钻爆法隧道施工中的粉尘治理

吴贵毅

(贵州省桥梁建设集团)

1 工程概况

某一工程隧道全长14 693 m，隧道正洞内轨顶面以上净空面积为92 m2，全隧按锚喷构筑法设计，光面爆破，辅以超前地质预报、监控量测等信息化手段施工，全隧仰拱超前拱墙施作，拱墙一次衬砌。岩山隧道采用钻爆法施工，施工面多，单口掘进长，施工粉尘量大，降尘效果直接关系到现场生产人员的身体健康，影响到施工安全和生产进度。

2 粉尘治理方案

结合类似工程通风经验，根据本工程隧洞施工长度和施工特点，防尘治理采取如下通风方案:当主洞长度超过2 000 m时，安设局扇加强竖井排烟，同时安装φ2m竖井辅助通风，往上游方向通风采用压入式110 kW×2轴流变速风机;为提高支洞能见度，改善通风效果，采用90 kW×2轴流变速风机往支洞方向压入式通风，在主支洞叉口部位辅助通风采用55 kW×2轴流变速风机吸出式。

本工程中通风防尘标准:隧洞内按体积氧气含量不小于20%;每立方米空气中的粉尘允许含量:游离二氧化硅的粉尘含10%以上的不得超过2 mg/m3，游离二氧化硅的粉尘浓度含10%以下不超过4 mg/m3;有害气体浓度容许值:氮氧化物(NO2)浓度不超过5 mg/m3;一氧化碳最高容许浓度为30 mg/m3;二氧化碳按体积不得大于0.5%;坑道内气温不高于30℃，最低的排尘风速不小于0.15 m/s。

3 风量及风压计算

根据本工程为钻爆法施工，隧道内有较大气体及粉尘污染的特点，要求驱散粉尘及有毒气体，以及本部现有通风设备及设施，采用机械送风管道压入式通风方案。采用大功率、高性能风机，Φ800风管，单条隧道内送风理论有效距离大于2KM，以确保远距离通风的要求。同时使用一台轴流式小功率风机进行盾体内辅助通风，以保证整个隧道内无通风盲点。

3.1 系统风量计算

工程隧道为钻爆法施工，风量Q计算如下。

(1)按隧道内同时工作的最高人数计算

式中:3为每人每分钟所需新鲜空气量(立方米/人分钟);k为风量备用系数，采用1.1～1.25;n为隧道内同时工作的最高人数。

(2)按满足工作面最小风速计算

式中:Vmin为保证隧道内稳定风流量之最小风速，全断面开挖时为0.15 m/s;Smax为开挖最大截断面积(平方米)。

作为设计风量，上述风量取最大值，即工作面所需风量应大于 3.564 m3/s。

(3)考虑漏风因素

采风管材料用PVC增强塑纤布料，根据风管厂提供的技术指标，正常时百米漏风率可控制在2%以内。本方案漏风系数据通风距离考虑1 830 m计算

式中:L为通风距离;P100为百米漏风率，取2%。

综上所述:单条隧道内风机风量应不小于。

3.2 系统风压计算

在出风口保持有一定风速，作为风机的风压计算依据，保证将所需风量送达工作面，克服沿途所有的阻力。从理论上讲，在风管末端通风系统克服通风阻力后的风流具有一定的动压，系统静压决定阻力克服，系统需供风压则为动压与静压之和，计算如下。

(1)动压计算

式中:γ为空气密度，1.2 kg/m3;ν为末端管口风速，(按工作面最小风速折算)

Q为工作面最小风量，取3.564 m3/s;s为风管末端截面积。

(2)静压计算

管道摩擦阻力

式中:λ为管道摩阻系数，0.032;为管道内平均风速，，Q 符号意义同上;d为风管直径0.8 m。

局部阻力

故系统静压为

系统风压为系统动压与静压之和

综上所述:单条隧道内风机风压应不小于3865.7。

4 通风方案确定及具体措施

根据以上风机风量及风压的相关计算，选择本部已有的两台压入轴流式风机辅以两台轴流式风机已足够两条隧道通风使用，风机主要参数如表1所示。

表1 主压入轴流式通风机技术参数

表2 轴流式通风机技术参数

说明:所选用的通风机系列为高效节能对旋低噪声多速隧道轴流通风机，性能表中的风量、压力值均指风机进气标准状态下(温度20℃、相对湿度50%、大气压力101 325 Pa、气体密度1.2 kg/m3)之通风性能。

按照相关规定，隧道内工作人员新鲜空气不得低于每人每小时30 m3，氧气含量不得低于20%，相对湿度为65% ～80%之间，本方案所选用风机供风能够满足隧道内空气量要求。通风系统安装、布置见如下所示:

4.1 风机安装

为了保证压入较好的新鲜空气，在洞外距洞口约20 m处安装洞外风机。用浆砌片石砌筑1.5 m高的机座，使通风机运转平稳，同时在上面用螺杆连接牢固通风机。在风机和配电柜上方搭盖雨棚和护栏，防止他人触电发生意外，防止通风机和配电柜雨淋受潮。洞内风机安装洞内大功率风机安装在K11+600回车道处，安装方法同洞外风机。小型风机安装在初期支护喷锚施工台车上，它的主要优点是移动方便，台车走它也自然跟着走，节约很多人力和时间，只需摘取或增挂风管，同时喷混凝土施工时也可开机排烟。

4.2 风管悬挂安装

用铁丝捆绑加固风管与风机连接处的软风管。在进洞右侧岩体或衬砌墙体上约离地面1.5 m高处悬挂大风管，小风管悬挂在大风管上方，挂设风管要平、直、顺，以减少风管的局部阻力。风管悬吊要稳固，高度一致。作业时，先每隔5 m打眼，安装锚杆，然后用紧线器张紧ф6钢筋拉线，风管吊挂在拉线下。

5 钻爆法隧道施工中的粉尘治理注意事项

5.1 风机安置

风机进风口处应高于地面约1 m，范围五米之内不得堆放杂物，以免风机吸入造成损害及危险;风机控制柜应安放在干燥、无灰尘的地方，并按要求接线;风管应直线安装，避免弯头、折角、漏风现象;在使用多速隧道轴流通风机时，当需由高速档转入中、低速档或由中速档转入低速档时，必须在确认风机完全停止运转后，方可进行档速变换，否则将导致电机的损坏。

5.2 加强施工组织

建立健全管理制度，组织专门的通风工班，定期检修和润滑风机，派专人管理值守通风机，按规程要求操作风机。只有管道漏风率和摩阻系数小，才能确保单机送风效果好，距离长，因此狠抓“防漏降阻”工作。因此，要求设专职风管维修工，每班必须对全部风管进行检查，及时调直调平不平、不顺之处，及时处理风管破损漏风。采用快干胶水粘补轻微破损的管节，粘补后30 min不得送风;及时更换严重破损的管节，从而保证管道密封度，降低漏风系数。

5.3 加强设备维修

按照设备管理要求定期维修，进行强化保养。加强运输设备的维修保养制度，特别是进气和燃油系统，减少废气的排放量，坚持燃油沉淀过滤制度。

5.4 个体防护技术配合

呼吸道是粉尘进入人体的主要途径，因此在施工过程中，为了阻挡空气中含有的粉尘、微细颗粒进入人体，施工人员必须配戴防尘口罩。根据隧道施工的实际情况，防尘口罩合理选用。对于粉尘浓度极高的作业区，为了防止粉尘损伤角膜，还需配戴防尘护目镜，并在耳道内放入棉花球互塞以免产生耳垢栓塞。

5.5 多种方法综合运用

对施工产生的粉尘进行综合治理，除采用以上机械通风，还可采取局部净化的处理方法，例如湿式凿岩、出碴洒水、冲洗岩帮、个人防护等，控制尘源所产生的粉尘扩散等措施，可大大改善工作面的环境质量。

6 结束语

工程通过主要通过采用机械通风的方法对钻爆法隧道施工进行降尘综合治理，社会效益显著，降低了粉尘浓度和毒害气体浓度，减少了对职工身心健康的伤害，对预防职业矽肺病具有十分重要的意义。净化了洞内空气，有利于环境保护。特别是对柴油机的二级净化及掺高效柴油添加剂，降低了机械比排放指标，作用重大，为施工生产创造了良好的条件，缩短了作业循环时间，加快了工程进度。

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［1］张金柱，高连成.断面隧道钻爆法快速施工技术［J］.西部探矿工程，2003，(7).

［2］程正旺，王永亮.隧道施工的通风技术和粉尘治理方法［J］.山西建筑，2007，(26).

［3］牛明国.隧道施工的通风技术和粉尘治理方法［J］.四川水力发电，2010，(5).

［4］王海正，张峰.观音塘水库新建隧洞的钻爆法开挖设计［J］.山西建筑，2010，(35).