角成45°。
[0027]在一个具体的实施方案中，还包括[0028]在隧道开挖除渣完成后，通过冷气对隧道内进行降温。[0029]本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的高地温隧道通风降温装置，包括通风组件和第一制冷组件。在使用时，风机将隧道外的相对低温的空气通入第一通风管内并排入隧道内，以此提高隧道内的通风量，降低施工人员闷热感，改善工作环境。将多个第一制冷袋设置在连接套的表面，连接套套设在第一通风管本的外壁。制冷袋在低温环境下成为固态，将其套设在第一通风管的外壁，能够为进入第一通风管的空气降温，可以在一定程度上避免空气进入隧道内传播过程形成已形成热空气。另外，第一制冷袋因热交换升温，逐渐融化变为液体，温度逐渐接近隧道内温度。而且在制冷袋的融化过程制冷袋本身不会形成雾气，避免了雾气与隧道内的灰尘结合而致使pm2.5浓度升高。由于连接套与第一通风管可拆卸连接，方便将连接套取下，将其置入低温环境再次将第一制冷袋冻结，能够循环使用。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
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据这些附图获得其他q12相关的附图。
[0031]图1是本发明实施例提供高地温隧道通风降温装置的结构示意图；[0032]图2是本发明实施例提供高地温隧道通风降温装置的结构示意图；[0033]图3是本发明实施例提供高地温隧道通风降温装置的结构示意图；[0034]图4是本发明实施例提供高地温隧道通风降温装置的结构示意图；[0035]图5是本发明实施例提供的第二制冷组件的结构示意图；
[0036]图6是本发明实施例提供高地温隧道通风降温装置的结构示意图。[0037]图标：10-高地温隧道通风降温装置；100-通风组件；120-第一通风管；122-进风端；124-出风端；140-第二通风管；200-第一制冷组件；220-连接套；240-第一制冷袋；300-第二制冷组件；320-第二制冷袋；340-格栅架；400-隧道；420-预设掌子面；440-调热圈；500-降温孔；600-冷却组件；620-水泵；640-压缩机；660-第一连接管；680-第二连接管；700-降温组件；720-注水管；740-引流管；760-密封件。具体实施方式
[0038]为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。[0039]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0040]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。[0041]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0042]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0043]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；可以是电性连接，也可以是电气连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0045]实施例1[0046]相关技术中，高地温隧道内采取的降温措施仅仅是向隧道内增加通风量，以此改善隧道内的通风环境，但是实际上并未起到很好起到降温的效果，隧道内的施工环境仍然恶劣，环境较高，高地温环境依旧存在。
[0047]发明人发现隧道外的相对低温的空气吹入隧道400内，由于温度差的原因造成热量的交换传递，空气在传播过程中就已经变成了热风，导致通风降温措施效果有限。[0048]基于此，发明人提供一种高地温隧道通风降温装置10，包括通风组件100和第一制冷组件200，请参阅图1、2。[0049]其中，通风组件100用于向隧道400内提供空气，提高隧道400内通风量，降低温度。在具体设置时，通风组件100包括和风机，风机与第一通风管120连接，风机能够将空气吹入第一通风管120内，在使用时可以将隧道400外的相对低温的气体经风机吸入后由第一通风管120进入隧道400内，以此提高隧道400内的通风量。具体地，第一通风管120由PVC材质构成，其内径在20～50cm为宜。[0050]在具体设置时，第一制冷组件200包括连接套220和多个第一制冷袋240，多个第一制冷袋240分布于连接套220的表面，连接套220可拆卸地套设于第一通风管120的外壁。第一制冷袋240可以与连接套220卡扣连接或者第一制冷袋240通过绳子捆绑在连接套220的表面。具体地，第一制冷袋240内置制冷剂。在使用时，风机将隧道400外的相对低温的空气通入第一通风管120内并排入隧道400内，以此提高隧道400内的通风量，降低施工人员闷热感，改善工作环境。将多个第一制冷袋240设置在连接套220的表面，连接套220套设在第一通风管120本的外壁。当第一制冷袋240在低温环境下成为固态，将其套设在第一通风管120的外壁时，能够为进入第一通风管120的空气降温，可以在一定程度上避免空气进入隧道400内传播过程形成已形成热空气。另外，第一制冷袋240因热交换升温，逐渐融化变为液体，温度逐渐接近隧道400内温度。而且在制冷袋的融化过程制冷袋本身不会形成雾气，避免了雾气与隧道400内的灰尘结合而致使粉尘浓度升高。由于连接套220与第一通风管120可拆卸连接，方便将连接套220取下，将其置入低温环境再次将第一制冷袋240冻结，能够循环使用。
[0051]请参阅图3，为了提高降温效果，第一制冷组件200可以为多个，将多个连接套220沿第一通风管120的长度方向间隔设置。其中，多个连接套220沿第一通风管120的长度方向间隔设置。发明人在测试中发现，由于高地温环境的存在，越靠近隧道400内部的空气受隧道400内的温影响较大，为了更有效的降温，远离第一通风管120的进气端密集设置第一制冷袋240这样一来，降温效果较好。另外，考虑到空气在第一通风管120内降温也需要一定的时间。因此，可以采用由疏到密的设置方式。[0052]实施例2
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通过上述设计得到的装置已基本能满足隧道降温的使用，但本着进一步完善其功
能的宗旨，发明人对前述高地温隧道通风降温装置10进行了进一步的改良，其能够进一步地提高降温效果。[0054]请参阅图4，在发明实施例2也提供了一种高地温隧道通风降温装置10。该高地温隧道通风降温装置10包括实施例1所提供的高地温隧道通风降温装置10，其中，通风组件100还包括第二通风管140，第二通风管140与第一通风管120可拆卸连接。此外，还包括第二制冷组件300。
[0055]在具体设置时，第二通风管140靠近第一通风管120的出风端124的一端设置有燕尾槽，第一通风管120的出风端124设置有燕尾块，燕尾块能够嵌入到燕尾槽内以使得第一通风管120和第二通风管140连接到一起，而且便于更换和设置。可以理解，燕尾槽和燕尾块的设置可以替换，即第一通风管120设置燕尾槽，第二通风管140设置燕尾块。此外，第一通风管120和第二通风管140还可以采用螺钉固定连接。[0056]请参阅图5，在具体设置时，第二制冷组件300包括多个第二制冷袋320和格栅架340，格栅架340与第二通风管140的内壁形成用于容纳多个第二制冷袋320的容纳空间。具体地，格栅架340可以与第二通风管140一体成型，两者之间形成有用于容纳第二制冷袋320的容纳空间。在使用时，将第二制冷袋320铺设在格栅架340上，也就是格栅架340与第二通风管140的之间。可以直接接触到空气对其降温，另外，在第二制冷组件300的附近形成低温圈，从其中流通过的空气都会在一定程度上降温。大大降低了空气从第二通风管140内吹出时的温度，对隧道400的降温效果更好。[0057]实施例3
[0058]请参阅图6，在发明实施例3也提供了一种高地温隧道通风降温装置10。该高地温隧道通风降温装置10包括实施例1或2所提供的高地温隧道通风降温装置10。[0059]发明人在对隧道400围岩的研究过程中发现，在隧道400开挖前，围岩处于热平衡状态，在隧道400的开挖掘进的过程中形成掌子面，隧道400内通风形成气流，导致原热平衡状态失衡，需要重新建立新的热平衡，位于掌子面附近的围岩不断降温，这种岩体降温自掌子面向岩体深部延伸，一直到建立新的热平衡。而在距离掌子面某一距离的围岩其岩体内部温度与原始温度基本无变化，在该距离范围内即为调热圈440，也就是说在某一深度围岩的温度不受通风条件的影响，仍然保持原始温度。[0060]基于此，发明人提供一种高地温隧道通风降温装置10。该高地温隧道通风降温装置10包括实施例1或2所提供的高地温隧道通风降温装置10。该高地温隧道通风降温装置10还包括隧道400、降温孔500、冷却组件600以及降温组件700。[0061]在具体设置时，隧道400具有预设掌子面420和调热圈440，调热圈440位于掌子面的外围，调热圈440与预设掌子面420具有间距。其中，预设掌子面420是指按照设计方案开挖形成的掌子面。预设掌子面420的截面形状为拱形。[0062]在具体时，降温孔500设置于隧道400围岩内，降温孔500的两端均位于调热圈440与预设掌子面420之间。在一种具体的实施方案中，降温孔500水平设置，且降温孔500与隧道400的轴线方向所成夹角在30～60°。其中，隧道400的轴线方向与隧道400开挖的前进方向一致。具体地，降温孔500与隧道400的轴线方向所成夹角在45°。[0063]在具体设置时，冷却组件600用于提供降温用的水源，其包括水泵620、压缩机640、
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第一连接管660以及第二连接管680，水泵620成向压缩机640内供水。[0064]降温组件700包括注水管720、引流管740以及密封件760，注水管720和引流管740设置于降温孔500内，注水管720通过第一连接管660与压缩机640连通，压缩机640能够向注水管720内提供冷水，引流管740通过第二连接管680与压缩机640连通，引流管740被配置成将降温孔500内的热水引流至压缩机640，密封件760设置于降温孔500的孔口且能够密封该孔口。具体地，注水管720和引流管740均为PVC管，壁厚在2～5mm。其中，密封件760由速凝剂构成，速凝剂封堵于降温孔500的孔内并包裹注水管720和引流管740。[0065]在本实施例中，冷却组件600用于提供降温用的低温水源，低温水源通过注水管720对降温孔500附近围岩降温并由引流管740流回至压缩机640，经压缩机640冷却降温处理后再次经注水管720进入降温孔500，如此循环往复。热源不断向降温孔500附近转移，水流吸热后排出，能够从高地温热害的源头上进行降温，通过不断的循环降温，将热量逐渐吸收，相对于围岩自身缓慢、渐进式的散热而言更高效，而且由于冷却组件600深入围岩，相当于在围岩内开设降温通道，高温场逐渐向低温场靠近，降温效率高。由于充分利用调热圈440的性质，在降温处理后，温度达到新的平衡状态，相对于调热圈440更深的围岩的温度不受通风条件的影响，仍然保持原始温度，不再对外传递热量，从而从源头上改善了高地温热害问题。
[0066]本发明实施例还提供一种高地温隧道超前支护方法，包括
[0067]在隧道400的预设掌子面420和调热圈440之间通过机械成孔形成降温孔500；[0068]在降温孔500内放置注水管720和引流管740，并分别预留一段延伸至降温孔500的孔口外部，采用密封件760将降温孔500的孔口封堵；[0069]将注水管720、引流管740与压缩机640进行连接，并通过水泵620向压缩机640供水。
[0070]以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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