一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法
阅读说明：本技术 一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法 (Ventilation method for water delivery tunnel in steel pipe transportation and welding process ) 是由 王胜己 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法,该方法可有效保证输水隧洞内衬钢管施工过程中,在钢管运输、特别是焊接过程中通风的可行性、有效性、安全性、集约化、智能化、数字化,高效保障施工人员生命安全的同时,促进智慧施工建设,使整个施工过程更加安全,数据采集更加便捷,为数字化指导整个施工过程创造新思路。本发明拟采用智能机器人内携传感器的方式,从初始工况、标准工况、充电工况、检修工况四个方面详述整个通风机器人系统的调度及运行,为今后类似工程的施工方式提供参考。(The invention discloses a ventilation method of a water delivery tunnel in a steel pipe transportation and welding process, which can effectively ensure the feasibility, effectiveness, safety, intensification, intellectualization and digitization of ventilation in the steel pipe transportation, particularly the welding process in the construction process of a lining steel pipe of the water delivery tunnel, promote intelligent construction while efficiently ensuring the life safety of constructors, ensure the whole construction process to be safer and the data acquisition to be more convenient, and create a new idea for digitally guiding the whole construction process. The method adopts a mode of internally carrying the sensor by the intelligent robot, details the dispatching and operation of the whole ventilation robot system from the four aspects of initial working conditions, standard working conditions, charging working conditions and maintenance working conditions, and provides reference for construction modes of similar projects in future.)
技术领域
本发明涉及内衬钢管的输水隧洞在钢管输运及焊接过程中的通风方法，具体来说是一种利用智能移动式机器人的通风方法。
背景技术
随着经济和科技的不断发展，隧洞技术更加广泛的应用于各种工程。如今在给水工程中运用隧洞技术的案例逐渐增多，很多工程采用矿山、盾构等工法完成隧洞施工，再于隧洞内敷设球墨铸铁管或钢管进行输配水。同时，为了更大程度的利用隧洞空间，使隧洞内管道输水能力最大化并同时提升供水安全性，隧洞内衬管道技术被采用。但此种工程的通风相关研究很少，特别是隧洞内衬钢管工程，除了要保证管材运输工况的通风，还要考虑管道焊接等一系列的通风问题。由于隧洞内衬钢管技术开展应用时间不长，国内工程案例极少，此种工程通风问题的研究近乎空白。
在道路隧道等工程中，施工过程的通风往往采用风管送风直达掌子面，保证施工作业面的新风。但如隧洞工程需内衬钢管，即在完成隧洞后需在隧洞内进行钢管的运输和焊接，钢管外壁和隧洞内壁紧密贴合并用防腐材料进行填充。此时无法参照隧洞施工时将风管固定在隧洞顶部的通风方式，因为此种方式势必会阻碍钢管运输。本发明公开了一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法，采用智能型可移动通风机器人进行通风，并进行合理的运行调度。该机器人顶部为轴流或离心风机，下部为履带传动装置并和上部风机设备固定，自带小型供配电箱体采用电缆连接供电或锂电池供电，目前已有相关设备产品。如采用本思路方法进行编程设计，将提高使用性能及用户体验。该方法可有效保证输水隧洞内衬钢管在运输和焊接过程中通风的可行性、有效性、安全性，集约化、智能化、数字化，高效保障施工人员生命安全的同时，促进智慧施工建设，使整个施工过程更加安全，数据采集更加便捷，为数字化指导整个施工过程创造新思路。
发明内容
本发明的目的是提供一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法。为了保障人员安全，隧洞内作业人员需保证新鲜空气量。在管道运输过程中，人员需保证新鲜空气摄入量，在管道焊接过程中，将会产生大量烟尘，不利于人员健康及后续正常作业。对于狭长隧洞内衬钢管工程，整个通风系统的设计需保证管道正常运输及管道焊接施工过程良好运转。同时，狭长隧洞如采用自然通风无法满足通风需求，需采用机械通风并经过合理设计使新鲜空气在整段隧洞中流动起来，减少滞留区的出现，避免回流区的产生。
针对内衬钢管输水隧洞工程，为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
首先对比分析三种通风方式，两端机械式：将两井间隧道系统看作一根风管，将隧道进口及出口进行封闭处理，同时开门利于管材及人员进出。隧道口一端设置风机进风，另一端设置风机排风，采用活塞式通风系统的总体思路，对整个隧道进行空气置换，保证隧洞整体通风。随身便携式：人员随身携带氧气瓶，保证人员在最不利情况下的人身安全。采用轻型材质氧气瓶，携带方便，可随身携带即需即用。当风机故障，身体不适，烟雾浓度过大等情况时，利用氧气瓶保证正常新鲜空气的摄入。智能移动式：采用智能型可移动通风机器人，机器人随着输送管道车辆同步运行，对整个机器人阵列进行相应的控制，进行风机接力，保障整个隧洞通风系统的可行。方案一风系统实施简单，对隧道口封闭处理有一定困难，但总体可实施，但此方式不利用材料的输送，需要不停的开关洞口门洞。方案二方便可行，但携带氧气瓶不利于人员方便的作业。方案三不仅仅可用在钢管焊接工况，在检修时同样可以使用，通风机器人开入井内，跟随车辆，保证人员及工作面的新风量。确定采用智能移动式机器人通风。
使用智能移动式机器人在钢管运输焊接过程中的通风方法，包括以下步骤：
S1:选择智能移动式通风机器人和运输机器人进行施工，对机器人进行编号并预设其在隧洞中的初始位置。
S2:AAO运输机器人将首节钢管运输至隧洞中间，A8～A14和B8～B14通风机器人从另一端进入并停放在钢管中。
进一步的，所述A8～A14和B8～B14通风机器人停靠在隧洞中间位置，A14和B14可作为备用通风机器人。
S3：AAO运输机器人将左侧第1节钢管运输至隧洞中间，A1～A6通风机器人依次进入隧洞中，BBO运输机器人将右侧第1节钢管运输至隧洞中，B1～B6通风机器人依次进入隧洞中，将首节钢管分别与左侧第1节钢管、右侧第1节钢管进行焊接。
进一步的，AAO运输机器人可以先将左侧第1节钢管运输至隧洞中间，而后BBO运输机器人才将右侧第1节钢管运输至隧洞中，优选的，AAO运输机器人和BBO运输机器人同步推进运输钢管的工作。
进一步的，S3步骤中还包括A7和B7通风机器人，A7和B7通风机器人停放于隧道外备用，A7和B7可以替换电量低的通风机器人。例如停靠在隧洞中间的A8～A13通风机器人向左端移动，布满隧洞左端进行通风时，可以用A7通风机器人替换其中电量较低的A8～A13通风机器人中的任意一个。
S4：AAO运输机器人和BBO运输机器人分别将左侧第n节钢管、右侧第n节钢管(n≥2)运输至隧洞中，再次焊接钢管，隧洞中间停放的通风机器人同步向端部移动。
进一步的，多个钢管焊接，钢管的长度不断增加，停靠在原来隧洞中间的A8～A13和B8～B13通风机器人可以往两端移动或者一端移动来保证通风均匀，其中A8～A13往左端移动，B8～B13通风机器人往右端移动。
S5：重复S4步骤直至施工完毕，位于运输机器人后部的通风机器人随运输机器人退出隧洞，集中进行充电。
进一步的，AAO运输机器人向左端移动退出隧洞，而后A1～A6通风机器跟随AAO运输机器人依次退出；BBO运输机器人向右端移动退出隧洞，而B1～B6通风机器跟随BBO运输机器人依次退出，AAO运输机器人和BBO运输机器人可以同步从隧洞两边退出，例如，AAO运输机器人、BBO运输机器人、A1～A6和B1～B6通风机器人全部退出隧洞，隧洞中只布满A8～A13和B8～B13通风机器人。
进一步的，但也可以根据工程的实际情况，只有一端的运输机器人从隧洞中退出，另一端运输机器人位置不变化，例如AAO运输机器人和A1～A6通风机器人退出隧洞，隧洞左端则布满A8～A13通风机器人，隧洞右端的各机器人位置不变化。
进一步的，A洞口外设置充电桩，从隧洞中退出的A1～A6和B1～B6通风机器人可以集中在隧洞外部进行充电。
进一步的，在某种工况下，A1～A6通风机器人全部退出隧洞，而隧洞右端机器人不需要移动时，隧洞左端已布满A8～A13通风机器人，A14通风机器人和B8～B14通风机器人停靠在隧洞中间备用，如果A8～A13通风机器人中任意一个通风机器人电量较低，可用A14通风机器人替代，同样的，位于隧洞右侧B1～B6通风机器人中任意一个通风机器人电量较低可以用B14通风机器人替代；反之则亦然。
进一步的，为了钢管在运输过程中不脱落，S2～S5步骤中运输机器人采用顶推运输，运输机器人前部的运输装置固定住钢管，运输机器人从后面推动钢管前进，运输至施工位置，钢管从固定装置上卸载。
进一步的，为了保证新风量，方便工作人员的作业，S2～S5步骤中隧洞中的通风机器人的通风功能在进入隧洞的时候就要同步运行，以保持隧洞的空气流通。
本方法具有以下优势：
一是提供新的设计思路。本专利采用智能移动式通风机器人进行通风，区别于传统的通风模式，为今后类似工程采用此种通风方式提供参考。
二是提供有效的通风方法。采用智能移动式通风机器人进行通风，原理类似于隧洞内射流风机接力的活塞流通风，该种通风方式可保证整个隧洞内有新鲜空气流通，有效将新鲜空气送至施工作业面，同时保证一定的流速带走产生的烟尘及颗粒物。
三是形成智慧化施工。采用智能可移动式机器人，可携带传感设备，对隧洞内的CO2浓度、烟尘颗粒浓度、空气温湿度、空气流速、人员及机械位置等数据进行记录，并可根据检测参数如风量、风速等为控制变量，并以控制器、变频器作为执行器，从而对通风机转速实时调控，达到通风系统实时预警、人机双控、按需供风、节能运行的目的，并形成PID闭环调速控制系统。
附图说明
图1是一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法步骤示意图；
图2是一种输水隧洞在钢管运输焊接过程中的通风方法运用的示意图；
图3为本发明某一实施例中的智能型可移动通风机器人布置示意图；
图4为本发明某一实施例中的初始工况通风机器人通风系统布置示意图；
图5为本发明某一实施例中的标准工况通风机器人通风系统布置示意图；
图6为本发明某一实施例中的充电工况通风机器人通风系统布置示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面从不同的初始工况、标准工况、充电工况来具体说明本发明中的通风方法中的具体实施例。
如图3所示，隧洞贯通后，计划从隧洞两侧井向内输送钢管，此时可从一侧先输送钢管，钢管运输采用运输机器人顶推运输。通风机器人跟随运输机器人发车，另一侧同步发车通风机器人。之后两边运输机器人之间的通风机器人停放于中间钢管内，同步运输机器人运行。假定一段隧洞长度6km，通风机器人拟计划间距500m一个布置，根据风机风量可调整间距及机器人数量。待通风机器人到位后整体保证同一送风方向，使两个洞口一侧进风一侧出风。
如图4初始工况示意图，对于初始工况，需要12台工作，考虑4台备用，考虑不同工况风机进出，共需风机28台。通风机器人编号，负责左侧3km通风机器人编号A1～A14，负责右侧3km通风机器人编号B1～B14，左侧运输机器人编号为AA0，右侧运输机器人编号为BB0，其中编号为A7、A14、B7、B14优先为备用为通风机器人；初始工况：AA0运输机器人先将首节钢管运输至隧洞中间，同时A8～A14、B8～B14从另一侧进隧洞并停靠在隧洞中间。AAO运输机器人将左侧第1节钢管运输至隧洞中间，A1～A6通风机器人依次进入，BBO运输机器人将右侧第1节钢管运输至隧洞中，B1～B6通风机器人依次进入，此时可焊接首节钢管和左右侧钢管，通风机器人A7和B7停放于隧道外备用。A1～A6、B1～B6通风机器人开启保证整个隧道通风。
如图5标准工况示意图，当钢管运输进入时，通风机器人运行和初设进料工况相似，当运输机器人退出时，中间A8～A13、B8～B13跟随运输机器人依次向两边运行，同时A1～A6、B1～B6通风机器人依次退出。
如图6充电工况示意图，如果机器人采用电缆连接，将会影响其运行的灵活性和机动型，因此初步考虑将电池作为其动能来源。A1～A6或者B1～B6通风机器人可跟随运输机器人驶出，在洞口外的集中充电桩充电，同时启用备用机器人。图6为本发明中的某个实施例：左段AAO运输机器人驶出，且A9通风机器人电量低，驶出充电，则启动备用A14通风机器人代替A9通风机器人进行通风接力。BBO运输机器人驶入，B2通风机器人电量低，停留在洞口外充电，则启用备用B7通风机器人代替B2通风机器人进行通风接力。
在上述步骤的基础上，施工完成后检测及后期定期维护检修时，通风机器人跟随检修车进入，采用履带式前进不受到淤泥限制，可良好的运行。
上述各种工况在保证运行正常的基础上可合理对不同通风机器人进行调度。同时采用自控系统，装载GPS，进行远程控制，更方便快捷，更智慧高效的服务于整个隧洞工程的通风，保障百年供水工程的安全性、稳定性、持久性，完成“智能”隧洞建设。
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