公路隧道施工巷道式排风系统 |
|||||||
| 申请号 | CN201710544245.4 | 申请日 | 2017-07-05 | 公开(公告)号 | CN107524467A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 刘毅; | 发明人 | 刘毅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种公路隧道施工巷道式排 风 系统，包括进风巷及回风巷，进风巷及回风巷的前端为掌子面，进风巷和回风巷前段通过一条前段横通道相连通，前段横通道与隧道洞口之间设有至少一条中段横通道，中段横通道连接于进风巷和回风巷之间并采用密封帘进行封闭；还包括用于采集隧道内环境数据的环境监测单元、用于隧道内 通风 的通风单元、用于隧道内增 氧 的增氧单元及控制通风单元和增氧单元工作的自动控制单元；通风单元包括设置在进风巷用于充入空气的进风机组和设置在回风巷用于排出空气的抽风机组；自动控制单元包括依次连接的模糊 控制器 、PLC控制器和风氧调节控制器；本发明可解决现有长大隧道通风自动化程度低、通风效率低的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种公路隧道施工巷道式排风系统，其特征在于：包括进风巷及回风巷，所述进风巷及回风巷的前端为掌子面，所述进风巷和回风巷前段通过一条前段横通道相连通，所述前段横通道与隧道洞口之间设有至少一条中段横通道，所述中段横通道连接于进风巷和回风巷之间并采用密封帘进行封闭；还包括用于采集隧道内环境数据的环境监测单元、用于隧道内通风的通风单元、用于隧道内增氧的增氧单元及用于根据采集到的环境数据控制通风单元和增氧单元工作的自动控制单元；所述通风单元包括设置在进风巷用于充入空气的进风机组和设置在回风巷用于排出空气的抽风机组；所述自动控制单元包括依次连接的模糊控制器、PLC控制器和风氧调节控制器，所述模糊控制器通过数据传输单元与环境监测单元连接，所述风氧调节控制器分别与通风单元和增氧单元连接。 |
||||||
| 说明书全文 | 公路隧道施工巷道式排风系统技术领域[0001] 本发明涉及隧道施工领域，特别涉及一种公路隧道施工巷道式排风系统。 背景技术[0002] 目前，随着交通事业的快速发展，公路、铁路和跨海水下长大隧道的建设越来越多，而这些工程往往是整个工程的控制性工程，其主要原因是施工周期长、施工环境较差，施工中单向掘进进尺时间长；且除了隧道掌子面附近的污染物难以排出外，对隧道后面的施工区域带来二次污染，严重影响了隧道工程的施工进度和工人的健康；尤其是高原地区还存在着掌子面附近含氧量不足，导致施工作业设备效率下降，工人频繁更换或者携带较重供氧设备工作，严重影响隧道施工的效率。 [0003] 传统的长大隧道施工通风方式主要采用的是平行导洞、斜井或者竖井等方式，施工周期长，效率较低；并且，施工中采用传统的有害气体和粉尘含量等测量方法效率低，成本高，也不够及时；而采用连续的通风方式保持施工隧道内的环境标准达标，显然效率较高；然而，随着隧道掘进长度的增加，隧道内的有害物质排放和稀释困难，通过增加辅助通风时间、增加辅助施工通风通道或依靠人工控制排放和稀释害物质比较困难，使用自动控制系统是现在施工大方向。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种公路隧道施工巷道式排风系统，以解决现有长大隧道通风自动化程度低、通风效率低的问题。 [0005] 本发明的公路隧道施工巷道式排风系统，包括进风巷及回风巷，所述进风巷及回风巷的前端为掌子面，所述进风巷和回风巷前段通过一条前段横通道相连通，所述前段横通道与隧道洞口之间设有至少一条中段横通道，所述中段横通道连接于进风巷和回风巷之间并采用密封帘进行封闭；包括用于采集隧道内环境数据的环境监测单元、用于隧道内通风的通风单元、用于隧道内增氧的增氧单元及用于根据采集到的环境数据控制通风单元和增氧单元工作的自动控制单元；所述通风单元包括设置在进风巷用于充入空气的进风机组和设置在回风巷用于排出空气的抽风机组；所述自动控制单元包括依次连接的模糊控制器、PLC控制器和风氧调节控制器，所述模糊控制器通过数据传输单元与环境监测单元连接，所述风氧调节控制器分别与通风单元和增氧单元连接。 [0006] 进一步，所述进风机组包括设在进风巷巷口的第一进风机和设在前段横通道靠近进风巷巷口一侧的第二进风机，所述第一进风机的出风端及第二进风机的出风端均朝向隧道掌子面。 [0007] 进一步，所述抽风机组包括设在回风巷巷口的第一抽风机和设在前段横通道靠近回风巷巷口一侧的第二抽风机，所述第一抽风机的出风端及第二抽风机的出风端均背向隧道掌子面。 [0008] 进一步，所述第二进风机、第二抽风机与前段横通道之间的距离为40m-60m。 [0009] 进一步，所述环境监测单元包括用于探测粉尘浓度的粉尘传感器、用于探测一氧化碳浓度的一氧化碳传感器、用于探测风速的风速传感器、用于探测硫化氢浓度的硫化氢传感器、用于探测一氧化氮浓度的一氧化氮传感器、用于探测氧气浓度的氧气传感器和用于探测甲烷浓度的甲烷传感器。 [0010] 进一步，所述增氧单元包括设在第一进风机的出风端及第二进风机的出风端的制氧机。 [0011] 进一步，所述PLC控制器和风氧调节控制器之间连接有D/A转换单元，所述D/A转换单元包括与PLC控制器的输出端连接的D/A转换器，连接在所述D/A转换器的输出端和风氧调节控制器的输入端之间的信号放大器，以及连接在D/A转换器的输入端和信号放大器的输出端之间的过压保护电路。 [0012] 进一步，还包括连接在所述D/A转换单元和风氧调节控制器之间的中间继电器及与所述风氧调节控制器连接的中央控制设备。 [0013] 进一步，还包括用于为环境监测单元、通风单元及增氧单元提供电能的电力单元；所述电力单元包括太阳能光伏组件、MPPT控制器、蓄电池及逆变器，所述太阳能光伏组件设在隧道外且其输出端与MPPT控制器的输入端相连，所述MPPT控制器的输出端与蓄电池的输入端相连，所述蓄电池的输出端与逆变器的输入端相连，所述逆变器的输出端分别与环境监测单元、通风单元及增氧单元的电力输入端相连。 [0014] 进一步，所述太阳能光伏组件包括电池总成和用于固定电池总成的边框；所述电池总成包括光伏玻璃、前层胶膜、间隔阵列布置的若干晶体硅电池片、后层胶膜和光伏背板，光伏玻璃、前层胶膜、晶体硅电池片、后层胶膜和光伏背板从上往下依次层叠胶合；所述边框包括边框本体及调节架；所述边框本体包括上横挡边、中横挡边、下横挡板、侧板和封板，所述上横挡边、中横挡边、下横挡板从上往下依次与侧板连接，所述中横挡边、下横挡板、侧板与封板形成矩形框；所述调节架包括底板及两块垂直于底板的纵板，两纵板之间形成用于容置矩形框的容置槽，所述矩形框可在容置槽中沿底板的垂直方向运动并通过连接件定位。 [0015] 本发明的有益效果： [0016] 本发明的公路隧道施工巷道式排风系统，采用单通道巷道式排风的方式能够有效防止出现漏风或者出现污染物二次循环；通过利用环境监测单元对长大隧道内的施工环境进行实时监测得到实时环境数据，通过控制单元根据检测到的实时环境数据控制通风单元和增氧单元工作，以保证隧道内的有害气体和粉尘、含氧量等处于合理的范围，满足施工技术环境要求，同时节约了仪器设备的使用和运行时间，降低了隧道施工中不良施工环境造成的事故和损失，保障了作业人员的人身安全；并且，不需要修建辅助通风竖井和斜井等，节约了工程施工时间和费用，降低了工程造价；此外，该结构的使用灵活性强，起到了自动、智能、节能、环保、加快施工进度的效果，解决了现有长大隧道通风自动化程度低、通风效率低的问题。附图说明 [0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： [0018] 图1为本发明的隧道结构示意图； [0019] 图2为本发明的控制框图； [0020] 图3为本发明的电力单元的结构框图； [0021] 图4为本发明的太阳能光伏组件的结构图。 具体实施方式[0022] 如图1至图4所示：本实施例的公路隧道施工巷道式排风系统，包括进风巷101及回风巷102，所述进风巷101及回风巷102的前端为掌子面103，所述进风巷101和回风巷102前段通过一条前段横通道104相连通，所述前段横通道104与隧道洞口之间设有至少一条中段横通道105，所述中段横通道105连接于进风巷101和回风巷102之间并采用密封帘106进行封闭；包括用于采集隧道内环境数据的环境监测单元1、用于隧道内通风的通风单元2、用于隧道内增氧的增氧单元3及用于根据采集到的环境数据控制通风单元2和增氧单元3工作的自动控制单元；所述通风单元2包括设置在进风巷用于充入空气的进风机组和设置在回风巷用于排出空气的抽风机组；所述自动控制单元包括依次连接的模糊控制器41、PLC控制器42和风氧调节控制器43，所述模糊控制器41通过数据传输单元5与环境监测单元1连接，所述风氧调节控制器43分别与通风单元2和增氧单元3连接；环境监测单元1可由若干设在隧道内的传感器组成，以检测各类气体数据，能够实时反映隧道内的环境状况；进风巷101及回风巷102并列设置，中段横通道105采用密封帘106进行封闭，以避免产生窜流，影响通风效果；增氧单元3可增加隧道内氧气浓度，保证氧气的供应；模糊控制器41例如可采用西门子的PLC Step7芯片，以对环境监测单元1的输入量进行满足模糊控制需求的处理；PLC控制器42使得用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不同的自动化控制要求；数据传输单元5可为有线或者无线结构，例如可通过信号线、WiFi网络等方式实现数据传输；风氧调节控制器43负责向通风单元2、增氧单元3发出控制信号，调节其启闭和功率； 通过利用环境监测单元1对长大隧道内的施工环境进行实时监测得到实时环境数据，通过控制单元根据检测到的实时环境数据控制通风单元2和增氧单元3工作，以保证隧道内的有害气体和粉尘、含氧量等处于合理的范围，满足施工技术环境要求，同时节约了仪器设备的使用和运行时间，降低了隧道施工中不良施工环境造成的事故和损失，保障了作业人员的人身安全；并且，不需要修建辅助通风竖井和斜井等，节约了工程施工时间和费用，降低了工程造价；此外，该结构的使用灵活性强，起到了自动、智能、节能、环保、加快施工进度的效果，解决了现有长大隧道通风自动化程度低、通风效率低的问题。 [0023] 本实施例中，所述进风机组包括设在进风巷101巷口的第一进风机31a和设在前段横通道104靠近进风巷101巷口一侧的第二进风机31b，所述第一进风机31a的出风端及第二进风机31b的出风端均朝向隧道掌子面103；第一进风机31a、第二进风机31b均将新鲜空气(图1中不带空心圆的箭头所示)送入隧道中；第一进风机31a、第二进风机31b均向隧道前端鼓风，使得污气(图1中带空心圆的箭头所示)从前段横通道104进入回风巷102；由于掌子面103处的污气浓度达到最大值，在靠近掌子面103处设置第二进风机31b，可有效提高污气的疏散速率；随着挖掘的深入，在第一进风机31a与第二进风机31b之间还可设置第三进风机； 第二进风机31b优选为可移动式结构，以随着前段横通道104的推进而移动；第二进风机31b与前段横通道104之间的距离可为40m-60m，优选为50m。 [0024] 本实施例中，所述抽风机组包括设在回风巷102巷口的第一抽风机32a和设在前段横通道104靠近回风巷102巷口一侧的第二抽风机32b，所述第一抽风机32a的出风端及第二抽风机32b的出风端均背向隧道掌子面103；第一抽风机32a、第一抽风机32a均用于将污气从隧道抽离；第一抽风机32a、第二抽风机32b均向隧道洞口鼓风，从而在另一侧形成负压而促进污气向隧道洞口运动；由于掌子面103处的污气浓度达到最大值，在靠近掌子面103处设置第二抽风机32b，可有效提高污气的疏散速率；随着挖掘的深入，在第一抽风机32a与第二抽风机32b之间还可设置第三抽风机；第二抽风机32b优选为可移动式结构，以随着前段横通道104的推进而移动；第二抽风机32b与前段横通道104之间的距离可为40m-60m，优选为50m。 [0025] 本实施例中，所述环境监测单元1包括用于探测粉尘浓度的粉尘传感器11、用于探测一氧化碳浓度的一氧化碳传感器12、用于探测风速的风速传感器13、用于探测硫化氢浓度的硫化氢传感器14、用于探测一氧化氮浓度的一氧化氮传感器15、用于探测氧气浓度的氧气传感器16和用于探测甲烷浓度的甲烷传感器17；各传感器的工作原理和结构均与现有技术一致，在此不再赘述；各传感器可设在前段横通道104与掌子面103之间，以提高气体检测的精度；各传感器分别与对应的模糊控制器41相连。 [0026] 本实施例中，所述增氧单元3包括设在第一进风机31a的出风端及第二进风机31b的出风端的制氧机；制氧机例如可为分子筛制氧机结构，其采用分子筛的吸附性能，通过物理原理，以大排量无油压缩机为动力，把空气中的氮气与氧气进行分离，最终得到高浓度的氧气，产氧迅速、氧浓度高；当隧道内氧气浓度不足时，风氧调节控制器43向制氧机发出启动信号，以快速产生氧气，保证工作人员的正常呼吸。 [0027] 本实施例中，所述PLC控制器42和风氧调节控制器43之间连接有D/A转换单元6，所述D/A转换单元6包括与PLC控制器42的输出端连接的D/A转换器，连接在所述D/A转换器的输出端和风氧调节控制器43的输入端之间的信号放大器，以及连接在D/A转换器的输入端和信号放大器的输出端之间的过压保护电路；D/A转换器将离散的数字量转换为连接变化的模拟量；信号放大器增大了信号的功率，保证信号的顺利传输；过压保护电路使得系统具有过压保护功能，当电压过高时停止供电，保证电路和各电子部件的安全；同时，还包括连接在所述D/A转换单元6和风氧调节控制器43之间的中间继电器7及与所述风氧调节控制器43连接的中央控制设备8；中央控制设备可与大型会议室、现场显示屏幕或者单独建立的监控室构成，对于室内系统设置自动、手动和紧急制动按钮，可对隧道内的自动系统进行调节，防止资源浪费。 [0028] 本实施例中，还包括用于为环境监测单元1、通风单元2及增氧单元3提供电能的电力单元；所述电力单元包括太阳能光伏组件91、MPPT控制器92、蓄电池93及逆变器94，所述太阳能光伏组件91设在隧道外且其输出端与MPPT控制器92的输入端相连，所述MPPT控制器92的输出端与蓄电池93的输入端相连，所述蓄电池93的输出端与逆变器94的输入端相连，所述逆变器94的输出端分别与环境监测单元1、通风单元2及增氧单元3的电力输入端相连； 太阳能光伏组件91可将光能转化为电能并储存在蓄电池93中，逆变器94则把产生的直流电能转变成交流电并输出供环境监测单元1、通风单元2及增氧单元3使用，从而有利于节能环保的实现；而且，MPPT控制器92可对光伏阵列中的最大功率点进行跟踪，获取最大功率点的方案，使电力单元始终输出最大功率，从而提高太阳能利用率；当然，环境监测单元1、通风单元2及增氧单元3还可与市电相连，在电力单元无法满足供电需求时启用市电进行供电。 [0029] 本实施例中，所述太阳能光伏组件91包括电池总成和用于固定电池总成的边框；所述电池总成包括光伏玻璃9101、前层胶膜9102、间隔阵列布置的若干晶体硅电池片9103、后层胶膜9104和光伏背板9105，光伏玻璃9101、前层胶膜9102、晶体硅电池片9103、后层胶膜9104和光伏背板9105从上往下依次层叠胶合；所述边框包括边框本体及调节架；所述边框本体包括上横挡边911、中横挡边912、下横挡板913、侧板914和封板915，所述上横挡边 911、中横挡边912、下横挡板913从上往下依次与侧板914连接，所述中横挡边912、下横挡板 913、侧板914与封板915形成矩形框；所述调节架包括底板916及两块垂直于底板916的纵板 917，两纵板917之间形成用于容置矩形框的容置槽918，所述矩形框可在容置槽918中沿底板916的垂直方向运动并通过连接件919定位；上横挡边911与底板916之间的距离即为边框的整体厚度，由于矩形框可在容置槽918中沿底板916的垂直方向运动通过连接件919定位，从而可以调节上横挡边911与底板916之间的距离，使得边框的整体厚度可调节，在运输时可降厚度从而增大低光伏组件的包装数量，降低运输成本；光伏玻璃9101为透射玻璃，在位于相邻两个晶体硅电池片9103之间的光伏玻璃9101中设置有一对漫反射部和一对折射部，一对漫反射部位于一对折射部之间，入射光线经漫反射部反射后射到折射部，再经折射部折射后射到晶体硅电池片9103上；纵板917上设有平行于底板916的连接孔917a，矩形框上设有至少两组从上往下均匀设置的调节孔91a，连接件919为螺栓，螺栓穿过连接孔及相应的调节孔并将矩形框定位于调节架。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈