韓麗淑

（中交一公局第二工程有限公司， 江蘇 蘇州 215011）

近幾年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速增長，公路、鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展。新開高速公路和快速軌道工程有更多的隧道。鉆孔爆破施工在當(dāng)前隧道施工中占主導(dǎo)地位?？諝鈮嚎s機(jī)提供壓縮風(fēng)，人工使用氣動鑿巖機(jī)是當(dāng)前鉆井與隧道施工不可缺少的施工方法。而正確配置壓縮機(jī)是實現(xiàn)高效節(jié)能的關(guān)鍵。

在隧道施工中，需要使用風(fēng)壓的設(shè)備包括鑿巖臺車、鑿巖機(jī)、混凝土噴射機(jī)等。為了保證設(shè)備的正常運行，應(yīng)對壓縮空氣供應(yīng)充足，并有足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓供應(yīng)各種氣動工具，還應(yīng)該盡量減少管線運輸過程中損失的壓縮空氣，以達(dá)到既能正常運行氣動設(shè)備，又能降低消耗、節(jié)約能源、降低成本、保證施工質(zhì)量的目標(biāo)。對此，本文主要圍繞螺桿式空壓機(jī)在隧道供風(fēng)中的應(yīng)用展開了詳細(xì)的研究。

1 空壓機(jī)的分類

空氣壓縮機(jī)的種類十分繁多、形式多樣。例如，按動力源區(qū)分有電機(jī)驅(qū)動與內(nèi)燃驅(qū)動；按潤滑方式分有有油式和無油式；按地基基礎(chǔ)分有移動式和固定式；按結(jié)構(gòu)型式分有活塞式、回轉(zhuǎn)式等多種分類形式。其中，螺桿式因其占地面積小、供風(fēng)效率高等特點，目前被大面積應(yīng)用在隧道施工過程中。

2 空壓機(jī)在選型過程中主要參數(shù)及工作方式

2.1 排氣壓力確定

確定壓縮機(jī)的排氣壓力是非常重要的。壓力越大，消耗的電就越多。如果氣壓太低，則不能驅(qū)動氣動工具。一般壓力是管道損失引起的壓降，使用壓力是最大壓力的下限。

長輸管道壓縮氣體壓降的計算公式如下所示：

式中：△P 為壓力降，bai；I 為從壓縮機(jī)到用氣機(jī)具的管道管長，m；QC為容積流量，L/s；d 為輸氣管徑，mm；P 為管道進(jìn)口壓力（絕對壓力），bar。

目前，隧道施工中常用的氣動鑿巖機(jī)的工作壓力為0.4~0.63MPa，假定管道長度為2000m，風(fēng)道內(nèi)徑為300mm，絕對壓力為10bar，風(fēng)量為30m3/min，原油壓降為零。那么根據(jù)上述計算公式計算，最終結(jié)果為0.05MPa。因此，0.7MPa 適用于隧道施工安裝空氣壓縮機(jī)的排氣壓力。

2.2 排氣量的確定

壓縮機(jī)的壓力應(yīng)該與所需的排氣量相匹配，留下10%的余量。確定總排量的一般方法是與排量較小的空壓機(jī)并聯(lián)以獲得較大的排量，并隨著耗氣量的增加逐一啟動。這不僅有利于電網(wǎng)穩(wěn)定運行，而且可以節(jié)約能源。在隧道施工中，通常采用20m3/min 流量壓縮機(jī)并聯(lián)。

2.3 驅(qū)動方式、安裝方式的確定

在選擇驅(qū)動方式和安裝方式的過程中，需要根據(jù)施工的具體情況來確定。如果在施工過程中沒有電源，則選擇內(nèi)燃式空氣壓縮機(jī)，如果功率更為方便，那么可以選擇電動空壓機(jī)。在隧道施工中，由于通風(fēng)量有限，通常采用電動空氣壓縮機(jī)供電。在安裝方式中，如果改變?nèi)細(xì)饩嚯x，則應(yīng)選擇移動空壓機(jī)以減少損失。

2.4 冷卻方式的確定

空壓機(jī)冷卻方式為水冷式和空冷式。通常水冷模式良好，但是水冷模式也有自身的缺陷，例如上水系統(tǒng)和下水系統(tǒng)必須分開安裝，成本比較高；水冷卻影響到設(shè)備壽命；使用水循環(huán)，寒冷地區(qū)使用易凍壞氣缸；浪費大量的水資源。

2.5 高原選型中的有關(guān)事項

隨著海拔高度的增加，空氣變薄，空氣壓縮機(jī)的壓力降低，體積效率降低。為了保證與海平面相同的使用性能，在選擇設(shè)備時應(yīng)考慮內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)的功耗，并應(yīng)選擇較大的壓縮機(jī)體積。如果海平面的校正因子為1.0，則對于海拔每增加300m，校正因子一般增加0.03。

3 螺桿式與活塞式壓縮機(jī)性能比較

長期以來，國內(nèi)從事隧道施工的工程單位一直采用活塞式壓縮機(jī)來生產(chǎn)壓縮空氣。活塞式發(fā)動機(jī)噪聲高，故障頻繁，維修不便，成本高。而螺桿壓縮機(jī)在效率和可靠性方面有很大的不同。

3.1 理論對比

活塞式壓縮機(jī)與螺桿式空壓機(jī)在構(gòu)成、供氣質(zhì)量等方面的對比具體如下：

（1）活塞式壓縮機(jī)有多個進(jìn)排氣閥、活塞、活塞環(huán)、連桿等，具有較高的更換頻率。它不僅影響施工，而且影響成本。而相比較之下，螺桿式空壓機(jī)成本較低。

（2）供氣質(zhì)量差，耗油量大。由于活塞式壓縮機(jī)活塞環(huán)易磨損，活塞上雖然有刮環(huán)，但潤滑油仍隨壓縮氣體的排出而進(jìn)入氣缸，大大增加了燃料消耗，污染環(huán)境。螺桿機(jī)具有高油氣分離系統(tǒng)和過濾設(shè)備，無磨損部件，油耗最小[1]。

（3）優(yōu)質(zhì)供氣?；钊娇諌簷C(jī)效率低，經(jīng)濟(jì)性差。活塞式空壓機(jī)的零部件是易損件。零件的磨損會使壓縮氣體的泄漏量增大，大大降低壓縮氣體的效率。螺桿壓縮機(jī)中不存在影響機(jī)器效率的易損件。一對壓縮轉(zhuǎn)子由于其自身的結(jié)構(gòu)特點而具有壓縮和耐磨性。因此，長期連續(xù)運行的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于活塞機(jī)械。

（4）活塞式發(fā)動機(jī)是往復(fù)式間歇供氣裝置。運行時，氣流脈動大，螺桿轉(zhuǎn)速高，傳動平穩(wěn)，無脈動。

（5）活塞式空氣壓縮機(jī)是一種往復(fù)慣性力結(jié)構(gòu)，其振動和噪聲大，無法消除。大型活塞機(jī)需要安裝專用固定座，螺桿壓縮機(jī)可以旋轉(zhuǎn)運動，平衡性好，振動和噪聲低，不需要安裝座。

（6）螺桿機(jī)械具有自動控制和保護(hù)系統(tǒng)。具有防過載、斷相、相錯位、低壓系統(tǒng)漏電保護(hù)、風(fēng)機(jī)過載、高排氣溫度、空氣濾清器堵塞、油濾器堵塞、油氣分離器堵塞等自動報警功能。設(shè)備維護(hù)管理方便，活塞機(jī)無與倫比。

3.2 施工成本效益分析

平均每進(jìn)尺1m，螺桿式空壓機(jī)耗電量為529 度；相鄰標(biāo)段隧道（杭紹臺6 標(biāo)高湖頭隧道）采用活塞式空壓機(jī)，目前上臺階累計進(jìn)尺1136m，空壓機(jī)耗電量697095 度，平均每進(jìn)尺1m 耗電613 度；活塞式空壓機(jī)較螺桿式空壓機(jī)每米耗電量增加15.8%。

通過對項目隧道截至目前螺桿式空壓機(jī)用電量統(tǒng)計可發(fā)現(xiàn)，較傳統(tǒng)活塞式空壓機(jī)，螺桿式空壓機(jī)在隧道鉆爆過程中米消耗電量減少84 度，根據(jù)標(biāo)段隧道長度可計算出本工程采用螺桿式空壓機(jī)較活塞式空壓機(jī)可節(jié)約成本64.9 萬元。

而且，隨著使用壽命的增加，活塞機(jī)的維護(hù)成本也增加了一倍。因此，螺桿機(jī)在性價比方面優(yōu)于活塞機(jī)。

3.3 移動式螺桿空壓機(jī)

之所以選擇移動式空氣壓縮機(jī)，是因為移動式螺桿空氣壓縮機(jī)在隧道施工中長期使用，并且空氣壓縮機(jī)隨著隧道向前延伸，或者由于線路損耗的浪費，施工單位使用活塞式空氣壓縮機(jī)。20m3/min 固定機(jī)（活塞＞20m3/min）。由于結(jié)構(gòu)原因，空壓機(jī)沒有活動式，并且由于移動不便，通常在隧道開挖后移動2~3km。移動式空氣壓縮機(jī)每公里可運行一次，然后根據(jù)1km 管道的差值進(jìn)行計算。如果使用直徑150mm、長度6m 的高壓空氣管，需要的成本是：1000m/6m×442 元/根=73666元。

也就是說，在隧道中使用固定活塞機(jī)的成本比在隧道中使用移動螺桿機(jī)高73666 元。上述所有費用都不涉及勞動成本。

綜上所述，利用移動式螺桿空氣壓縮機(jī)的優(yōu)越性能，消除目前使用的活塞式空氣壓縮機(jī)，建設(shè)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)的空氣壓縮機(jī)站，可以降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，便于管理，改善工作環(huán)境，在一定程度上可以提高工程的整體質(zhì)量。

4 結(jié)束語

隧道施工中空壓機(jī)結(jié)構(gòu)的選擇比較復(fù)雜，特別是在長大隧道施工中，應(yīng)根據(jù)施工組織設(shè)計的變化而變化。在相應(yīng)的基本參數(shù)條件下，低成本、高效率、先進(jìn)的空壓站配置將始終是設(shè)備研究和管理的追求和目標(biāo)。