鉆爆法隧道施工中的粉塵治理

吳貴毅

(貴州省橋梁建設(shè)集團(tuán))

1 工程概況

某一工程隧道全長(zhǎng)14 693 m，隧道正洞內(nèi)軌頂面以上凈空面積為92 m2，全隧按錨噴構(gòu)筑法設(shè)計(jì)，光面爆破，輔以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)等信息化手段施工，全隧仰拱超前拱墻施作，拱墻一次襯砌。巖山隧道采用鉆爆法施工，施工面多，單口掘進(jìn)長(zhǎng)，施工粉塵量大，降塵效果直接關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的身體健康，影響到施工安全和生產(chǎn)進(jìn)度。

2 粉塵治理方案

結(jié)合類(lèi)似工程通風(fēng)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)本工程隧洞施工長(zhǎng)度和施工特點(diǎn)，防塵治理采取如下通風(fēng)方案:當(dāng)主洞長(zhǎng)度超過(guò)2 000 m時(shí)，安設(shè)局扇加強(qiáng)豎井排煙，同時(shí)安裝φ2m豎井輔助通風(fēng)，往上游方向通風(fēng)采用壓入式110 kW×2軸流變速風(fēng)機(jī);為提高支洞能見(jiàn)度，改善通風(fēng)效果，采用90 kW×2軸流變速風(fēng)機(jī)往支洞方向壓入式通風(fēng)，在主支洞叉口部位輔助通風(fēng)采用55 kW×2軸流變速風(fēng)機(jī)吸出式。

本工程中通風(fēng)防塵標(biāo)準(zhǔn):隧洞內(nèi)按體積氧氣含量不小于20%;每立方米空氣中的粉塵允許含量:游離二氧化硅的粉塵含10%以上的不得超過(guò)2 mg/m3，游離二氧化硅的粉塵濃度含10%以下不超過(guò)4 mg/m3;有害氣體濃度容許值:氮氧化物(NO2)濃度不超過(guò)5 mg/m3;一氧化碳最高容許濃度為30 mg/m3;二氧化碳按體積不得大于0.5%;坑道內(nèi)氣溫不高于30℃，最低的排塵風(fēng)速不小于0.15 m/s。

3 風(fēng)量及風(fēng)壓計(jì)算

根據(jù)本工程為鉆爆法施工，隧道內(nèi)有較大氣體及粉塵污染的特點(diǎn)，要求驅(qū)散粉塵及有毒氣體，以及本部現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備及設(shè)施，采用機(jī)械送風(fēng)管道壓入式通風(fēng)方案。采用大功率、高性能風(fēng)機(jī)，Φ800風(fēng)管，單條隧道內(nèi)送風(fēng)理論有效距離大于2KM，以確保遠(yuǎn)距離通風(fēng)的要求。同時(shí)使用一臺(tái)軸流式小功率風(fēng)機(jī)進(jìn)行盾體內(nèi)輔助通風(fēng)，以保證整個(gè)隧道內(nèi)無(wú)通風(fēng)盲點(diǎn)。

3.1 系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算

工程隧道為鉆爆法施工，風(fēng)量Q計(jì)算如下。

(1)按隧道內(nèi)同時(shí)工作的最高人數(shù)計(jì)算

式中:3為每人每分鐘所需新鮮空氣量(立方米/人分鐘);k為風(fēng)量備用系數(shù)，采用1.1～1.25;n為隧道內(nèi)同時(shí)工作的最高人數(shù)。

(2)按滿(mǎn)足工作面最小風(fēng)速計(jì)算

式中:Vmin為保證隧道內(nèi)穩(wěn)定風(fēng)流量之最小風(fēng)速，全斷面開(kāi)挖時(shí)為0.15 m/s;Smax為開(kāi)挖最大截?cái)嗝娣e(平方米)。

作為設(shè)計(jì)風(fēng)量，上述風(fēng)量取最大值，即工作面所需風(fēng)量應(yīng)大于 3.564 m3/s。

(3)考慮漏風(fēng)因素

采風(fēng)管材料用PVC增強(qiáng)塑纖布料，根據(jù)風(fēng)管廠(chǎng)提供的技術(shù)指標(biāo)，正常時(shí)百米漏風(fēng)率可控制在2%以?xún)?nèi)。本方案漏風(fēng)系數(shù)據(jù)通風(fēng)距離考慮1 830 m計(jì)算

式中:L為通風(fēng)距離;P100為百米漏風(fēng)率，取2%。

綜上所述:單條隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)量應(yīng)不小于。

3.2 系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算

在出風(fēng)口保持有一定風(fēng)速，作為風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓計(jì)算依據(jù)，保證將所需風(fēng)量送達(dá)工作面，克服沿途所有的阻力。從理論上講，在風(fēng)管末端通風(fēng)系統(tǒng)克服通風(fēng)阻力后的風(fēng)流具有一定的動(dòng)壓，系統(tǒng)靜壓決定阻力克服，系統(tǒng)需供風(fēng)壓則為動(dòng)壓與靜壓之和，計(jì)算如下。

(1)動(dòng)壓計(jì)算

式中:γ為空氣密度，1.2 kg/m3;ν為末端管口風(fēng)速，(按工作面最小風(fēng)速折算)

Q為工作面最小風(fēng)量，取3.564 m3/s;s為風(fēng)管末端截面積。

(2)靜壓計(jì)算

管道摩擦阻力

式中:λ為管道摩阻系數(shù)，0.032;為管道內(nèi)平均風(fēng)速，，Q 符號(hào)意義同上;d為風(fēng)管直徑0.8 m。

局部阻力

故系統(tǒng)靜壓為

系統(tǒng)風(fēng)壓為系統(tǒng)動(dòng)壓與靜壓之和

綜上所述:單條隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓應(yīng)不小于3865.7。

4 通風(fēng)方案確定及具體措施

根據(jù)以上風(fēng)機(jī)風(fēng)量及風(fēng)壓的相關(guān)計(jì)算，選擇本部已有的兩臺(tái)壓入軸流式風(fēng)機(jī)輔以?xún)膳_(tái)軸流式風(fēng)機(jī)已足夠兩條隧道通風(fēng)使用，風(fēng)機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

表1 主壓入軸流式通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

表2 軸流式通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

說(shuō)明:所選用的通風(fēng)機(jī)系列為高效節(jié)能對(duì)旋低噪聲多速隧道軸流通風(fēng)機(jī)，性能表中的風(fēng)量、壓力值均指風(fēng)機(jī)進(jìn)氣標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(溫度20℃、相對(duì)濕度50%、大氣壓力101 325 Pa、氣體密度1.2 kg/m3)之通風(fēng)性能。

按照相關(guān)規(guī)定，隧道內(nèi)工作人員新鮮空氣不得低于每人每小時(shí)30 m3，氧氣含量不得低于20%，相對(duì)濕度為65% ～80%之間，本方案所選用風(fēng)機(jī)供風(fēng)能夠滿(mǎn)足隧道內(nèi)空氣量要求。通風(fēng)系統(tǒng)安裝、布置見(jiàn)如下所示:

4.1 風(fēng)機(jī)安裝

為了保證壓入較好的新鮮空氣，在洞外距洞口約20 m處安裝洞外風(fēng)機(jī)。用漿砌片石砌筑1.5 m高的機(jī)座，使通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，同時(shí)在上面用螺桿連接牢固通風(fēng)機(jī)。在風(fēng)機(jī)和配電柜上方搭蓋雨棚和護(hù)欄，防止他人觸電發(fā)生意外，防止通風(fēng)機(jī)和配電柜雨淋受潮。洞內(nèi)風(fēng)機(jī)安裝洞內(nèi)大功率風(fēng)機(jī)安裝在K11+600回車(chē)道處，安裝方法同洞外風(fēng)機(jī)。小型風(fēng)機(jī)安裝在初期支護(hù)噴錨施工臺(tái)車(chē)上，它的主要優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)方便，臺(tái)車(chē)走它也自然跟著走，節(jié)約很多人力和時(shí)間，只需摘取或增掛風(fēng)管，同時(shí)噴混凝土施工時(shí)也可開(kāi)機(jī)排煙。

4.2 風(fēng)管懸掛安裝

用鐵絲捆綁加固風(fēng)管與風(fēng)機(jī)連接處的軟風(fēng)管。在進(jìn)洞右側(cè)巖體或襯砌墻體上約離地面1.5 m高處懸掛大風(fēng)管，小風(fēng)管懸掛在大風(fēng)管上方，掛設(shè)風(fēng)管要平、直、順，以減少風(fēng)管的局部阻力。風(fēng)管懸吊要穩(wěn)固，高度一致。作業(yè)時(shí)，先每隔5 m打眼，安裝錨桿，然后用緊線(xiàn)器張緊ф6鋼筋拉線(xiàn)，風(fēng)管吊掛在拉線(xiàn)下。

5 鉆爆法隧道施工中的粉塵治理注意事項(xiàng)

5.1 風(fēng)機(jī)安置

風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處應(yīng)高于地面約1 m，范圍五米之內(nèi)不得堆放雜物，以免風(fēng)機(jī)吸入造成損害及危險(xiǎn);風(fēng)機(jī)控制柜應(yīng)安放在干燥、無(wú)灰塵的地方，并按要求接線(xiàn);風(fēng)管應(yīng)直線(xiàn)安裝，避免彎頭、折角、漏風(fēng)現(xiàn)象;在使用多速隧道軸流通風(fēng)機(jī)時(shí)，當(dāng)需由高速檔轉(zhuǎn)入中、低速檔或由中速檔轉(zhuǎn)入低速檔時(shí)，必須在確認(rèn)風(fēng)機(jī)完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，方可進(jìn)行檔速變換，否則將導(dǎo)致電機(jī)的損壞。

5.2 加強(qiáng)施工組織

建立健全管理制度，組織專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)工班，定期檢修和潤(rùn)滑風(fēng)機(jī)，派專(zhuān)人管理值守通風(fēng)機(jī)，按規(guī)程要求操作風(fēng)機(jī)。只有管道漏風(fēng)率和摩阻系數(shù)小，才能確保單機(jī)送風(fēng)效果好，距離長(zhǎng)，因此狠抓“防漏降阻”工作。因此，要求設(shè)專(zhuān)職風(fēng)管維修工，每班必須對(duì)全部風(fēng)管進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)直調(diào)平不平、不順之處，及時(shí)處理風(fēng)管破損漏風(fēng)。采用快干膠水粘補(bǔ)輕微破損的管節(jié)，粘補(bǔ)后30 min不得送風(fēng);及時(shí)更換嚴(yán)重破損的管節(jié)，從而保證管道密封度，降低漏風(fēng)系數(shù)。

5.3 加強(qiáng)設(shè)備維修

按照設(shè)備管理要求定期維修，進(jìn)行強(qiáng)化保養(yǎng)。加強(qiáng)運(yùn)輸設(shè)備的維修保養(yǎng)制度，特別是進(jìn)氣和燃油系統(tǒng)，減少?gòu)U氣的排放量，堅(jiān)持燃油沉淀過(guò)濾制度。

5.4 個(gè)體防護(hù)技術(shù)配合

呼吸道是粉塵進(jìn)入人體的主要途徑，因此在施工過(guò)程中，為了阻擋空氣中含有的粉塵、微細(xì)顆粒進(jìn)入人體，施工人員必須配戴防塵口罩。根據(jù)隧道施工的實(shí)際情況，防塵口罩合理選用。對(duì)于粉塵濃度極高的作業(yè)區(qū)，為了防止粉塵損傷角膜，還需配戴防塵護(hù)目鏡，并在耳道內(nèi)放入棉花球互塞以免產(chǎn)生耳垢栓塞。

5.5 多種方法綜合運(yùn)用

對(duì)施工產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行綜合治理，除采用以上機(jī)械通風(fēng)，還可采取局部?jī)艋奶幚矸椒ǎ鐫袷借弾r、出碴灑水、沖洗巖幫、個(gè)人防護(hù)等，控制塵源所產(chǎn)生的粉塵擴(kuò)散等措施，可大大改善工作面的環(huán)境質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

工程通過(guò)主要通過(guò)采用機(jī)械通風(fēng)的方法對(duì)鉆爆法隧道施工進(jìn)行降塵綜合治理，社會(huì)效益顯著，降低了粉塵濃度和毒害氣體濃度，減少了對(duì)職工身心健康的傷害，對(duì)預(yù)防職業(yè)矽肺病具有十分重要的意義。凈化了洞內(nèi)空氣，有利于環(huán)境保護(hù)。特別是對(duì)柴油機(jī)的二級(jí)凈化及摻高效柴油添加劑，降低了機(jī)械比排放指標(biāo)，作用重大，為施工生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件，縮短了作業(yè)循環(huán)時(shí)間，加快了工程進(jìn)度。

:

［1］張金柱，高連成.斷面隧道鉆爆法快速施工技術(shù)［J］.西部探礦工程，2003，(7).

［2］程正旺，王永亮.隧道施工的通風(fēng)技術(shù)和粉塵治理方法［J］.山西建筑，2007，(26).

［3］牛明國(guó).隧道施工的通風(fēng)技術(shù)和粉塵治理方法［J］.四川水力發(fā)電，2010，(5).

［4］王海正，張峰.觀(guān)音塘水庫(kù)新建隧洞的鉆爆法開(kāi)挖設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2010，(35).