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摘要：隧道工程施工建设阶段形成的高温热害不仅会降低工人的作业效率，也可能会引起安全隐患，对工人生命安全构成威胁。文章在分析隧道施工高温原因的基础上，设计研发了以制冷机组为核心的降温系统，利用其实现了机械降温。通过发现本系统能把风温降低15℃左右，确保作业面环境温度、湿度分别在25℃、75%以下。
关键词：隧道施工;高温热害;机械降温;技术研究
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
0引言
当下，很多国家在修筑隧道工程时，一些隧道处于地热区段，在高温条件下开展隧道施工活动，会增加工人的不舒适感，部分人员可能会出现头痛、胸闷、心悸、恶心等高温反应，也会损害作业面上部分机械设备的性能，对施工活动正常推进形成一定干扰，既往多采用通风、放置冰块、洒水喷雾等传统方法实现降温，但其取得效果不够理想。鉴于此，本文设计研发了新型的降温系统，现对其应用实践情况作出如下分析。
1隧道施工中高温的成因分析
1.1工程概况
本工程为广州地铁十八号线，自万顷沙至广州东站，经南沙、番禺区、珠海区及天河区，全长62.7km。本公司负责的施工区域及施工内容为横沥站至番禺广场站之间HP3盾构井～HP4风井段。
1.2高温成因分析
1.2.1气候影响
部分隧道属于典型的亚热带季风气候，整年间春秋相似，冬短夏长，全年气候湿润，日照长，热量足，夏季持续时间达到5个月，施工作业环境温度相对较高，夏季平均最低气温、日均最高气温分别达到24℃、35℃，极端气温42℃，年均风速1.2m/s，年无霜期350d。
1.2.2地形
隧道施工区处于盆地时，受盆地形的影响，冬季冷空气被阻隔在盆地外界，以致冬季气温比同纬度其他地区较高;夏季因处在副热带高压带上，气流出现不同程度的沉降，连续高温。空气流动过程被高山阻隔，聚沉于盆地内部，流动性不足，容易出现形成高温闷热天气。
1.2.3施工热源升温
二衬砼与喷砼施工时均会形成水化热、施工机械热与爆破等均会形成热量，以上也是造成隧道内温升的主要因素，既往有人员检测发现二衬砼作业区与喷浆区最热，和其他区域相比较温度升高2℃～5℃。此外，爆破施工后的掌子面及工程机械周边温度也明显高于相邻区。
1.3机械降温系统
见图1[1]。
该系统最大的有点是将制冷机组安装在适宜位置，而后将前期制备好的冷冻水运输至相对较远的需冷点，利用空冷器获得低温空气。伴随隧道掘进施工作业的推进，仅需延展冷冻水输送管道，便能维持空冷器与作业面两者距离的合理性，在这样的工况下，作业面的风流温度便会受控在适宜范畴中。
构成短距离机械降温系统的设备类型、数目均较少，构造简单且运行过程可靠。其中，冷却塔被安置在隧道硐室外通风较顺畅的区段中，利用管道连接不同部件。制冷机组在运行阶段形成的冷冻水会通过管道被运输到隧道作业面周边，进到该部位空冷器能降低流经空冷器的风温，实现对作业面环境温度的有效控制。
伴隨隧道掘进作业的进行，冷冻水的运输距离不断加长，当其超出一定值时，冷冻水历经远距离运输会诱导温度上升，此时也需要使用到更长的保温管道，投入成本相应增多，此时很难较好的满足末端空冷器的降温需求。故而，考虑经济性与技术应用方面的问题，建议将制冷机组安装在隧道中。图2是远距离机械降温系统布置图。制冷机组及其附属设备均被设计成撬块样式，可以将其装设在平板车上，为自身在隧道中移动创造了便利性。如果部分隧道施工现场可能出现瓦斯，那么需要对制冷机组及其附属装置均要应用防爆措施，借此方式确保温管道自身具有较好的绝缘、抗静电功能。为使隧道施工过程可靠性得到更大保障，则要求制冷机组、水泵及相应配套供配电设施都要符合现行规范要求。
2安装冷风系统
安装之前，必须清理安装现场，确保该装置和蒸发器能够水平地立在机座或底板上。而且在安装的时候，应该注意底板的载重能力。（1）制冷机组与蒸发器运输至现场，放置于安装位置后，将冷冻水管进出口、冷却水进出口，蒸发器进出口的蒙板法兰拆卸;（2）通过连接软管，将该制冷机和蒸发器连接起来。在运行该设备时必须彻底查漏，并排空管路（图3）。
3统计降温效果
选择在1号隧道900m与1300m位置巷道掘进作业面上开展了降温效果测试活动，保温风筒运输距离均应用300m。隧道作业面温度测点布置情况见图4。1、3、4、5测点和作业面相距分别50m、50m、100m，2号测点被布置在作业面上。统计降温措施应用前后以上各工作面的风流参数（表1）[3]。降温设备系统应用于盾构隧道，使隧道内的最高温度由39℃降为31℃、湿度由97%降为85%，温度降低减少水的蒸发量，降低空气中含水量，降低相对湿度，大大改善了作业区域的工作环境，保障了员工的身心健康[4]。
4结语
综合全文论述的内容，可见采用机械降温办法后，取得良好的降温成效。伴随隧道掘进施工过程的推进，需要及时移动空冷器，以防空冷器和掘进作业面相距过远而不能将自身的降温作用发挥出来的情况，使隧道施工安全性得到更大保障。
参考文献
[1] 潘程睿，罗志，陈雅婷.高温隧道施工技术及投资构成分析[J].铁路工程造价管理，2014，29（2）：39.
[2] 田普卓.高地温隧道施工降温技术相关问题探讨[J].中国标准化，2019（22）：9-10.
[3] 李建高，刘亚飞.高黎贡山隧道1～#高地温斜井降温处理技术研究及比选[J].隧道建设（中英文），2020（10）：114-121. [4] 苗永旺，陳佐林，彭学军，等.高原、高地温隧道施工爆破及降温措施的探讨[J].高速铁路技术，2019，10（4）：95-98.
收稿日期：2021-05-15
作者简介：石超（1975—），男，河北石家庄人，本科，高级工程师，研究方向：工程施工与管理。
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
关键词：隧道施工;高温热害;机械降温;技术研究
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
0引言
当下，很多国家在修筑隧道工程时，一些隧道处于地热区段，在高温条件下开展隧道施工活动，会增加工人的不舒适感，部分人员可能会出现头痛、胸闷、心悸、恶心等高温反应，也会损害作业面上部分机械设备的性能，对施工活动正常推进形成一定干扰，既往多采用通风、放置冰块、洒水喷雾等传统方法实现降温，但其取得效果不够理想。鉴于此，本文设计研发了新型的降温系统，现对其应用实践情况作出如下分析。
1隧道施工中高温的成因分析
1.1工程概况
本工程为广州地铁十八号线，自万顷沙至广州东站，经南沙、番禺区、珠海区及天河区，全长62.7km。本公司负责的施工区域及施工内容为横沥站至番禺广场站之间HP3盾构井～HP4风井段。
1.2高温成因分析
1.2.1气候影响
部分隧道属于典型的亚热带季风气候，整年间春秋相似，冬短夏长，全年气候湿润，日照长，热量足，夏季持续时间达到5个月，施工作业环境温度相对较高，夏季平均最低气温、日均最高气温分别达到24℃、35℃，极端气温42℃，年均风速1.2m/s，年无霜期350d。
1.2.2地形
隧道施工区处于盆地时，受盆地形的影响，冬季冷空气被阻隔在盆地外界，以致冬季气温比同纬度其他地区较高;夏季因处在副热带高压带上，气流出现不同程度的沉降，连续高温。空气流动过程被高山阻隔，聚沉于盆地内部，流动性不足，容易出现形成高温闷热天气。
1.2.3施工热源升温
二衬砼与喷砼施工时均会形成水化热、施工机械热与爆破等均会形成热量，以上也是造成隧道内温升的主要因素，既往有人员检测发现二衬砼作业区与喷浆区最热，和其他区域相比较温度升高2℃～5℃。此外，爆破施工后的掌子面及工程机械周边温度也明显高于相邻区。
1.3机械降温系统
见图1[1]。
该系统最大的有点是将制冷机组安装在适宜位置，而后将前期制备好的冷冻水运输至相对较远的需冷点，利用空冷器获得低温空气。伴随隧道掘进施工作业的推进，仅需延展冷冻水输送管道，便能维持空冷器与作业面两者距离的合理性，在这样的工况下，作业面的风流温度便会受控在适宜范畴中。
构成短距离机械降温系统的设备类型、数目均较少，构造简单且运行过程可靠。其中，冷却塔被安置在隧道硐室外通风较顺畅的区段中，利用管道连接不同部件。制冷机组在运行阶段形成的冷冻水会通过管道被运输到隧道作业面周边，进到该部位空冷器能降低流经空冷器的风温，实现对作业面环境温度的有效控制。
伴隨隧道掘进作业的进行，冷冻水的运输距离不断加长，当其超出一定值时，冷冻水历经远距离运输会诱导温度上升，此时也需要使用到更长的保温管道，投入成本相应增多，此时很难较好的满足末端空冷器的降温需求。故而，考虑经济性与技术应用方面的问题，建议将制冷机组安装在隧道中。图2是远距离机械降温系统布置图。制冷机组及其附属设备均被设计成撬块样式，可以将其装设在平板车上，为自身在隧道中移动创造了便利性。如果部分隧道施工现场可能出现瓦斯，那么需要对制冷机组及其附属装置均要应用防爆措施，借此方式确保温管道自身具有较好的绝缘、抗静电功能。为使隧道施工过程可靠性得到更大保障，则要求制冷机组、水泵及相应配套供配电设施都要符合现行规范要求。
2安装冷风系统
安装之前，必须清理安装现场，确保该装置和蒸发器能够水平地立在机座或底板上。而且在安装的时候，应该注意底板的载重能力。（1）制冷机组与蒸发器运输至现场，放置于安装位置后，将冷冻水管进出口、冷却水进出口，蒸发器进出口的蒙板法兰拆卸;（2）通过连接软管，将该制冷机和蒸发器连接起来。在运行该设备时必须彻底查漏，并排空管路（图3）。
3统计降温效果
选择在1号隧道900m与1300m位置巷道掘进作业面上开展了降温效果测试活动，保温风筒运输距离均应用300m。隧道作业面温度测点布置情况见图4。1、3、4、5测点和作业面相距分别50m、50m、100m，2号测点被布置在作业面上。统计降温措施应用前后以上各工作面的风流参数（表1）[3]。降温设备系统应用于盾构隧道，使隧道内的最高温度由39℃降为31℃、湿度由97%降为85%，温度降低减少水的蒸发量，降低空气中含水量，降低相对湿度，大大改善了作业区域的工作环境，保障了员工的身心健康[4]。
4结语
综合全文论述的内容，可见采用机械降温办法后，取得良好的降温成效。伴随隧道掘进施工过程的推进，需要及时移动空冷器，以防空冷器和掘进作业面相距过远而不能将自身的降温作用发挥出来的情况，使隧道施工安全性得到更大保障。
参考文献
[1] 潘程睿，罗志，陈雅婷.高温隧道施工技术及投资构成分析[J].铁路工程造价管理，2014，29（2）：39.
[2] 田普卓.高地温隧道施工降温技术相关问题探讨[J].中国标准化，2019（22）：9-10.
[3] 李建高，刘亚飞.高黎贡山隧道1～#高地温斜井降温处理技术研究及比选[J].隧道建设（中英文），2020（10）：114-121. [4] 苗永旺，陳佐林，彭学军，等.高原、高地温隧道施工爆破及降温措施的探讨[J].高速铁路技术，2019，10（4）：95-98.
收稿日期：2021-05-15
作者简介：石超（1975—），男，河北石家庄人，本科，高级工程师，研究方向：工程施工与管理。
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