隧道施工過程高溫環境機械降溫技術初探

石超 章邦超 鐘勇軍

摘要：隧道工程施工建設階段形成的高溫熱害不僅會降低工人的作業效率，也可能會引起安全隱患，對工人生命安全構成威脅。文章在分析隧道施工高溫原因的基礎上，設計研發了以制冷機組為核心的降溫系統，利用其實現了機械降溫。通過發現本系統能把風溫降低15℃左右，確保作業面環境溫度、濕度分別在25℃、75%以下。

關鍵詞：隧道施工;高溫熱害;機械降溫;技術研究

中圖分類號：U455? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

當下，很多國家在修筑隧道工程時，一些隧道處于地熱區段，在高溫條件下開展隧道施工活動，會增加工人的不舒適感，部分人員可能會出現頭痛、胸悶、心悸、惡心等高溫反應，也會損害作業面上部分機械設備的性能，對施工活動正常推進形成一定干擾，既往多采用通風、放置冰塊、灑水噴霧等傳統方法實現降溫，但其取得效果不夠理想。鑒于此，本文設計研發了新型的降溫系統，現對其應用實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線，自萬頃沙至廣州東站，經南沙、番禺區、珠海區及天河區，全長62.7km。本公司負責的施工區域及施工內容為橫瀝站至番禺廣場站之間HP3盾構井～HP4風井段。

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氣候，整年間春秋相似，冬短夏長，全年氣候濕潤，日照長，熱量足，夏季持續時間達到5個月，施工作業環境溫度相對較高，夏季平均最低氣溫、日均最高氣溫分別達到24℃、35℃，極端氣溫42℃，年均風速1.2m/s，年無霜期350d。

1.2.2地形

隧道施工區處于盆地時，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較高;夏季因處在副熱帶高壓帶上，氣流出現不同程度的沉降，連續高溫。空氣流動過程被高山阻隔，聚沉于盆地內部，流動性不足，容易出現形成高溫悶熱天氣。

1.2.3施工熱源升溫

二襯砼與噴砼施工時均會形成水化熱、施工機械熱與爆破等均會形成熱量，以上也是造成隧道內溫升的主要因素，既往有人員檢測發現二襯砼作業區與噴漿區最熱，和其他區域相比較溫度升高2℃～5℃。此外，爆破施工后的掌子面及工程機械周邊溫度也明顯高于相鄰區。

1.3機械降溫系統

見圖1^[1]。

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

構成短距離機械降溫系統的設備類型、數目均較少，構造簡單且運行過程可靠。其中，冷卻塔被安置在隧道硐室外通風較順暢的區段中，利用管道連接不同部件。制冷機組在運行階段形成的冷凍水會通過管道被運輸到隧道作業面周邊，進到該部位空冷器能降低流經空冷器的風溫，實現對作業面環境溫度的有效控制。

伴隨隧道掘進作業的進行，冷凍水的運輸距離不斷加長，當其超出一定值時，冷凍水歷經遠距離運輸會誘導溫度上升，此時也需要使用到更長的保溫管道，投入成本相應增多，此時很難較好的滿足末端空冷器的降溫需求。故而，考慮經濟性與技術應用方面的問題，建議將制冷機組安裝在隧道中。圖2是遠距離機械降溫系統布置圖。制冷機組及其附屬設備均被設計成撬塊樣式，可以將其裝設在平板車上，為自身在隧道中移動創造了便利性。如果部分隧道施工現場可能出現瓦斯，那么需要對制冷機組及其附屬裝置均要應用防爆措施，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，則要求制冷機組、水泵及相應配套供配電設施都要符合現行規范要求。

2安裝冷風系統

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

3統計降溫效果

選擇在1號隧道900m與1300m位置巷道掘進作業面上開展了降溫效果測試活動，保溫風筒運輸距離均應用300m。隧道作業面溫度測點布置情況見圖4。1、3、4、5測點和作業面相距分別50m、50m、100m，2號測點被布置在作業面上。統計降溫措施應用前后以上各工作面的風流參數（表1）^[3]。降溫設備系統應用于盾構隧道，使隧道內的最高溫度由39℃降為31℃、濕度由97%降為85%，溫度降低減少水的蒸發量，降低空氣中含水量，降低相對濕度，大大改善了作業區域的工作環境，保障了員工的身心健康^[4]。

4結語

綜合全文論述的內容，可見采用機械降溫辦法后，取得良好的降溫成效。伴隨隧道掘進施工過程的推進，需要及時移動空冷器，以防空冷器和掘進作業面相距過遠而不能將自身的降溫作用發揮出來的情況，使隧道施工安全性得到更大保障。

參考文獻

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收稿日期：2021-05-15

作者簡介：石超（1975—），男，河北石家莊人，本科，高級工程師，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