石超 章邦超 鐘勇軍

摘要：隧道工程施工建設(shè)階段形成的高溫?zé)岷Σ粌H會(huì)降低工人的作業(yè)效率，也可能會(huì)引起安全隱患，對(duì)工人生命安全構(gòu)成威脅。文章在分析隧道施工高溫原因的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研發(fā)了以制冷機(jī)組為核心的降溫系統(tǒng)，利用其實(shí)現(xiàn)了機(jī)械降溫。通過發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)能把風(fēng)溫降低15℃左右，確保作業(yè)面環(huán)境溫度、濕度分別在25℃、75%以下。

關(guān)鍵詞：隧道施工;高溫?zé)岷?機(jī)械降溫;技術(shù)研究

中圖分類號(hào)：U455? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

當(dāng)下，很多國(guó)家在修筑隧道工程時(shí)，一些隧道處于地?zé)釁^(qū)段，在高溫條件下開展隧道施工活動(dòng)，會(huì)增加工人的不舒適感，部分人員可能會(huì)出現(xiàn)頭痛、胸悶、心悸、惡心等高溫反應(yīng)，也會(huì)損害作業(yè)面上部分機(jī)械設(shè)備的性能，對(duì)施工活動(dòng)正常推進(jìn)形成一定干擾，既往多采用通風(fēng)、放置冰塊、灑水噴霧等傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)降溫，但其取得效果不夠理想。鑒于此，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了新型的降溫系統(tǒng)，現(xiàn)對(duì)其應(yīng)用實(shí)踐情況作出如下分析。

1隧道施工中高溫的成因分析

1.1工程概況

本工程為廣州地鐵十八號(hào)線，自萬頃沙至廣州東站，經(jīng)南沙、番禺區(qū)、珠海區(qū)及天河區(qū)，全長(zhǎng)62.7km。本公司負(fù)責(zé)的施工區(qū)域及施工內(nèi)容為橫瀝站至番禺廣場(chǎng)站之間HP3盾構(gòu)井～HP4風(fēng)井段。

1.2高溫成因分析

1.2.1氣候影響

部分隧道屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，整年間春秋相似，冬短夏長(zhǎng)，全年氣候濕潤(rùn)，日照長(zhǎng)，熱量足，夏季持續(xù)時(shí)間達(dá)到5個(gè)月，施工作業(yè)環(huán)境溫度相對(duì)較高，夏季平均最低氣溫、日均最高氣溫分別達(dá)到24℃、35℃，極端氣溫42℃，年均風(fēng)速1.2m/s，年無霜期350d。

1.2.2地形

隧道施工區(qū)處于盆地時(shí)，受盆地形的影響，冬季冷空氣被阻隔在盆地外界，以致冬季氣溫比同緯度其他地區(qū)較高;夏季因處在副熱帶高壓帶上，氣流出現(xiàn)不同程度的沉降，連續(xù)高溫。空氣流動(dòng)過程被高山阻隔，聚沉于盆地內(nèi)部，流動(dòng)性不足，容易出現(xiàn)形成高溫悶熱天氣。

1.2.3施工熱源升溫

二襯砼與噴砼施工時(shí)均會(huì)形成水化熱、施工機(jī)械熱與爆破等均會(huì)形成熱量，以上也是造成隧道內(nèi)溫升的主要因素，既往有人員檢測(cè)發(fā)現(xiàn)二襯砼作業(yè)區(qū)與噴漿區(qū)最熱，和其他區(qū)域相比較溫度升高2℃～5℃。此外，爆破施工后的掌子面及工程機(jī)械周邊溫度也明顯高于相鄰區(qū)。

1.3機(jī)械降溫系統(tǒng)

見圖1^[1]。

該系統(tǒng)最大的有點(diǎn)是將制冷機(jī)組安裝在適宜位置，而后將前期制備好的冷凍水運(yùn)輸至相對(duì)較遠(yuǎn)的需冷點(diǎn)，利用空冷器獲得低溫空氣。伴隨隧道掘進(jìn)施工作業(yè)的推進(jìn)，僅需延展冷凍水輸送管道，便能維持空冷器與作業(yè)面兩者距離的合理性，在這樣的工況下，作業(yè)面的風(fēng)流溫度便會(huì)受控在適宜范疇中。

構(gòu)成短距離機(jī)械降溫系統(tǒng)的設(shè)備類型、數(shù)目均較少，構(gòu)造簡(jiǎn)單且運(yùn)行過程可靠。其中，冷卻塔被安置在隧道硐室外通風(fēng)較順暢的區(qū)段中，利用管道連接不同部件。制冷機(jī)組在運(yùn)行階段形成的冷凍水會(huì)通過管道被運(yùn)輸?shù)剿淼雷鳂I(yè)面周邊，進(jìn)到該部位空冷器能降低流經(jīng)空冷器的風(fēng)溫，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)面環(huán)境溫度的有效控制。

伴隨隧道掘進(jìn)作業(yè)的進(jìn)行，冷凍水的運(yùn)輸距離不斷加長(zhǎng)，當(dāng)其超出一定值時(shí)，冷凍水歷經(jīng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸會(huì)誘導(dǎo)溫度上升，此時(shí)也需要使用到更長(zhǎng)的保溫管道，投入成本相應(yīng)增多，此時(shí)很難較好的滿足末端空冷器的降溫需求。故而，考慮經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)應(yīng)用方面的問題，建議將制冷機(jī)組安裝在隧道中。圖2是遠(yuǎn)距離機(jī)械降溫系統(tǒng)布置圖。制冷機(jī)組及其附屬設(shè)備均被設(shè)計(jì)成撬塊樣式，可以將其裝設(shè)在平板車上，為自身在隧道中移動(dòng)創(chuàng)造了便利性。如果部分隧道施工現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)瓦斯，那么需要對(duì)制冷機(jī)組及其附屬裝置均要應(yīng)用防爆措施，借此方式確保溫管道自身具有較好的絕緣、抗靜電功能。為使隧道施工過程可靠性得到更大保障，則要求制冷機(jī)組、水泵及相應(yīng)配套供配電設(shè)施都要符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

2安裝冷風(fēng)系統(tǒng)

安裝之前，必須清理安裝現(xiàn)場(chǎng)，確保該裝置和蒸發(fā)器能夠水平地立在機(jī)座或底板上。而且在安裝的時(shí)候，應(yīng)該注意底板的載重能力。（1）制冷機(jī)組與蒸發(fā)器運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，放置于安裝位置后，將冷凍水管進(jìn)出口、冷卻水進(jìn)出口，蒸發(fā)器進(jìn)出口的蒙板法蘭拆卸;（2）通過連接軟管，將該制冷機(jī)和蒸發(fā)器連接起來。在運(yùn)行該設(shè)備時(shí)必須徹底查漏，并排空管路（圖3）。

3統(tǒng)計(jì)降溫效果

選擇在1號(hào)隧道900m與1300m位置巷道掘進(jìn)作業(yè)面上開展了降溫效果測(cè)試活動(dòng)，保溫風(fēng)筒運(yùn)輸距離均應(yīng)用300m。隧道作業(yè)面溫度測(cè)點(diǎn)布置情況見圖4。1、3、4、5測(cè)點(diǎn)和作業(yè)面相距分別50m、50m、100m，2號(hào)測(cè)點(diǎn)被布置在作業(yè)面上。統(tǒng)計(jì)降溫措施應(yīng)用前后以上各工作面的風(fēng)流參數(shù)（表1）^[3]。降溫設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)用于盾構(gòu)隧道，使隧道內(nèi)的最高溫度由39℃降為31℃、濕度由97%降為85%，溫度降低減少水的蒸發(fā)量，降低空氣中含水量，降低相對(duì)濕度，大大改善了作業(yè)區(qū)域的工作環(huán)境，保障了員工的身心健康^[4]。

4結(jié)語(yǔ)

綜合全文論述的內(nèi)容，可見采用機(jī)械降溫辦法后，取得良好的降溫成效。伴隨隧道掘進(jìn)施工過程的推進(jìn)，需要及時(shí)移動(dòng)空冷器，以防空冷器和掘進(jìn)作業(yè)面相距過遠(yuǎn)而不能將自身的降溫作用發(fā)揮出來的情況，使隧道施工安全性得到更大保障。

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收稿日期：2021-05-15

作者簡(jiǎn)介：石超（1975—），男，河北石家莊人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：工程施工與管理。

Preliminary study on Mechanical Cooling Technology in High Temperature Environment During Tunnel Construction

SHI Chao¹， ZHANG Bangchao²， ZHONG Yongjun³

（1.China Railway Twenty-Fifth Bureau Group Co.， Ltd.， Jinan Shandong250000;

2.China Railway Construction South China Construction Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong510220;

3.Guangzhou Metro Group Co.， Ltd.， GuangzhouGuangdong 510220）

Abstract： The high temperature and heat damage in the construction stage of tunnel engineering will not only reduce the work efficiency of workers， but also may cause safety hazards and threaten the lives of workers. Based on the analysis of the causes of high temperature in tunnel construction， the article designs and develops a cooling system with refrigeration units as the core， and uses it to achieve mechanical cooling. It is found that this system can reduce the air temperature by about 15°C， ensuring that the ambient temperature and humidity of the working surface are below 25°C and 75%， respectively.

Keywords： Tunnel construction; high temperature thermal damage; mechanical cooling; technical research